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1、电工基础知识培训教材绪言现代工业、农农业、交通通、通信、国国防以及日日常生活中中电的应用用广泛。但但总的来说说，电的应应用有两大大方面：一一是作为一一种能量电能来应用用；另一是是作为一种种信息电信号来应应用。（通通常把电压压、电流等等电量的变变化统称为为电信号）电的应用极极其广泛的的原因，是是由于它具具有下列一一些重要特特点：、 转换容易。作为能量，电能可以很方便地由水能、热能、化学能、原子核能等转而来，成为廉价的动力来源；而且电能又很容易转换成人们需要的其它各种形式的能量，如机械能、热能、化学能、光能等。作为信息，电信号与各种非电信号（温度、压力、流量等的变化）之间的相互转换也容易实现。、
2、传输方便。作为能量，高电压远距离输送电能时，损失小、效率高；并且容易分配到各个用电设备上去。作为电信号，不但可在线路中迅速、稳定、准确地传输，而且可用电磁波的形式在空间传播。、 便于控制和和测量。电电能或电信信号的有关关量值便于于准确而迅迅速地进行行控制和测测量，利用用电信号还还可对电量量以及各种种非电量进进行遥控和和遥测，这这些都为自自动化生产产提供了必必要的有得得条件。随着电的日日益广泛的的应用，现现代电工设设备不但种种类繁多，而而且日新月月异不断发发展。但是是目前绝大大多数的设设备仍是由由各式各样样的电路所所组成。不不论电路的的结构如何何复杂，它它们和最简简单的电路路之间还是是具有许多多
3、最基本的的共性，而而且遵循着着相同的运运动规律。因因此本章主主要内容将将着重于电电工基础，介介绍电路的的组成、电电气参数的的物理意义义以及其中中的基本规规律、电磁磁知识和常常见的电气气设备及元元件的原理理、电路的的测量和分分析计算等等，以使大大家对电建建立起一个个较完整的的基本概念念和理论，为为以后的进进一步学习习打下基础础。本次学学习的内容容多，时间间短，要在在四天的时时间内完全全掌握有一一定的困难难，需要在在以后的工工作中，继继续学习加加深和巩固固。由于自身的的知识水平平和业务能能力有限，不不可避免的的存在一些些的错误和和不足，恳恳切的希望望大家给予予批评和指指正。1 电路的的基本概念念1
4、.1 电路的的组成在电的实际际应用中，从从最简单的的手电筒的的到复杂的的电子计算算机的运算算，都由电电路来完成成的。1、电路的的组成及电电路元件的的作用电路就是电电流所流经经的路径，它它由电路元元件组成。当当合上电动动机的刀闸闸开关时，电电动机立即即就转动起起来，这是是因为电动动机通过导导线经过开开头与电源源接成电流流通路，并并将电能转转换为机械械能。电动动机、电源源等叫做电电路元件，电电路元件大大体可分为为四类：（1） 电源：即发发电设备，其其作用是将将其它形式式的能量转转换为电能能。如电池池是将化学学能转换为为电能，而而发电机是是将机械能能转换为电电能。（2） 负载：即发发电机设备备，其作
5、用用是把电能能转换为其其它形式的的能。如电电炉是将电电能转换为为热能，电电动机则是是把电能转转换为机械械能。（3） 控制电器和和保护电器器：在电路路中起控制制和保护作作用。如开开关、熔断断器、接触触器等。（4） 导线：由导导线材料制制成，其作作用就是把把电源、负负载和控制制电器连接接成一个电电路，并将将电源的电电能传输给给负载。由此可见，电电路的作用用是产生、分分配、传输输和使用电电能。图11-1就是是最简单的的电路。2、电路图图在实际工作作中，为便便于分析、研研究电路，通通常将电路路的实际元元件用图形形符号表示示在电路图图中，称为为电路原理理图，也叫叫电路图。图图1-1aa 电路元元件图，1
6、1-1b为为1-1aa的的原理理电路图。（介绍电气气参数，引引出后面电电流、电压压、电阻等等的讲解）1.2 电 流一、 物质的电结结构1、构成物物质的分子子与原子世界上尽管管有千万种种的物质，例例如铜、铁铁、玻璃、塑塑料、空气气和水等，它它们的性质质各有不同同中，但这这些物质都都由该物质质的分子构构成的。分分子是最细细小但不失失原物质性性质的颗粒粒。分子是是由由更小的物物质微粒原子组组成。有些些物质的分分子比较简简单，只有有一种原子子组成，例例如常见的的铜或铁等等金属。水水的分子是是由两个氢氢原子和一一个氧原子子化合而成成。塑料和和其它有机机化合物的的分子结构构都比较复复杂。原子是由原原子核以
7、及及核外的电电子所构成成。不同的的原子，其其原子核外外面的电子子数目也不不相同。例例如氢原子子在它的核核外只有一一个原子，而而銅的原子子则具有229个电子子。原子核一般般由质子和和中子所组组成。质子子的数目总总是等于核核外的电子子数。中子子不带电，质质子和电子子都带电的的粒子。质质子带正电电荷，电子子带负电荷荷。在同一一个原子中中质子与电电子所带的的正、负电电荷必定相相等，因此此就整个原原子来说，正正、负电荷荷的作用恰恰好完全抵抵消，所以以物体平时时不显示带带电现象。见见图12 图112 原子子结构图2、物体的的带电、电电荷量如果由于两两种不同的的物质相互互摩擦或其其它原因，使使一块物体体上的
8、电子子转移到了了另一块物物体上，这这样就使失失去电子的的这块物体体带了正电电荷，而获获得了电子子的那块物物体带了相相同数量的的负电荷。物物体失去或或获得的电电子越多，那那么这块物物体所带的的正电荷或或负电荷量量也就越多多。电荷量是以以库仑（简称称库）为单单位计量。据据实验测定定，一个电电子具有的的负电荷量量约等于11.610-199库，也就就是在1库库的负电荷荷中约包含含有6255亿亿个电电子。带电的物体体在其周围围存在着电电场，电场场也是物质质存在的一一种形式。实实践证明，带带异号电荷荷的两物体体之间有互互相吸引的的力，反之之，带同号号电荷的两两物体之间间有互相排斥的力力，这种相相互的吸力力
9、或斥力就就是电场的的作用力。见见图13图13 电场力力的相互作作用3、库仑定定律（了解）库仑定义：当流过某某曲面的电电流1 安安培时，每每秒钟所通通过的电量量。1 库仑（CC）= 11 安培秒（A S）库仑定律是是电磁场理理论的基本本定律之一一。真空中中两个静止止的点电荷荷之间的作作用力与这这两个电荷荷所带电量量的乘积成成正比，和和它们距离离的平方成成反比，作作用力的方方向沿着这这两个点电电荷的连线线,同号电荷相相斥，异号号电荷相吸吸。 库仑定定律公式：F=k(q1q2)r2公式11r 两者之间间的距离（从 q11到 q22方向的矢矢径）k库仑仑常数 kk=14409.0109Nm2C-20真
10、真空介电系系数，约为为8.85510-122 CC2N-1m-2(1) 库库仑定律只只适用于计计算两个点点电荷间的的相互作用用力,非点点电荷间的的相互作用用力,库仑仑定律不适适用。(2) 应应用库仑定定律求点电电荷间相互互作用力时时,不用把把表示正,负电荷的的+,-符符号代入公公式中计算算过程中可可用绝对值值计算,其其结果可根根据电荷的正,负确定作作用力为引引力或斥力力以及作用用力的方向向。库仑定律成成立的条件件：处在真真空中，必必须是点电电荷。注：计算时时不一定要要求静止是是因为在平平时的出题题和提升中中，很大一一部分不考考虑点电荷荷是否静止止。图14 点点电荷的作作用库仑定律描述静静止点电
11、荷荷之间的相相互作用力力的规律由公式11可知电荷之之间的作用用力随着电电荷量的增增大而增大大，随着距距离的增大大而减小。二、 电流1、电流：电荷有规规则的运动动。导体内的电电流是由于于导体内部部的自由电电子在电场场的作用下下有规则的的运动而形形成的。此此外，在有有些液体或或气体中由由于存在带带正、负电电荷的离子子，它们在在电场作用用下分别朝朝着一定的的方向运动动，因此也也能形成电电流。电流的大小小取决于一一定的时间间以内通过过的导体截截面的电荷荷量的多少少。DiDqDDt (IQQT) 公式12公式122指出：电电流的大小小等于单位位时间内通通过导体横横截面的电电荷量。为为简单起见见我们把电电
12、流的大小小简称为电电流。 习习惯上我们们把正电荷荷流动的方方向作为电电流的实际际方向，即即外电路中中电流从电电源的正极极流向负极极。但在导导线中，电电流实际上上是带负电电荷的电子子流动所形形成的，但但其效果与与等量正电电荷反方向向流动完全全相同，因因此其电流流方向是与与电子流的的方向相反反。如图图14 电电流方向与与负电荷流流动的方向向简单电路中中电流实际际方向容易易按电源极极性来判定定。在比较较复杂的电电路中，电电流的方向向难于直观观判断。为为了分析计计算电路的的需要，我我们引入了了参考正方方向的概念念。电流在导体体中流动的的实际方向向有两种可可能，任意意选取其中中一个方向向作为参考考方向，
13、称称之为参考考正方向，简简称正方向向。设电路路某一未知知电流的正正方向已经经选定，如如果求得此此电流为正正值，说明明电流的实实际方向与与选定的正正方向一致致；若求得得此电流值值为负值，说说明电流的的实际方向向与选定的的正方向相相反。关联参考方方向：如果果指定流过过元件的电电流的参考考方向是从从标以电压压正极性的的一端指向向负极性的的一端，即即两者的参参考方向一一致，则把把电流和电电压的这种种方向称为为关联参考考方向。当当两不一致致时，称为为非关联参参考方向。2、直流电电流与交流流电流电流的大小小和方向都都不随着时时间变化（即即保持不变变）的电流流称为直流流电流。电流的大小小和方向随随着时间按按
14、一定的规规律变化的的电流称为为交流电流流。电流的的大小和方方向随着时时间按正弦弦的规律变变化的电流流称为正弦弦交流电流流。iittI00图15 a)直流电流流 b)正正弦交流电电流4、电流的的单位电流电流的的大小以安安培为单位位计量，简简称安，用用字母A表表示。1安安的电流即即等于在11秒钟内有有1库的电电荷量通过过导线的截截面。1A1103mA1106A1.3 电电 阻一、 导体、绝缘缘体与半导导体我们知道，象象铜、铁或或这样的一一些物质是是很容易导导电的，我我们叫做导导体；而象象玻璃、云云母、陶瓷瓷之类的物物质就很不不容易导电电，被称为为绝缘体。这这是因为，在在导体中存存在着不少少与原子核
15、核的联系很很松弛的电电子，它们们很容易摆摆脱原子核核的束缚而而在原子之之间自由运运动，被称称为“自由电子子”。各种金金属内部都都在不同程程度上存在在着大量的的自由电子子，它们在在外电场的的作用下，能能很快地使使电荷量从从一处移到到另一处，所所以金属是是导体。相相反地，在在绝缘体内内部自由电电子很少，所所以几乎不不能导电，因因而可以用用来做隔电电的材料。但但是要指出出，绝缘体体并不是绝绝对不导电电的，只是是它的导电电能力与导导体相比相相差得非常常悬殊而已已。象硅与锗这这些物质，它它们的导电电能力介于于导体与绝绝缘体之间间，称为半半导体。半半导体有很很多特殊的的性能，尤尤其是当在在纯硅、纯纯锗中间
16、掺掺入适量的的其他杂质质之后，其其导电能力力将会成百百万倍地增增加。二、 电阻和电阻阻率导体内的带带电质点的的过程中不不断地相互互碰撞，并并且与导体体的分子相相互碰撞，因因此，导体体对于它所所通过的电电流呈现有有一定的阻阻力，这种种阻力称为为电阻。由于于导体的长长度、截面面积以及本本身的材料料不同，就就具有不同同的电阻。电电阻小说明明电流容易易通过，反反之，电流流则不易通通过。绝缘缘体之所以以能做隔电电材料，就就是因为它它有很大的的电阻，使使电流很难难在其中通通过。电阻的单位位是欧姆，简称称为欧，用用符号表示。1M11103 K1106 RLL S公式13由导导体材料的的导电性能能确定的常常数
17、（可查查表得），叫叫做电阻率率；常用的铜电电阻率为00.01772 mm2m；铝铝为0.0029 mm2m。L 导体的长长度，单位位为m。S 导体的横横截面积，单单位为mmm2。 Sd24 =0.7885 d2 (d 是导线的的直径，通通常用来表表示各种不不同粗细的的导线规格格，如955线、1220线等)。公式133表明了导导线的电阻阻与它的长长度成正比比，与横截截面积也就就是线径的的平方成反反比。也就就是说，导导线越长，电电子与分子子碰撞次数数增多，电电子所遇到到的阻力越越大就不容容易通过；导线横截截面越大，电电子通路宽宽敞，阻力力越小，就就越容易通通过。所以以对于较长长的传输线线路可采用用
18、线径较粗粗的导线，或或几根芯线线并做一根根使用，来来增加其总总的截面积积S，使线路路电阻降低低。电阻值的倒倒数称为电电导，用GG表示：G 1R 电电导的单位位是西门子子，简称西西（S）：1S11-1三、 电阻与温度度的关系导体的电阻阻是随着温温度而变化化的。它的的原因是在在某些导体体中（例如如金属），如如果温度升升高，使带带电质点与与分子碰撞撞的次数增增多，因此此导体内的的电阻就增增大。相反反，在一些些导体中（如如电解液导导体），如如果温度升升高，导体体的单位体体积内自由由电子和离离子数增多多，这样就就使电流增增加，也就就是说，这这类导体的的温度升高高反而使电电阻降低。有有些金属（如如锰铜、康
19、康铜等）的的电阻随着着电阻温度度的变化而而改变得很很小。一般当温度度不太低，且且变化不大大时，导体体电阻所改改变的数值值，基本上上可以认为为与温度改改变的值成成正比。如如以R1表示在起起始温度TT1时的导体体电阻，以以R2表示温度度增加到 T2时的导体体电阻，则则电阻与温温度的关系系可以表示示为： R2RR1 1+（T2T1） 公式14电阻阻温度系数数，它等于于温度每变变化“1”时，每欧欧的导体电电阻所改变变的电阻数数值，其单单位们为“1”。1.4 电电压及欧姆姆定律前面我们介介绍了关于于电流及电电阻的概念念。本节将将进一步讨讨论关于连连续不断的的电流是怎怎样产生的的的。为此此先介绍电电源电压
20、的的概念，再再讨论电压压、电流、电电阻三者之之间的关系系，即欧姆姆定律，这这一定律是是我们分析析电工问题题最用到的的基本定律律之一。一、 电源及电源源电压电路中的电电流需要靠靠电源来维维持，这好好比用水泵泵来维持连连续的水流流一样。水泵能维持持连续水流流的原理是是由于它能能保持两处处之间的水水位差，使使一处的水水位总是高高于另一处处的水位。在在水泵的外外部，水总总是从高水水位处流向向低水位处处；而在水水泵内部，借借助水泵的的力量可从从低水位处处流向高水水位处，这这样，水就就能连续不不断地流通通了。与此类似，在在电源两端端具有不同同的电位。电源源正极的电电位总是高高于负极的的电位，也也就是电源源
21、能维持两两点间的电电位差，使使在电源外外部，电流流从高电位位的正极流流向低电位位的负极；而在电源源内部，借借助于电源源本身的电电源力，可可使电流从从低电位流流向高电位位。电位差又称称电压，用UU表示，单单位为伏特特，简称伏伏，以字母母V代表。衡衡量电源维维持电位差差能力的物物理量，称称为电源电电压或电动动势、电势势，用E表表示，单位位与电压相相同。电势势的实际方方向，规定定由电源负负极指向正正极，即由由低电位指指向高电位位。接通外外部电路后后，电流由由电源负极极通过电源源内部流向向正极，可可见电源中中的电流与与电势同向向。电势的参考考方向也可可任意取，当当实际方向向与正方向向一致时，电电势为正
22、值值，反之为为负值。1 KV 1103 V1106 mV电源本身的的电阻叫做做电源内阻阻（用R0表示）。如如果一个电电源只具有有一定的电电源电压而而内阻为零零，此电源源称为理想想电压源或或恒压源。对对理想电压压源以符号号“”表示。其其中长线段段代表正极极，短线段段代表负极极。具有不不变的电动动势和较低低的内阻的的电源称为为电压源。电电势为E、内内阻为R00的电压源源可以等效效为恒压源源E和内阻阻R0串联。.一般用电电设备所需需的电源，多多数是需要要它输出较较为稳定的的电压，这这要求电源源的内阻越越小越好，也也就是要求求实际电源源的特性与与理想电压压源尽量接接近。但是，并非非在任何情情况下都是是
23、要求电源源的内阻越越小越好。某某些特殊场场合，却要要求电源具具有很大的的内阻，这这是因为高高内阻的电电源能够输输出一个较较稳定的电电流。我们把内阻阻无限大的的、能输出出恒定电流流Is的电源称称为理想电电流源或恒恒流源。恒恒流源输出出恒定电流流Is通常称为为电激流。恒流源与恒恒压源一样样，都属理理想状态，实实际上都是是不存在的的。实际电电流源的性性能只是一一定范围内内接近于理理想电流源源。例如,晶体三极极管工作于于放大状态态时就接近近于恒流源源。把电激流为为Is的恒流源源与电阻RR0并联的电电路定义为为电流源。恒流源与电电阻并联的的电路同恒恒压源与电电阻串联的的电路之间间，在满足足一定关系系的条
24、件下下是可以互互相等效的的。二、 欧姆定律欧姆定律：流过电阻阻R的电流流I，与电电阻两端的的电压U成成正比，与与电阻R成成反比。 错误！未找找到引用源源。公式15式中电压单单位用伏，电电阻的单位位用欧，则则电流的单单位是安。从从公式（115）可以以看出，如如果电压UU一定，那那么电阻RR越小时，则则电流I越越大；反之之，当电阻阻R越大时时，电流II越小。也也就是如果果把两个不不同的负载载分别接到到相同的电电源电压上上时，则在在电阻小的的负载中流流过的电流流大，而在在电阻大的的负载中流流过的电流流小，即在在一定的电电压下，电电流与电阻阻成反比。欧姆定律还还可写成UURI这样样的形式，从从这里可以
25、以看出，当当电流I一一定时，电电阻大则电电压越大；反之，在在一定的电电流下，电电阻越小则则电阻上的的电压也越越小。换言言之，当两两个具有不不同阻值的的电阻通过过相同的电电流时，在在低电阻上上的电压低低，而在高高电阻上的的电压高，即即当电流一一定时，电电压与电阻阻成正比例例关系。例1-1、接接在电路中中的某一个个电阻R上上的电压为为10V,其中电流流为2mAA，问此电电阻为多少少欧？若将将该电阻能能以15mmA的电流流，则其上上的电压为为多少伏？R5K U775V三、 电流与电压压的线性关关系我们通常所所遇到大多多数电阻元元件，其电电阻R可认认为是不变变的常数，即即R与所加加电压及所所通电流的的
26、大小与方方向均无关关。例如设设R5KK，当这个个电阻中通通过不同数数值电流II时，用欧欧姆定律算算出相应的的电压，如如下表所示示：I（mA）12345678U (V)510152025303540如果我们用用沿水平方方向的横座座标表示出出电压U，沿沿垂直方向向的纵座标标表示电流流I，则上上述关系可可用图形表表示出来，这这就是如图图16所示的的一条直线线。102030404682I 毫安U 伏图16 线性电阻阻伏安特性性曲线对于这种电电压与电流流之间总具具有直线性性关系的电电阻称为线线性电阻。线线性电阻是是一种线性性的电路元元件，全部部由线性元元件构成的的电路叫线线性电路。除除了特别指指出的以外
27、外，本教材材所讨论的的均属线性性电路。在一般情况况下，表示示一个电阻阻元件的电电压与电流流之间关系系的图形，称称为此元件件的伏安特特性曲线。如如上所述，线线性电阻的的伏安特性性曲线为一一直线。严格地说，线线性电阻是是不存在的的。例如金金属导体内内通过不同同的电流时时，导体的的温度就不不同，而导导体的电阻阻又是随温温度而变化化的，因此此导体内通通过不同的的电流，导导体的电阻阻也随着改改变。但由由于这种变变化很小，所所以在一定定的范围内内，我们可可以近似地地把它作为为线性元件件来考虑。但但有些电阻阻元件就不不同了，这这些元件的的伏安特性性曲线相差差较大。如如一个普通通的钨丝灯灯泡，在一一定的电压压
28、下正常工工作时具有有的电阻，可可比在冷却却时用万用用表测出的的电阻值大大十倍以上上。其伏安安特性曲线线向下弯曲曲。而碳丝丝灯泡因电电阻随温升升减小，所所以它的伏伏安特性曲曲线向上弯弯曲。1.6 电电 功 率率和电能在分析中解解决有关电电路问题中中有时需要要考虑功率率问题。例例如焊大的的物件要用用大电烙铁铁；用大电电炉可以很很快烧开一一壶水。这这些都是因因为它们的的功率不同同。本节将将根据已知知的电压、电电流或电阻阻来计算一一个电阻元元件所消耗耗的电功率率，以及关关于电阻消消耗电功率率转变成热热能的概念念。一、 电功率的计计算公式电功率等于于电压与电电流的乘积积。用P表表示，单位位瓦特（WW）或
29、(KKW)PU II 公式11-6式中电压用用伏，电流流用安，则则功率为瓦瓦。把上式中的的电压U以以U=RII 代入，则则电阻R所所消耗的功功率可以表表示为：PI2RR 公式11-7这个式子表表明，对于于一定的电电阻R，功功率与电流流的平方成成正比。将1-6式式中的I以以I=UR代入，电电阻R所消消耗的功率率又可表示示为：PU2R 公公式1-88这就是说，在在一定的电电压下，功功率与电阻阻成反比，负负载的电阻阻越小，它它的功率就就越大。1 KW 1103 W1106 mW例1-2：电阻率=1.44mm2m，线线径d=00.35mmm的电热热丝绕制一一功率为3300瓦、工工作电压为为220VV的
30、电炉，需需要多少米米？L11米米练习：试求求阻值为2200,额定功功率为8瓦瓦的电阻器器所允许的的工作电流流及电压？ II = 00.2 AA U = 400 V二、 能量的转换换和守恒能量：就是是物体所具具有的作功功的能力或或作功的本本领。能量有许多多种，例如如机械能、热热能、电能能、光能、化化学能等。各各种能量之之间可以互互相转换。例例如，发电电厂和电力力网就是一一个多种能能量相互转转换的系统统。在水电电站中，水水推动水轮轮机转，将将它所具有有的动能和和势能转换换成机械能能。水轮机机带动发电电机又将机机械能转换换为电能。电电能经过输输电线路送送到用户，又又转换为各各种形式的的能量。电电动机
31、将电电能转换成成机械能；电灯将电电能转换成成光能等。在能量转换换的过程中中，不可避避免地有能能量损失。如如：水从前前池经压力力管、导水水机构流进进水轮机，并并不能全部部变成机械械能，沿途途有漏水损损失、摩擦擦损失等等等。水电站站中水的动动能与势能能的和应等等于推动水水轮机的能能量与漏水水损失、摩摩擦损失等等之和。以上说明，自自然界的能能量既不能能创造，也也不能消灭灭，只能从从一种形式式转换为另另一种形式式，能量的的总和操持持不变，这这就是能量量守恒定律律。三、 电能电路的主要要任务是进进行电能的的传送、控控制和转换换。在图11-1中所所示的的电电路中，当当有电流通通过时，电电源要输出出电能；在
32、在外电路中中负载R要消耗电电能。根据据能量守恒恒定律，如如果不考虑虑电源内部部和导线中中的能量损损失，那么么电源输出出的电能就就应该等于于负载所消消耗的电能能。我们要注意意电能和电电功率的区区别。电能能是指一段段时间内电电场力（电电源力）所所做的功。电功率是指单位时间内电场力（或电源力）所做的功。它们之间的关系是：W = P t电能的单位位是千瓦时（KWWh），简简称度。11 KWh是指功功率为1千千瓦的电源源（或负载载）在1小小时内所输输出（或消消耗）的电电能。电功功率用功率率表测量，电电能用电度度表测量。例1-3 在2220V的电电源上，接接入一个电电炉，已知知通过该电电炉的电流流是4.5
33、55A，问问1小时内内，该电炉炉消耗的电电能是多少少？W = 33 KWh四、 效率能量在转换换和传递的的过程中，因因为存在种种种损失，只只有一部分分能量转化化为其它有有用的能量量。我们转转换前的能能量叫做输输入能量，用用P1表示，把把转化后的的能量叫做做输出能量量，用P22表示，把把种种损失失加起来叫叫做综合损损失，用P表示，那那么根据能能量守恒定定律得：P1 = P2+ P公式1-9将输出能量量与输入能能量的比值值称之为效效率，用符符号表示。 = PP2P1 1000% 公式1-10由于损失的的存在，任任何一种设设备所得到到的能量总总是大于它它输出的能能量，即效效率总是小小1的。在水电生产
34、产过程中，主主要存在有有以下几种种损失：水水力损失、机机械损失、电电能损失。水水力损失主主要是指各各部分的漏漏水及克服服引水管道道管壁和导导水机构对对水的摩擦擦力造成的的损失。机机械损失主主要指克服服接触摩擦擦和运动时时的风阻造造成的损失失。电能损损失是指输输电线及送送配电设备备上消耗的的电能损失失。例1-4 有一台电电动机，它它的名牌上上标出的功功率是7千千瓦，效率率是86%，问电动动机内部的的损失是多多少？ 1.144KW五、 电流的热效效应当电流流过过导体时，由由于导体具具有一定的的电阻，因因此，电能能就随着电电流的流动动不断地转转变为热能能，使导体体温度升高高，这种现现象就叫做做电流的
35、热热效应。电电炉、电烙烙铁等就是是利用电流流的热效应应来生热的的，我们利利用它为生生产和生活活服务。另一方面面，在电机机、变压器器等电气设设备中，电电流通过绕绕组时所产产生的热量量，对于这些些设备是不不利的。这这些热量如如果不设法法从电机及及变压器内内部散发出出来，经过过长时间运运行后，就就会使设备备的温度升升得很高，严严重时甚至至会烧坏设设备。所以以必须严密密监视设备备的温升（即即设备温度度比周围环环境温度高高多少），采采取多种方方式进行冷冷却和散热热。经过长期的的实践和实实验，证明明电流通过过导体产生生的热量跟跟电流的二二次方成正正比，跟导导体的电阻阻成正比，跟跟通电的时时间成正比比，这个
36、规规律叫做焦焦耳定律。Q=I2RRt公式1-9公式中的电电流I的单单位要用安安培（A），电电阻R要用用欧姆（），通过过的时间tt的单位要要用（s），这这样热量QQ的单位就就是焦耳（JJ）六、 电气设备的的额定值为了使电气气设备安全全、经济地地运行，并并保证一定定的使用寿寿命，制造造厂对产品品都规定了了额定值（如如额定电压压、额定电电流、额定定转速等）。大大多数电气气设备的电电流超过额额定值过多多时，由于于发热过甚甚，绝缘材材料将会损损坏；当所所加电压超超过额定值值过多时，绝绝缘材料也也可能被击击穿。反过过来说，如如果电气设设备的电压压与电流额额定值比额额定值小得得多，不仅仅得不到正正常合理的的
37、工作状况况（如电压压过低，电电灯亮度不不够，电动动机的转速速太低等），也不能能充分利用用电气设备备的工作能能力。因此此，制造厂厂在规定产产品的额定定值时，要要全面考虑虑使用时的的经济性、可可靠性以及及寿命等各各种因素，特特别要保证证电气设备备的工作工工作温度不不超过规定定允许值。电气设备的的额定值通通常标在铭铭牌上。额额定值一般般用附有下下标“e”的符号表表示,如UUe 、Ie 、Pe等。2直流电电路的分析析计算本章将在第第一章的基基础上，逐逐步讨论一一些简单电电路及电路路中各种过过程的分析析方法。2.1 电路路的工作状状态电路有三种种可能的工工作状态：通路、断断路、短路路。一、 通路通路：就
38、是是电源与负负载闭合回回路。如图图2-1所所示电路中中开关S合合上时的工工作状态。短短距离输电电导线电阻阻很小，常常忽略不计计，据欧姆姆定律，于于是负载的的电压降UUL就等于路路端电压：U=UL=E（RR+R0）RSR1R1-+R0REULU 图22-1通路路示意图若输电线导导线较长，就就应当考虑虑它的电阻阻。实际上上为了简化化电路计算算，常用等等值的集中中的电阻来来代表实际际导线的分分布电阻，如如图2-11中用虚线线表示的电电阻R1。输电导线的的横截面积积应依据线线路上的容容许电压损损失（一般般为额定电电压的5%）和最大大工作电流流选定，截截面过细导导线上的电电压损失太太大，过粗粗则浪费材材
39、料。电气设备接接入额定电电压，流过过额定电流流的工作状状态，称为为额定工作作状态，也也称满载。满载载时的电功功率等于额额定功率。如如果由于某某种原因，电电流超过额额定值，即即实际功率率超过额定定功率，这这种状态称称为过载状状态，简称称过载。长时间过过载是不允允许的；而而短时间过过载往往是是不可避免免的。实际际功率在额额定值的550%以下下时一般称称为轻载。实际际功率为额额定值的880%以上上时，一般般称为重载载。二、 断路断路就是电电源与负载载没有接通通成闭合回回路，也就就是图2-1电路中中开关S断断开时的状状态。断路路状态相当当于负载电电阻等于无无穷大，电电路的电流流为零，即即R=I=0此时
40、电源不不向负载供供给电功率率，即PS=PL=0这种情况况称为电源源空载，（PS输出功率率）。电源空载时时的端电压压为断路电电压或开路路电压，电电源的开路路电压UOOC就等于于电动势EE：UOC = E三、 短路短路就电源源未经负载载而直接由由导线接通通成闭合回回路。电源源输出的电电流就以短短路点为回回路而不流流过负载。若若忽略输电电导线的电电阻，短路路时回路中中只存在电电源的内阻阻R0，这时的的电流为ISC = ER0ISC称为为短路电流流。因为电电源内阻RR0一般都比比负载电阻阻小得多，所所以短路电电流总是很很大的。如如果电源短短路状态不不迅速排除除，由于电电流热效应应，很大的的短路电流流将
41、会烧毁毁电源、导导线以及短短路回路中中接有的电电流表、开开关等，以以致引起火火灾。所以以，电源短短路是一种种严重事故故，应严加加防止。许多短路事事故是因绝绝缘损坏引引起的；错错误的接线线或误操作作也常导致致电源短路路。为了避避免短路事事故所引起起的严重后后果，通常常在电路中中接入熔断断器或自动动断路器，以以便在发生生短路时能能迅速将故故障电路自自动切断。 熔断器的符符号如如图图2-2。熔熔断器内装装有熔丝，是是由低熔点点的合金制制成的金属属丝或片，电电路中一旦旦发生短路路事故，很很大的短路路电流流过过熔丝所产产生的热量量使保险丝丝迅速熔断断，断开电电路，保护护设备。FU图2-2短路与开路路这两
42、个术术语不仅能能用于电源源，也能用用于电路中中任意一段段或某一器器件。如某某段电路或或某一器件件因与电源源断开，以以致无电流流流过，也也可说该段段电路或该该器件开路路。若某段段电路或某某器件的两两端被一根根几乎无电电阻的导线线连接，以以致两端无无电压，这这也可说是是该段电路路或该器件件被短路。短短路分为“事故短路路”和“有用短路路”，后者我我们称为短短接。2.2 电路路中的电位位计算电路中点的的电位是相相对的物理理量，若不不选定参考考点，就只只能比较两两点电位的的高低，而而无从确定定各点的电电位值。参参考点的电电位通常规规定为零，所所以参考点点又叫零电电位点。零零电位点任任意选定，但但为了统一
43、一，习惯上上取大地为为参考点，即即认为大地地的电位为为零，这是是因为大地地容纳电荷荷的能力非非常大，它它的电位很很稳定，不不受局部电电荷量变化化的影响。这这个道理与与地理上计计算高度常常选海平面面起点是相相似的。电位：某点点的电位与与零电位之之间的电压压。有V表示。电子线路中中常取公共共点或机壳壳作为电位位的参考点点。接地与与接公共点点（或机壳壳）的表示示符号如图图2-2所所示图2-3接地接公共点电路任意两两点间的电电压值与参参考点的选选择无关。要计算某点点的电位，简简单地说，就就是从该点点出发，沿沿着任选的的一条路径径“走”到零电位位点，该点点的电位就就等于“走”这条路径径所经过的的全部电位
44、位降（即电电压）的代代数和。一一路上经过过的不论是是电源还是是负载，只只要从器件件的正极到到负极，就就取该电位位降为正值值，反之就就取负值。（负负载则将电电流流入端端为正极，出出端为负极极，若未知知则自己选选定参考方方向，一般般应与电压压相关联）R1R2-+E1E2R3ACBDI1I3I2 图2-44以图2-44为例。DD点是参考考点。A点点的电位为为：（1）AED VA= E1（2）AR1BR3D VVA= I1R1+I3R3（3）AR1BR2CE1D VA= I1R1 = II2R2 + E2若以B点为为参考点，AA点的电位位为VA= II1R1 = E1I3R3 当当选A或BB为参考点点
45、时，A与与B点的电电压选A点时：Uab = I1R1 选B点时时：Uabb = I1R1即两点间的的电压与参参考点的选选择无关。从以上分析析可看出：1、在电路路中，某点点电位的高高低是相对对的，当电电位的参考考点改变时时，电位的的高低就随随着发生变变化。2、电位参参考点的选选择是任意意的，但是是一个电路路里只能有有一个参考考点。当参参考点选定定后，电路路中各点的的电位就有有了确定值值，而与计计算电们时时的选择的的路径无关关。3、不论选选择哪一点点作为电路路的参考点点，任意两两点间的电电压数值不不会改变。同电位：两两点之间的的电压为零零或两点的的电们相等等地，叫做做这两点同同电位。此此时因两间间没有电压压，导线中中也不会有有电流流过过，这根导导线接上去去或拿掉都都有关系，当当然，在这这两点间接接上任意电电阻也没有有影响。2.3 电路路中电阻串串联与并联联在介绍电阻阻串联与并并联之前，我我们先熟悉悉一个概念念。电路中中任何一部部分的几个个电阻，总总可以由一一个电阻来来代替，而而不影响这这一部分两两端原来的的电压和电电路中其余余部分的电电流强度。这这一个电阻阻