三电工技术基础实践与应用 (a) (b) 图1一8电流、电压的物理意义 (a)直流：(b)交流 则相应的有效值为： 1= T 因为 cs2(ol+b)=+co2+=之=27 所以， 即正弦电流的有效值与最大值满足关系： (1-8) 同理，可得正弦电压有效值与最大值的关系： U。=2U (1-9) 工程上说的正弦电压、电流一般指有效值，如设备铭牌额定值、电网的电压等级等。但 绝缘水平、耐压值指的是最大值。因此，在考虑电气设备的耐压水平时应按最大值考虑。测 量中，交流测量仪表指示的电压、电流读数一般为有效值。注意区分电压、电流的瞬时值、 “,最大值1.、U。和有效值1、U的符号。 1.3电路的基本概念和基本定律 把各种电路元件(Element)以某种方式互连而形成的某种能量或信息的传输通道称为 电路(Eleetrie Circuit),或者称为电路网路(Electrie Network)。 1.3.1电路的作用与组成部分 1.实际电路 实际电路一由电气设备组成（如电动机、变压器、品体管、电容等），为完成某种预 期的目的而设计、连接和安装形成的电流通路。 开关 图1-9是最简单的一种实际电路。它由三部分 组成： (1)提供电能的能源（图中为干电池），简称电 源或激励源或输入。电源把其他形式的能量转换成 电能。 (2)用电设备（图中为灯泡），简称负载。负载 把电能转换为其他形式的能量。 图1-9手电筒电路 006
第1章电工基础 (3)连接导线。导线提供电流通路，电路中产生的电压和电流称为响应。 任何实际电路都不可缺少这三个组成部分。 实际电路的功能。 (1)进行能量的传输、分配与转换（如电力系统中的输电电路）。 (2)进行信息的传递与处理（如信号的放大、滤波、调谐、检波等） 实际电路的外貌结构、具体功能以及设计方法各不相同，但遵循同一理论基础，即电路 理论。 2.电路模型 开美 电路模型是足以反映实际电路中电工设备和器件（实际 部件)电磁性能的理想电路元件或它们的组合。 ED干电池 理想电路元件可以认为是抽掉了实际部件的外形、尺寸等 差异性，反映其电磁性能共性的电路模型的最小单元。例如风门 图1-9中的手电筒电路，其实际电路元器件有干电池、灯泡、 开关和连接导线，电路模型如图1-10所示。 图1-10中灯泡是电阻元件，其参数为电阻R:干电池是电图1-10手电筒电路模型 源，其参数为电动势E和内电阻R:导线、开关是电路连接的中间环节，其电阻忽略不计。 上述这些理想电路元件所组成的电路就是实际电路的电路模型，是对实际电路电磁现象 的抽象和总结。发生在实际电路元件中的电磁现象按性质可分为：消耗电能、供给电能、储 存电场能量、储存磁场能量。将每一种性质的电磁现象用一个理想电路元件来表征，有如下 几种基本的理想电路元件： (1)电阻：消耗电能并转换成其他形式的能量（如电阻器、灯泡、电炉等），如图1 11所示。 + 图1-11电阻 (2)电容：反映产生电场，储存电场能量的特征，如图1-12所示。 图1-12电容 (3)电感：反映产生磁场，储存磁场能量的特征，如图1-13所示。 图1-13电感 (4)电源元件：表示各种将其他形式的能量转变成电能的元件。 007
三电工技术基础实践与应用 需要注意的是：具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型 表示；同一实际电路部件在不同的工作条件下，其模型可以有不同的形式。 1.3.2电路的基本物理量 电路理论中涉及的物理量主要有电流/、电压U、电荷Q、磁通中、电功率P和电磁能 量W。在电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。 L.电流(Current) 电流：带电粒子有规则的定向运动形成电流。 电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量。 i(0=1im是-0(A) (1-10) 式(1-10)中，i为电流，单位为A(安培，简称安)。用i表示随时间变化的电流，即瞬 时电流。若i的方向大小不随时间变化，则用I表示，即直流。g为电荷量，单位为C(库 仑，简称库)。‘为时间，单位为8（秒）。 电流变量定义的正方向及参考方向如表1-2所示。 表1-2电流变量定义的正方向及参考方向 电路变量 实际正方向 参考方向 单位 电流1 正电荷移动的方向 古 kA、A,mA、AA 换算关系：1kA=103A=10mA=10°uA。 表1一-2中，电流的实际方向为规定的正电荷移动方向。电流的参考方向是假定的正电 荷移动方向。电流参考方向和实际方向的关系如图1-14所示。 。人参考方响 方向相同，1>0 方向不同，<0 图1-14电流参考方向和实际方向的关系 2.电压(Voltage) 电位：单位正电荷9从电路中一点移至参考点(P=0)时电场力做功的大小。 电压：单位正电荷从电路中一点移至另一点时电场力做功()的大小，即两点之间 的电位之差。 (1-11) 式(1-11)中，4为电压，单位为V(伏特，简称伏)。若u的大小方向不随时间变化，则 用U表示，即直流。△W为电荷移动过程中的能量损失，单位为」（焦耳，简称焦）。 电压变量定义的正方向及参考方向如表1-3所示。 008
第1章电工基础 表1-3电压变量定义的正方向及参考方向 电路变量 实际正方向 参考方向 单位 电压U 低电位 a kV.V.mV.uV 换算关系：1kV=103V=10mV=109μV。 表-3中由压的实际方向为从高由位指向低由位的方向。由压的参考方向.假定的 电位降低方向为电压的参考方向。当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变， 但任意两点间电压保持不变。电压参考方向和实际方向的关系如图1-15所示。 参考方向 参考方向 “ 方向不同<0 图1-15电压参考方向和实际方向的关系 如果指定流过元件的电流的参考方向是从电压正极性的一端指向负极性的一端，即两者 采用相同的参考方向时称为关联参考方向；当两者不一致时，称为非关联参考方向。电流电 压参考方向的关系如图1-16所示。 + 关联参考方向 非关获参考方向 图1-16电流电压参考方向的关系 3.电动势(Electromotive force) 电动势，即外力对单位电荷量所做的功，也就是单位电荷所获得的能量。电动势是描述 外力对电荷做功大小的物理量。电动势的实际方向为使正、负电荷分离的方向，从电源的负 极指向正极，其大小为： (1-12) 式(1-12)中，©为电动势，单位为V(伏特，简称伏)。若e的大小和方向不随时间变 化，则用E表示；△W为电荷所获得的功或能量，单位为J(焦耳，简称焦)。 电动势变量定义的正方向及参考方向如表1-4所示。 表1-4电动势变量定义的正方向及参考方向 电路变量 实际正方向 参考方向 单位 电动势c 电源驱动正电荷的方向 a (低电位◆高电位)】 kV、V、mV,V 009
电工技术基础实践与应用 电动势只存在于作为电源的导体中，在电源中若电流方向与电动势方向一致，表示外力 超过电场力，外力做正功，电荷得到能量；在电源中若电流方向与电动势方向相反，表示电 源两极间的电场力超过外力，外力做负功，此时电源中电能将转化为其他形式的能量，如 图1-17所示。 e>0得到能量 e<0转化为此他能 图1-17电流电压参考方向与电动势的关系 4.电功率(Electric power) (1)电功率：单位时间内电场力所做的功。若电路中某元件上的电压为业，电流为i。 且参考方向相同（参考方向一致或相关联），则该元件消耗的电功率为： (1-13) 式(1-13)中，p为电功率，简称功率，单位为W(瓦特，简称瓦)。用表示随时间变 化的瞬时功率；用P表示不随时间变化的恒定功率。 电功率变量定义的参考方向及单位如表1-5所示。 表1-5电功率变量定义的参考方向及单位 电路变量 参考方向 单位 电功率p Mw、kW、W 一般情况下，电阻在电路中吸收功率；电路中电源可以发出功率，也可以吸收功率，具 体情况要由所在电路情况决定。如图1-18所示，若>0，表示该元件实际吸收功率，是 电路中的负载；若<0，则表示该元件实际释放电能，发出功率。但对一完整的电路，发 出的功率=消耗的功率，满足功率平衡。 P>0吸牧正功率（实际吸收）P<0吸收负功*（实际发出）】 图1-18电流电压参考方向与电功率的关系 (2)电功率与电压和电流的关系： ui出p出出出=m (1-14) 5.电能(Electric) 电能，即一段时间内所提供或消耗的电能量，用W表示。电能与电功率的关系为 010