一、電路的基本概念

1、電路

  電流經(jīng)過的路徑稱為電路。

2、內(nèi)電路

  電源內(nèi)部的通路稱為內(nèi)電路。如電池兩極之間的電路就是內(nèi)電路。

3、外電路

  從電源一端經(jīng)過負(fù)載，再回到電源另一端的電路稱為外電路。

4、電路圖

  電路圖是指用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形、文字、符號表示電氣設(shè)備或元件，并按電路實(shí)物構(gòu)成關(guān)系畫出的圖形。電路圖主要由元件符號、連線、結(jié)點(diǎn)、注釋四大部分組成。電路圖有系統(tǒng)圖、原理圖、接線圖和印制板圖等。

二、電路的基本組成

  電路由電源、負(fù)載、開關(guān)和連接導(dǎo)線組成。

1、電源

  電源是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。例如，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

2、負(fù)載

  負(fù)載也稱為用電器，是將電能轉(zhuǎn)換為其它形式能量的設(shè)備和器件。例如電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；電爐將電能轉(zhuǎn)換為熱能；電燈將電能轉(zhuǎn)換為光能。    

3、開關(guān)

  開關(guān)是指可以使電路斷開、使電流中斷或使其流到其它電路的元件。開關(guān)的作用是根據(jù)負(fù)載需要接通和斷開電路。

4、連接導(dǎo)線

  連接導(dǎo)線是輸送和分配電能的導(dǎo)體，其作用是連接電源和負(fù)載，為電流提供通路，把電源的能量供給負(fù)載。常用的導(dǎo)線是銅線和鋁線。

三、電路的基本功能

1、進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配

  在電力電路中，發(fā)電廠將不同形式的能量，如熱能、光能、原子能或水的勢能等轉(zhuǎn)變成電能；負(fù)載則將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?、熱能或機(jī)械能等；中間環(huán)節(jié)，如高低壓輸電線路、變壓器，會控制、傳輸和分配電能，同時保護(hù)電路中的電氣設(shè)備。

2、進(jìn)行信息的傳遞與處理

  這類電路中，電源可以提供的能量非常有限，一般情況下用作信號，稱為信號源或激勵；要傳遞的是各種信息，其中電路的輸出信號又稱為響應(yīng)；各種終端設(shè)備，如收音機(jī)的揚(yáng)聲器、電話系統(tǒng)的電話機(jī)等，起著負(fù)載作用。這類電路往往都有比較復(fù)雜的中間環(huán)節(jié)，主要起的是信號的處理、控制、放大和傳輸?shù)茸饔谩?/span>

四、電路的三種狀態(tài)

  電路有三種狀態(tài)：通路、短路和開路。

1、通路狀態(tài)

  通路就是電路中的開關(guān)閉合，電路中有電流流過。通路狀態(tài)下，電源端電壓與負(fù)載電流的關(guān)系可用電源的外特性確定。根據(jù)負(fù)載的大小，又分為滿載、輕載、過載三種情況。負(fù)載在額定功率下的工作狀態(tài)叫做額定工作狀態(tài)或滿載；低于額定功率的工作狀態(tài)叫輕載；高于額定功率下的工作狀態(tài)叫過載或超載。由于過載很容易燒壞電器，所以一般情況不允許出現(xiàn)過載。    

2、短路狀態(tài)

  如果外電路被阻值近似為零的導(dǎo)體接通，這時電源就處于短路狀態(tài)。短路狀態(tài)下，電路中的電流(短路電流)Id≈E/R?。由于電源的內(nèi)阻一般很小，因而短路電流可能達(dá)到非常大的數(shù)值，這樣會使電源有燒毀的危險，必須嚴(yán)格防止，避免發(fā)生。在短路狀態(tài)下，電源的端電壓為：

U=E-I?R?=E-ER?/R?=0。可見，短路狀態(tài)的主要特點(diǎn)是短路電流很大，電源端電壓為零。

3、開路狀態(tài)

  開路就是電源兩端或電路某處斷開，電路中沒有電流通過，電源不向負(fù)載輸送電能。對于電源來說，這種狀態(tài)叫空載。開路狀態(tài)的主要特點(diǎn)是電路中的電流為零，電源端電壓和電動勢相等。

五、直流電路

  電流方向不變的電路稱為直流電路。直流電路按工作狀態(tài)可分為直流暫態(tài)電路和直流穩(wěn)態(tài)電路。大家常說的直流電路指的是直流穩(wěn)態(tài)電路。

1、直流穩(wěn)態(tài)電路

  直流穩(wěn)態(tài)電路中的各個物理量，如電壓、電流的大小、方向都不隨時間變化，而是始終工作在穩(wěn)定狀態(tài)下。    

  一般情況下，直流電源和電阻器是組成直流穩(wěn)態(tài)電路的必要部分。

2、直流暫態(tài)電路

  直流暫態(tài)電路中的各個物理量，如電壓、電流的大小隨時間變化，但方向不會改變，是工作在由一種穩(wěn)態(tài)到另一種穩(wěn)態(tài)的過渡狀態(tài)。

  直流暫態(tài)電路除了包含直流穩(wěn)態(tài)電路必要的電阻器、直流電源外，還包含電容器或電感器。

3、直流電源

  常用的直流電源主要有蓄電池、干電池、直流發(fā)電動機(jī)和電子整流電源等。

六、交流電路

  電壓和電流的大小、方向都隨時間作周期性變化的電路稱為交流電路。交流電路主要有正弦交流電路和三相交流電路等。

1、正弦交流電路

  正弦交流電路是指按正弦規(guī)律變化的交流電路，又稱單相交流電路，它由兩條電源線將電源與負(fù)載連接起來。

 1）正弦交流電的三要素

  正弦交流電的三要素是指最大值、頻率、初相角。

 （1）最大值

  最大值是指正弦交流電在一個周期內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時值的絕對值。電流、電壓、電動勢分別用I_m、U_m、E_m表示。

 （2）頻率

  頻率是指交流電在1秒鐘內(nèi)變化的次數(shù)，用f表示，單位為赫茲（Hz），簡稱赫。    

  正弦交流電在1秒鐘內(nèi)所變化的電角度稱為角頻率，用ω表示，單位為弧度/秒（rad/s）。

  交流電每變化一次所經(jīng)歷的時間為周期，用T表示，單位為秒（s）。交流電每變化一次，電角度變化2π弧度，所以有ω=2πf=2π/T。

 （3）初相角

  發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈平面開始計時(t=0)時與磁中性面夾角為α，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時線圈平面與磁中性面的夾角連續(xù)變化。設(shè)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度為ω，則在任一時刻t，線圈與磁中性面的夾角為(ωt+α)，所以t時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e=E_msin(ωt+α)。式中(ωt+α)稱交流電的相位角。t=0時的相位角叫初相角。e的初相角是α。

  相位差是兩個同頻率的正弦交流電的初相角之差。

2）正弦交流電的有效值和平均值

 （1）有效值

  一個交流電流i和一個直流電流I分別流過完全相同的電阻R，如果在交流電一周期內(nèi)它們在各自電阻上所產(chǎn)生的熱量相等，則交流電流i的有效值就等于直流電流I的大小。正弦交流電有效值與最大值的關(guān)系為：

  I=I_m/√2≈0.707I_m

  U=U_m/√2≈0.707U_m

  E=E_m/√2≈0.707E_m

 （2）平均值    

  所謂平均值，是指交流電在半個周期內(nèi)所有瞬時值的平均大小。交流電壓、電流、電動勢的平均值分別用字母U_p、I_p、E_p表示。可以證明，正弦交流電平均值與最大值之間的關(guān)系是：

  E_P=2E_m/π，E_m=π/2E_P,故有：

  E=E_m/√2=πE_P/2√2≈1.1E_P。

2、三相交流電路

  三相交流電路的特點(diǎn)是按照一定的連接方式，由三個幅值、頻率相同，且相位互差120°的三相交流電源給負(fù)載供電。與單相交流電路相比，有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

 1）在相同的輸送功率、距離、電壓和線路損耗下，三相輸電線路可以節(jié)省大量的輸電成本與有色金屬，其用銅量約占單相輸電線路的3/4。

 2）三相交流發(fā)電機(jī)比相同容量的單相交流發(fā)電機(jī)體積小、質(zhì)量輕、成本低。

 3）三相變壓器不僅比單相變壓器更經(jīng)濟(jì)，而且有兩種輸出電壓，既可以連接三相負(fù)載，又可以連接單相負(fù)載。

 4）三相電源產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場更容易,適合為三相電動機(jī)供電。三相電動機(jī)比相同容量的單相電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，性能良好，運(yùn)行平穩(wěn)，效率高。