1、2.1 电路的基本概念2.1.1电路的组成及作用2.1.2 电路的基本物理量2.1.3 电路的工作状态主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回目录2.1.1电路的组成及作用1.电路的组成 电路是由电工设备和元器件按一定方式联接起来的总体，为电流流通提供了路径。图2-1所示电路是一个手电筒电路，它由电源、负载和中间环节（包括联接导线和开关）三部分组成。其中，干电池为电源，灯泡为负载，连接导线和开关为中间环节。在电路中随着电流的流动，进行着不同形式能量之间的转换。主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页2.1.1电路的组成及作用电源：电路中供给电能的设备和器件称为
2、电源，它是将非电能转换为电能的装置。如发电机、干电池等。负载：电路中使用电能的设备和元件称为负载，它是将电能转换成非电能的装置。中间的环节：是把电源与负载联接起来的部分，起传递和控制电能的作用。对于一个完整的电路来说，电源（或信号源）、负载和中间环节是三个基本组成部分，它们缺一不可。主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页2.1.1电路的组成及作用电路模型 在实际应用中，通常用电路图来表示电路。在电路图中，各种电器元件都不需要画出原有的形状，而是采用国家统一规定的图形符号来表示。图2-2为图2-1所示的手电筒的电路图。这种用理想元件构成的电路也称为实际电路的“电路模型”，我们
3、在进行理论分析时所指的电路，就是这种电路模型。主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页2.1.1电路的组成及作用2.电路的作用 电路按其功能可分为两类：一类是电力电路，它主要起实现电能的传输和转换作用，因此，在传输和转换过程中，要求尽量减少能量损耗以提高效率。另一类是信号电路，其主要作用是传输和处理信号等（例如语言、音乐、图像、温度等）。在这种电路中，一般所关心的是信号传递的质量，如要求不失真、准确、灵敏、快速等。主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.1.2 电路的基本物理量1、电流 2电压与电位 3电动势 4.电功率与电能 主要内容主要内容普通高等教育
4、“十一五”国家级规划教材ii i返回2.1.2 电路的基本物理量1、电流 电流是一种物理现象，是带电粒子（电荷）的定向运动形成的。电流的大小用电流强度来衡量。电流强度是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度习惯上又常被称为电流。大小和方向均不随时间改变的电流叫做恒定电流，简称直流，其强度用符号I I表示。如果电流的大小和方向都随时间变化，则称为变动电流。其中一个周期内电流的平均值为零的变动电流则称为交变电流，如正弦波电流等，其强度用符号i i来表示。主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材ii i下一页2.1.2 电路的基本物理量 对于直流电流，单位时间内通过导体横截面的电荷
5、量是恒定不变的，其电流强度 (2-1)对于变动电流，在很小的时间间隔内，通过导体横截面的电荷量为，则该瞬间电流强度为 (2-2)电流的单位是安培，国际符号为AA。它相当于1秒内通过横截面的电荷为1库仑(C C)。有时也会用到千安(KAKA)，毫安(mAmA)或微安（AA）。.主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材Q I=tdqidt下一页2.1.2 电路的基本物理量 习惯上，我们规定正电荷移动的方向为电流的方向。电流的方向是客观存在的，但在电路分析中，有时某段电流的实际方向难以判断，甚至实际方向在不断改变，为了解决这一问题，需引入电流的参考方向概念。一段电路中任意选定一个方向就叫
6、电流的参考方向，在电路图中用实线箭头表示，有时也用双下标表示，如iAB，其参考方向是由A指向B。主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页2.1.2 电路的基本物理量 选定的参考方向不一定就是电流的实际方向。当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值（I 0）；当电流的参考方向与实际方向相反时，电流为负值（I B，则沿此参考方向的电压为正值，U0，即电压的实际方向与此参考方向相同；反之，若A点的电位低于B点的电位，即B，则沿此参考方向的电压为负值，UXC时，即电压超前电流 角，电路呈感性；0RXXarctgCL下一页2.3.2 正弦交流电路的计算方法主要内容主要内容普通高等教
7、育“十一五”国家级规划教材 2）当XLXC时，0，即电压滞后电流，电路呈容性；3）当XLXC时，0，即电压与电流同相位，电路呈电阻性。三种情况的相量图如图2-32所示：由上面分析可知：-90 90，当电源频率不变时，改变电路参数L或C可以改变电路的性质；若电路参数不变，也可以改变电源频率达到改变电路的性质。下一页2.3.2 正弦交流电路的计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 下一页2.3.2 正弦交流电路的计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 从图2-32的相量图还可看出，电阻电压 、电抗电压 和端电压 三个相量组成一个直角三角形，又叫电压三角形
8、，它与阻抗三角形是相似三角形。即 RUCLXUUUU2222)(XRCLRUUUUUUCLXUUU其中 下一页2.3.2 正弦交流电路的计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 例2.4 电路如图2-33(a)图所示为正弦交流电路中的一部分,已知电压表V1的读数为6V，V2的读数为8V，试求端口电压U。解 以电流为参考相量，画出相量图如图2-33(b)所示。下一页2.3.2 正弦交流电路的计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 由相量图可见，、三者组成一直角三角形，故得 RULUU)(10862222VUUULR本例也可用相量法计算：II/0 则 6R
9、U/0 设电流相量为=6 V 8LU/90=j8 V 由KVL得 1086jUUULR/53.1V 返回2.3.3功率因数及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1、功率因数2、改善功率因素的意义 3、改善功率因素的方法 返回2.3.3功率因数及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.功率因数 二端网络电压、电流参考方向如图2-34所示，则网络在任一瞬间时吸收的功率即瞬时功率为)()()(titutptItUsin2)sin(2)2cos(costUIUI(2-62)其中 为电压与电流的相位差。下一页2.3.3功率因数及其改善的方法主要内容
10、主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材二端网络所吸收的平均功率即有功功率P为TpdtTP0101coscosTUIUItdtTcosUI(2-63)coscos 可见，正弦交流电路的有功功率等于电压、电流的有效值和电压、电流相位差角余弦 的乘积。这里称为二端网络的功率因数，称为功率因数角。下一页2.3.3功率因数及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 有几种特殊值：，功率因数 ，二端网络为一等效纯电阻，网络吸收的有功功率 ，没有能量的交换；1cosUIPR ，功率因数 ，二端网络为纯电抗，则网络吸收的有功功率 ，这与前面的结果完全一致；900cos0XP ，说
11、明二端网络中必有储能元件，因此，二端网络与电源间有能量的交换。对于感性负载，电压超前电流，；对于容性负载，电压滞后电流，。000Q00Q0下一页2.3.3功率因数及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材电源的额定输出功率为 cosNNSP 它除了决定于本身容量（即额定视在功率）外，还与负载功率因数有关。返回2.3.3功率因数及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2改善功率因素的意义 工厂用电设备除了电热设备、电阻炉和白炽灯外，基本上都是电感性负荷，运行时需要电力系统供给大量的无功功率，功率因素较低。由于无功功率的存在使得系统中的电流增大，从
12、而使电力系统的有功损耗增加。为了最大效率发挥发、供、配电设备的能力，减少功率损耗和电能损耗，节约电能，减小电压损失，改善电压质量，必需进行无功功率补偿。下一页2.3.3功率因数及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 供电部门一般要求新建企业的月平均功率因素达到0.9以上。当企业的自然总平均功率因素较低，单靠提高用电设备的自然功率因素达不到要求时，应装设必要的无功功率补偿设备，以进一步提高企业的功率因素，节约电能。返回2.3.3功率因素及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3.改善功率因素的方法 提高功率因数的方法，基本上分为：改善用电设备
13、自然功率因数和安装人工补偿装置两种。提高用电设备的自然功率因数即合理选择电动机，使其尽可能在高负荷率状态下运行；人工补偿一般选用电力电容器补偿。下面分析利用并联电容器来提高功率因数的方法。下一页2.3.3功率因素及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 一感性负载功率因数为 ，电流为 ，在其两端并联电容器C，如图2-35所示，并联电容以后由相量图可知，电容电流补偿了负载中的无功电流，总电流减小，电路的总功率因数 提高了。1cos1Icos下一页2.3.3功率因素及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1coscos 通过相量图还可计算由 提高到 时需并联补偿的电容容量。)(12tgtgUPC（2-64）在实际生产中并不要求把功率因数提高到1，因为这样做需要并联的电容较大，不经济。功率因数提高到什么程度为宜，需做具体的技术经济比较而决定。通常只将功率因数提高到0.90.95之间。下一页2.3.3功率因素及其改善的方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 补偿电容器的接线通常可分为三角形和星形两种形式；安装地点则有集中安装和就地补偿之分，如对异步电动机并联电容器应进行单独就地无功补偿。返回
