技能培训资料之直流电路基础知识.docx

电工基础有时称为电工学或理论电工，对于电气技术人员来说，必须掌握基本专业基础知识。电力专业的技术人员，以交流工频电路为主，如单相交流电、三相交流电；电信(或称弱电)专业的技术人员，则以电场理论、直流电路直至复杂直流电路的分析与计算为主。因此， 电气专业的技术人员，都需要通过电工基础知识进一步掌握本专业的技术理论，以指导生产实 践。例如，对事故的分析，对设备的技术性能的了解与设计、改进等工作都需要相当深度与广 度的电工基础知识。
高压电工实用技术，突出实用的特点。既然是实用，就必须有理论依据，应用电工理论作 为供、用电系统电气设备的运行维修、值班及安装设计等工作的指导，就是实践必须以专业理论为依据，理论要联系实际。
一、直流电路的分析方法
直流电路分为简单直流电路和复杂直流电路。分析直流电路的主要方法是应用欧姆定 律、基尔霍夫定律、叠加定理、戴维宁定理、支路电流法、节点电压法等。这些方法也适用于交 流电路，但是交流电路的分析运算采用几何运算，即应用相量的运算或符号法，在电路的分析运算过程中，着重解决电路中电流、电压、功率等物理量间的关系，所以，重点介绍交流电路和直流电路的共性部分，例如，电路的等效化简串联、并联、混联电路的特点等。
1.串联电路的特点
(1) 电流处处相等。
(2) 总电阻等于各段电路的电阻之和。
(3) 分压比等于该段电路的电阻和总电阻之比。
(4) 总电压等于各段电压之和。
2.并联电路的特点
(1)总电压等于各支路的电压。
(2)总电流等于各支路电流之和。
(3)总电阻等于各支路电阻之和，即总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和。
(4)电流分配与该支路电阻成反比，与相邻支路电阻成正比。
3.混联电路的特点
混联电路又称复联电路，在电路中同时存着串联和并联。因此，分析解决混联电路，实际 上就是先解决电路的串联、并联部分，最后根据电路总体结构，求出总电路及各部分的未知量。
4. 对电路进行等效化简常用的方法及基本规律
1) 常用的方法
进行电路的等效化简，要依据电路串联和并联的特点，对电路加以分析，把电路中多分支 的部分应用等效电阻来代替，使电路成为无分支电路。简单地说，串联的部分要串联相加，并 联的要进行并联计算，然后用等效电阻代替。这样可使多分支电路变成为无分支电路，然后应 用欧姆定律求解电路中的未知量。
另一种方法是等效电源法，这种方法是根据有源二端网络定理(又叫做等效电源定理)对电路进行等效化简的，这种方法适用于多电源的复杂电路。
常用于交、直流电路中网络等效化简的方法是星形一三角形等效变换法。
总之，上述方法可根据不同形式的电路采用相适应的方法对电路进行等效化简，以求出电 路中的未知量。
2) 化简简单直流电路的基本规律
简单直流电路可以用串联和并联的方法进行化简，其基本规律是：
(1) 分析电路的并联部分，把并联的电阻进行并联计算，计算结果是其等效电阻值小于支路的最小电阻值，
(2) 如果N个电阻并联，且阻值都相等，则等效电阻值等于其中一个电阻值的
(3) 在几个并联电阻中，如果其中一个支路的电阻为0，则等效电阻等于0。
(4) 两个电阻并联，如阻值相等，可用一个阻值为其中一个电阻的阻值的电阻代替；如果两个电阻不等，且阻值相差悬殊，，则可认为等效电阻值等于R2
(5) 电路等效化简过程中，如果已知某支路的电流等于0,可以将该支路去掉使电路大大简化。
(6) 如果电路中任意两点的电位相等，则可以用导线连起来看成一个点，化简后比较容易地利用串、并联电路的特点，应用欧姆定律求解电路。
3) 欧姆定律的应用方法
欧姆定律是分析和计算简单直流电路的基本定律，欧姆定律揭示了电路中电源电动势、负载端电压、电源内阻以及负载电阻和电流等物理量之间的关系。
例如，对于一个闭合电路，已知电源电动势E、电源内阻R2和负载电阻R，则可根据全电路欧姆定律求出电路的电流，也可以求出各段电路的电压降。对于一个无源二端网络，可以应 用部分电路欧姆定律，根据电流、电压与电阻之间的关系求出未知量。
此外，在直流电路中，功率等于电压乘以电流，即P = UI
也可以根据欧姆定律，在已知物理量的条件下，求出未知量。例如，已知电路的电流与电 阻，则功率可表示为
如果已知电路的端电压和电阻，则功率可表为
所以，可根据上式求出电路的电阻R，即已知电路的电压和功率，则电阻可表示为
因此，欧姆定律是电路分析中的主要定律。
4) 电流的热效应在交、直流电路中
电流的热效常应用于人们生产和生活，例如，电炉的应用.电加热等.电流的热效应.电流通过导体时产生的热量可表示为
式中:R—导体的电(Ω)
I—流过导体的电流（A）
t—导体流过电流的时间（s）。
由上式可以看出，导体产生的热量与导体的电阻、流过电流的时间成正比，与流过导体的电流的平方成正比。
在电气设备运行过程中，导体的热损失越小越好，因此，选择电阻较小的导体，功率损失也 较小。但是，由于导体或电气设备的连接部分存在接触电阻，再通过较大负荷电流或较长工作时间条件下，也可能使导体或电气设备的发热超过允许值。因此，需要对电气设备和电气线路进行巡视检查，而且要经常解决和处理设备或导体发热的问题，以保证电气设备和电气线路的安全运行，同时也降低线路的功率损耗。
5) 应用星形一三角形变换法对电路进行等效化简。
星形一三角形变换法与三角形一星形变换法原则上是等效的。为了简化计算，可以把星形连接的电路变换成等效三角形，也可把三角形连接的电路变换为等效星形。即电路等效化简后，对电路未进行变换的部分没有影响。也就是说，u，v，w三相之外的电路，各点之间的电压或支路中的电流都不受影响。
具体方法简述如下：
图2-1是星形连接，电阻分别为RA,RB,RC。图2-2是三角形连接，电阻分别为RAB,RBC,RAC。电路中经常出现这些连接，有时是连接组合。

在电力供电系统中.三相交流电力网的连接常是以三角形或星形形式出现的.不过电力网中常把星形连接看做T形连接.把三角形连接看做п形连接。因此，星形一三角形等效变换法也适用于交流电路。
星形连接变换为等效三角形连接应用以下公式：

三角形连接变换为等效星形连接应用以下公式：

若星形连接的三个电阻阻值等，则等效三角形的电阻为:
三角形连接的三个电阻阻值相等.则等效星形的电阻为:
如图2 -3所示的电路，计算电路的电流就需要将电路进行化简，求出电路总电阻后，才能 计算出电路的总电流。
例2-1 如图2-3电路中，已知：E=220v，RAB=40Ω，RBD=36Ω,RDC=55Ω,RCA=50Ω, RBC = 10Ω求电路总电流。
解：按题意，首先对电路进行等效化简，然后计算电路的总电阻，将图2-3电路中RAB、RBC、RCA三角形连接的电阻化简成RA、RB、RC等效星形连接，如图2-4所示

三角形变换为等效星形连接按下式计算：

求总电阻:

求电路总电流: