电路工作状态及电气设备额定值

1.电路的工作状态

电路有空载、短路及负载三种状态.下面根据电路连接情况，分别讨论电路的电流、电压及功率.

（1）空载状态.

空载又称断路或开路状态.如图1-11所示，当开关S打开时，电源与负载没有构成闭合路径，电路处于开路状态.电路具有下列特征：

①电路中的电流为零，即I=0.

②电源的端电压等于电源的电动势电压US.

③电源的输出功率和负载吸收的功率均为零.

（2）短路状态.

图1-11　电路开路

当电源的两个输出端由于某种原因直接相连时，会造成电源被直接短路，它是电路的一个极端运行状态，如图1-12所示.

短路电路具有下列特征：

①电源中的电流最大，对负载输出的电流为零.此时电源中的电流为

图1-12　电路短路

此电流称为短路电流ISC.由于电源的内电阻R0很小，故短路电流很大，常将电源烧毁.产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线错误，为了防止短路事故引起的后果，通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以便发生短路时，能迅速将故障电路自动断开.

②电源和负载的端电压均为零.

③电源对外输出功率和负载吸收功率均为零，这时电源所发出的功率全部消耗在内阻上.这就使电源的温度迅速上升，有可能烧毁电源及其他电气设备，甚至引起火灾.而有时也会因某种需要，将电路中某一部分或某一元件的两端用导体直接连通，这种做法通常称为短接.

（3）有载工作状态.

如图1-11所示，当开关S闭合时，电源与负载构成闭合通路，电路便处于有载工作状态.此时电路具有下列特征：(www.xing528.com)

①电路中的电流由负载决定：

当US、R0一定时，电流由负载电阻R的大小来决定.

②电源的端电压为

③电源输出功率为

P=US I-I2R0

上式表明，电源发出的功率US I减去内阻上的消耗I2R0才是供给外电路负载的功率，即电源发出的功率等于电路各部分所消耗的功率.由此可见，整个电路中功率总是平衡的.

2.电气设备的额定值

在实际电路中，所有电气设备和元器件在工作时都有一定的使用限额，这种限额称为额定值.额定值是制造厂综合考虑产品的安全性、经济性和使用寿命等因素而制定的.额定值是使用者使用电气设备和元器件的依据.电气设备或元器件的额定值常标在铭牌上或写在其他说明书中，在使用时应充分考虑额定数据.如灯泡的电压220 V、功率40 W都是它的额定值.额定值的项目很多，主要包括额定电流、额定电压以及额定功率等，分别用IN、UN和PN表示.例如，电阻的额定电流和额定电阻为100 m A和1000Ω；某电动机的额定电压、额定电流、额定功率和额定频率分别为380 V、10 A、8 k W和50 Hz等.

通常，当实际使用值等于额定值时，电气设备的工作状态称为额定状态（或满载）；当实际功率或电流大于额定值时，电气设备工作在过载（或超载）状态；当实际功率或电流比额定值小很多时，电气设备工作在轻载（或欠载）状态.

金属导线虽然不是电气设备，但通过电流时也要发热，为此也规定了安全载流量.导线截面越大，安全载流量越高；若明线敷设且散热条件好，安全载流量显然大于穿管敷设的状况.

当环境温度高时，电路工作电流应比额定值小，或增加散热环节、缩短工作时间，以避免电气设备过热.

例1-5　有一220 V、60 W的电灯，接在220 V的直流电源上，试求通过电灯的电流和电灯的电阻.如果每晚用3 h，则一个月消耗多少电能？

电阻也可用下式计算：

一个月消耗的电能也就是所做的功为

W=Pt=0.06×3×30 k W·h=5.4 k W·h