電源有載工作、開路與短路

電源有載工作、開路與短路以最簡潔的直流電路(圖1)為例，分別爭論電源有載工作、開路與短路時的電流、電壓和功率。

圖1電源有載工作圖2電源的外特性曲線

1、電源有載工作

將圖1中的開關合上，接通電源與負載，這就是電源有載工作。

(1)電壓與電流關系

應用歐姆定律可列出電路中的電流I

(1)

和負載電阻R兩端的電壓U

并由上兩式可得出

(2)

由上式可見，電源端電壓小于電動勢，兩者之差為電流通過電源內阻所產生的電壓降。電流愈大，則電源端電壓下降得愈多。表示電源端電壓U與輸出電流I之間關系的曲線，稱為電源的外特性曲線，如圖1.6所示，其斜率與電源內阻有關。電源內阻一般很小。當時，則

上式表明，當電流(負載)變動時，電源的端電壓變動不大，這說明它帶負載力量強。

(2)功率與功率平衡

式(2)各項乘以電流I，則得功率平衡式

(3)

式中：，是電源產生的功率；，是電源內阻上損耗的功率；，是電源輸出的功率。

功率的單位是瓦[特](W)或千瓦(kW)。

(3)電源與負載的判別

分析電路，還要判別哪個電路元件是電源(或起電源的作用)，哪個是負載(或起負載的作用)。

依據(jù)電壓和電流的實際方向可確定某一元件是電源還是負載：

電源U和I的實際方向相反，電流從“+”端流出，發(fā)出功率；

負載U和I的實際方向相同，電流從“+”端流入，取用功率。

依據(jù)電壓、電流的參考方向判別

若電壓、電流的參考方向相同

為正值，是負載，取用功率；

為負值，是電源，發(fā)出功率。

電壓、電流的參考方向不相同

為正值，是電源，發(fā)出功率；

為負值，是負載，取用功率。

(4)額定值與實際值

各種電氣設備的電壓、電流及功率等都有一個額定值。例如一盞電燈上標的220V40W，這就是它的額定電壓和額定功率。額定值是制造廠為了使產品能在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的正常容許值。電氣設備或元件的額定值常標在銘牌上或寫在其他說明中。額定電壓、額定電流和額定功率分別用表示。

使用時，電壓、電流和功率的實際值不肯定等于它們的額定值，這也是一個重要的概念。

究其緣由，一個是受到外界的影響。例如電源額定電壓為220V，但電源電壓常常波動，稍低于或稍高于220V。這樣，額定值為220V40W的電燈上所加的電壓不是220V，實際功率也就不是40W了。

另一緣由是在肯定電壓下電源輸出的功率和電流打算于負載的大小，就是負載需要多少功率和電流，電源就給多少，所以電源通常不肯定處于額定工作狀態(tài)，但是一般不應超過額定值。對于電動機也是這樣，它的實際功率和電流也打算于它軸上所帶的機械負載的大小，通常也不肯定處于額定工作狀態(tài)。

2、電源開路

在圖1.5所示的電路中，當開關斷開時，則電源處于開路(空載)狀態(tài)，如圖1.7所示。開路時外電路的電阻對電源來說等于無窮大，因此電路中電流為零。這時電源的端電壓(稱為開路電壓或空載電壓)等于電源電動勢，電源不輸出電能。

如上所述，電源開路時的特征可用下列各式表示：

(4)

3、電源短路

在圖1所示的電路中，當電源的兩端由于某種緣由而連在一起時，電源則被短路，如圖4所示。電源短路時，外電路的電阻可視為零，電流有捷徑可通，不再流過負載。由于在電流的回路中僅有很小的電源內阻，所以這時的電流很大，此電流稱為短路電流。短路電流可能使電源患病機械的與熱的損傷或毀壞。短路時電源所產生的電能全被內阻所消耗。

圖3電源開路

圖4電源短路

電源短路時由于外電路的電阻為零，所以電源的端電壓也為零。這時電源的電動勢全部降在內阻上。

如上所述，電源短路時的特征可用下列各式表示：

(5)

短路也可發(fā)生在負載端或線路的任何處。

短路通常是一種嚴峻事故，應當盡力預防。產生短路的緣由往往是由于絕緣損壞或接線不慎，因此常常檢查電氣設備和線路的絕緣狀況是一項很重要的平安措施。此外，為了防止短路事故所引起的后果，通常在電路中接入熔斷器或自動斷路器，以便發(fā)生短路時，能快速將故障電路自動切除。但是，有時