在實(shí)際工作中電路通常具有三種工作狀態(tài)即負(fù)載狀態(tài)、空載狀態(tài)和短路狀態(tài)。本單元將以一個(gè)最簡單的直流電路為例來說明電路在各種狀態(tài)下的電壓,電流及功率方面的一些特征。
一、負(fù)載狀態(tài)
如圖所示電路中, 串聯(lián)表示一個(gè)實(shí)際電壓源的模型, 表示外接的負(fù)載。當(dāng)開關(guān)s閉合后,電壓源與負(fù)載接通,向負(fù)載提供電流并輸送功率,這時(shí)電路即工作于負(fù)載狀態(tài)。
此時(shí),電路中的電流為
由此可見,當(dāng) 一定時(shí),電流i的大小就取決于負(fù)載電阻 。 越小,電流i就越大。
負(fù)載電壓現(xiàn)兩端u為
二、空載狀態(tài)
空載狀態(tài)即開路或斷路,如圖中外電路中某處由于其他原因斷開時(shí),電路即工作于空載狀態(tài),我們也稱為開路或斷路狀態(tài)。此時(shí)由于外電路所接的負(fù)載電阻可視為無窮大,故電路中的電流為0,電源不輸出功率內(nèi)阻及負(fù)載上均沒有功率消耗。這時(shí)端電壓u(電源側(cè))就稱為空載電壓或開路電壓 ,它就等于電壓源的
綜上所述,電路空載狀態(tài)的特征可歸納為
三、短路狀態(tài):
電路中不同電位的兩點(diǎn)如不經(jīng)任何負(fù)載而被導(dǎo)線直接連通,強(qiáng)迫該兩點(diǎn)間的電壓為零,這種現(xiàn)象就稱為短路。如圖所示
就是電源被短路時(shí)的情況。在短路時(shí),由于負(fù)載 上沒有電流通過并且電壓源的內(nèi)阻 都比較小,這樣電壓源和短路線組成的回路中將產(chǎn)生很大的電流,我們稱之為短路電流 。
這時(shí)由于負(fù)載端電壓強(qiáng)制為零,故電壓 全部降落在內(nèi)阻 上。另外,電源產(chǎn)生的極大的電功率 將全部被內(nèi)阻 所吸收并轉(zhuǎn)換為熱能而消耗掉,對外電路而言不輸出功率 。這種情況將使得電源的溫度經(jīng)迅速上升以致于損壞。
電路在短路狀態(tài)時(shí)的特征可歸納為
如將式(6.2)兩端同乘以i,就得到功率平衡式
或
(6.3)
式中 ,這是電源產(chǎn)生的功率; 是電源內(nèi)阻消耗的 功率; 就是電源向外輸出的功率或負(fù)載所消耗的功率。
為了防止短路所引起的事故,通常在電路中安裝熔斷器或其它自動(dòng)保護(hù)裝置,以期一旦發(fā)生短路時(shí)能迅速切斷故障電路,從而防止事故的擴(kuò)大并保護(hù)電器設(shè)備和供電線路。(圖片:熔斷器保護(hù)裝置的實(shí)物圖片)
但有時(shí)為了某種需要,在功率不大的情況下,我們也可有意識(shí)的將電路中的某一段短路(常成為短接)來進(jìn)行短路實(shí)驗(yàn)以獲得一些必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)。
例: 一個(gè)10v的理想電壓源在下列不同情況下將輸出多少功率?(1)將它開路;(2)接有電阻為1ω的負(fù)載;(3)將它短路。并說明與實(shí)際電壓源短路情況是否故一樣?
解:(1)開路時(shí),因?yàn)? 故
p=ui=0(w)
(2)接上1ω的電阻時(shí),因?yàn)?
,故有
p=ui=100(w)
(3)短路時(shí),因?yàn)? (這是理想電壓源的特點(diǎn))
而實(shí)際電壓源具有內(nèi)阻 ,當(dāng)發(fā)生短路時(shí)