第一部分基礎知識

昆明長水國際機場電力系統簡介

1.機場外電源及中心變電站簡介

1）機場上級電源點有兩個：一個是東郊220kV變電站，一個是嵩明

220kV變電站。機場供電電源從這兩個變電站引至機場中心變電站，電壓

等級為HOkVo

機場中心變電站規劃為3電源進線，其中從東郊站引2路（同桿

架設），從嵩明站引一路。本期先接2路電源，東郊站和嵩明站各一路110KV

電源。

東郊變電站到機場約15km,嵩明變電站到機場約43km,鐵塔架設,

兩路架空線路由機場東側引入，在距離機場外適當位置處改為電纜線路，

穿電纜溝敷設，架空線路轉換為電纜線路處的架空線高度滿足機場凈空及

電磁環境的要求。具體位置詳見其他圖紙。

場內的110KV電纜溝及由中心站引出場外的10KV電纜溝在總圖上

規劃了路由，具體設計由電力設計所完成。

2）場內110KV中心變電站

場內110KV中心變電站位于東環路東側，D5地塊內，近期變壓器

按照2臺63000KVA設計，預留第三臺變壓器的位置。機場中心變電站由電

力設計所完成，給機場的出線回路為36路。

①由中心變電站直供的負荷如下：

航站樓內的3個10KV開閉站，主要滿足航站樓內的供電需求（共6

個回路，12根

電纜）

B4開閉站（2個回路,4根電纜）;

B5開閉站（2個回路,4根電纜）;

C4開閉站（2個回路,4根電纜）;

C5開閉站（2個回路,4根電纜）;

F3開閉站（2個回路,4根電纜）;

塔臺變電站（2個回路）；

能源中心變電站（2個回路，4根電纜）;

1#燈光變電站（2個回路）；

2#燈光變電站（2個回路）；

共24回路，42根電纜。

②其它建筑及設施的供電由開閉站轉供。

2.場內10KV開閉站簡介

除航站樓外，機場單獨設置了5個獨立的開閉站，分別為B4,B5,

C4,C5及F3開閉站，為不同區域的負荷供電，位置參見總平面圖及開閉

站的圖紙。

下面我們將對電力系統相關知識進行詳細講解：

第一章電路的概念和基本定律

培訓目標

新進員工、轉崗員工、在崗員工培訓：

了解電路的作用及構成；電路中電壓、電流、電位、電阻等基本物理

量的概念；電路中三種基本電路元件的特性。

理解電壓、電流參考方向、關聯參考方向的概念；電路的三種工作狀

態及特點;電路元件的串、并、混聯概念及特點；歐姆定律，基爾霍夫（KVL,

KCL）定律的內容。

掌握復雜電路的化簡方法；會運用歐姆定律、基爾霍夫（KVL、KCL）

定律進行簡單的電路計算。

課時要求

新進員工（含轉崗員工）培訓：理論培訓10課時

在崗員工培訓：理論培訓4課時。

培訓方式

采取集中授課、自學等方式進行培訓。

新員工（含轉崗員工）采取脫產培訓；在崗員工采取半脫產培訓；自

學。

1.1電路與電路模型

1.1.1基本概念

1.1.1.1電路的定義

若干電器設備按照一定方式組合起來，構成電流的通路，稱為電路。

1.1.1.2電路的作用

1）實現電能的輸送與轉換，如供電系統；

2）信號的傳遞和處理，如收音機、電視機電路等。

1.1.1.3電路的組成

電路的形式多種多樣，有的可以延伸到兒百公里以外，有的可以集成在兒平方厘

米的電路板上，但是，不管電路如何復雜，通常都由電源（或信號源）、負載和中間環

節三部分組成。

1）電源為電路提供電能的裝置，可以將化學能、機械能轉換為電能或者把電能轉

換成為另一種形式的電能或者電信號。如電池、發電機、信號源等。

2）負載是取用電能的裝置或者器件，可將電能轉換為其他形式的能量，如電爐、

電動機、電燈、揚聲器等設備和器件。

3）中間環節是連接電源和負載的部分，它起到傳輸、分配和控制電路的作用，如

變壓器、輸電線、放大器、開關等。

如圖1.1.1（a）所示的手電筒電路是最簡單的電路。其中，干電池是電源，燈泡是

負載，開關和導線是中間環節。

1.1.1.4電路模型

1）實際電路

在實際應用中，實際電路常由發電機、變壓器、電動機、電池、電燈、電容、電

感線圈、二極管、三極管等功能不同的實際元件或器件組成。

由于實際電路器件的電磁關系比較復雜，為了便于對實際電路進行分析計算，必

須在一定的條件下，將實際元件加以近似化，理想化，忽略其次要特性，用一個或多

個足以表征其主要特性的理想化電路元件代替，從而形成理論分析中的電路模型。

2）電路模型

由理想元件組成的電路，稱實際電路的電路模型（簡稱電路）。

圖1.1.1（b）為圖1.1.1（a）所示實際手電筒電路的電路模型。其中燈泡為理想電阻

元件，干電池（忽略其內阻）為理想電源Us，導線和開關認為是無電阻的理想導線。

圖1.1.1手電筒電路

3）理想的電路元件

理想的電路元件主要有理想電阻元件（簡稱電阻），理想電感元件（簡稱電感），理

想電容元件（簡稱電容），理想電壓源，理想電流源等。今后，我們所分析研究的電路

都是指理想的電路模型。

1.2電路中的基本物理量及其參考方向

1.2.1電流

1.2.1.1電路的定義

電流是電荷（帶電粒子）有規則的定向運動形成的，單位時間內通過某一導體橫截面

的電荷量，定義為電流強度，簡稱電流，即

dt（1.2.1）

式中，dq：表示微小的電荷量；dt：表示微小的時間內；i:電流強度

上式表示電流為時間的函數，是隨時間而變化的，用小寫字母i表示，（國標規定，

隨時間變化的物理量用小寫字母表示，不隨時間變化的物理量用大寫字母表示）。若i

等于常數，則該電流稱為恒定電流，簡稱直流，用大寫字母/表示。

1.2.1.2電流的實際方向和參考方向

1）電流的實際方向

通常規定正電荷的移動方向為電流的實際方向。

2）電流的參考方向

在分析計算電路時，往往很難事先判定電路中電流的實際方向，為此，在分析計算

電路前，可先任意選定某一方向作為電流的參考方向（又稱正方向）。如圖1.2.1中所

示箭頭方向，表示選定的電流的正方向是從a端流向b端，又可用端來表示該電流的

正方向，且/=T%

i

a。——-------b

圖1.2.1電流的參考方向

（1）若計算結果，為正值，則表示電流實際方向與參考方向相同；

（2）若計算結果，為負值，則表示電流實際方向與參考方向相反；

圖1.2.1中的方框，表示一個二端元件或二端網絡（與外部只有二個端鈕相聯的元

件或網絡稱為二端元件或二端網絡）。

1.2.2電壓

1.2.2.1電壓的定義

電場力將單位正電荷從a點沿任意路徑移動到b點所做的功定義為a、b兩點之間

的電壓，即

dw

Uah=~

dq(1.2.2)

式中，d卬是電場力在時間df內將電荷dq從a點移動到b點所做的功。

1.2.2.2電壓的實際方向、參考方向和關聯參考方向

1)實際方向

電壓的實際方向(極性)是高電位指向低電位的方向。

2)參考方向

在分析計算電路的電壓時，先任意選定電路中兩點間電壓的參考方向(極性)，用“+”

代表高電位“-”代表低電位。圖1.2.2中，電壓u的參考方向(極性)是a點為高電位

端b點為低電位端，亦可用雙下標以b來表示該參考方向，且一心

a------------?b

+一

u

圖1.2.2電壓的參考方向

1.2.2.3關聯參考方向

若電流和電壓選取的參考方向相同，則稱為關聯參考方向，如圖1.2.3(a)所示，若

電流和電壓的參考方向相反，則稱為非關聯參考方向，如圖1.2.3(b)所示。

當采用關聯參考方向時，電路中只要標出電流或電壓中的一個參考方向即可。本書

在分析計算電路時，如未作特殊說明，均采用關聯參考方向。

特別指出，歐姆定律在關聯參考方向下寫為:

u=Ri(1.2.3)

在非關聯參考方向下，寫為:

(1.2.4)

(a)關聯參考方向(b)非關聯參考方向

圖1.2.3關聯參考方向與非關聯參考方向

1.2.3功率

在單位時間內電路吸收或釋放的電能定義為該電路的功率，即

dw

p=-

力(1.2.5)

對一個二端元件或二端網絡，當電壓、電流采用如圖1.2.3(a)所示的關聯參考方向

時，其吸收(或消耗)的功率由式(L2.1)和(1.2.2)可得

dwdwdq.

p=——=--------=ui

dtdqdt(1.2.6)

采用圖1.2.3(b)所示非關聯參考方向時，則其吸收(或消耗)的功率為

P=~ui(1.2.7)

若/?>0表示該二端元件(或網絡)吸收功率，為負載；若K0表示該二端元件(或網

絡)發出(或產生)功率，為電源。

例L2.1求圖1.2.4(a)、(b)、(c)所示二端網絡的功率，并說明是吸收功率還是發出

功率。

解：(1)在圖(a)中，"與，為關聯參考方向，故

p="i=6xl=6W>0,該二端網絡吸收功率。

+i-1A

戶6V

(a)(b)(c)

圖1.2.4例1.1.1的圖

(2)在圖(b)中,"與/為非關聯參考方向，故

p=一加=-6xl=-6W<0,該二端網絡發出功率。

(3)在圖(c)中,“與/為關聯參考方向，故

p="i=6x(-l)=-6W<0,該二端網絡發出功率。

1.3電路的工作狀態

電路有開路、有載和短路三種工作狀態，現以直流電路為例進行討論。

1.3.1電源有載工作狀態

當電源經過負載形成通路時，電源處于有載工作狀態，此時，電路中通過負荷電流,

電流的有載工作如圖L3.1(a)所示。圖1.3.1(a)中，月為電源的電動勢，R為電源

的內阻，當電源與負載段接通時，電路中

I=---

R°+RL

U=IRL=E-IR0

電源輸出功率，即負載獲得功率為

P=UI

設電源輸出額定功率為&,負載所需功率為生,

1)當PL=PN時稱滿載;

2)當代(PN時稱輕載;

過載會導致電氣設備的損害，應注意防止。

(a)有載(b)開路(c)短路

圖1.3.1電源的三種工作狀態

1.3.2電源開路

當圖1.3.1(a)中，a,b兩點斷開時電源處于開路狀態，如圖1.3.1(b)

所示。開路的特點是開路處電流為零，故圖1.3.1(b)中電源電流7=0,其端電壓(稱開

路電壓U。)"="。=E,電源輸出功率40。

1.3.3電源短路

當圖1.3.1(a)中a,b兩點間由于某種原因被短接(&->0)時，電源處于短路狀態，

如圖1.3.1(c)所示。短路的特點是，短路處電壓為零。故圖1.3.1(c)中電源的端電壓〃

F

=0,此時電源的電流(稱為短路電流/.S)/=/s=—很大，電源的輸出功率尸=0，電源

產生的功率全部消耗在內阻上，而造成電源過熱而損傷或毀壞，故應盡量避免或采用保

護措施。

1.4電路元件

理想的電路元件（簡稱元件）是組成電路的基本單元，本節主要討論電阻、電感、電

容和電源等兩端元件的概念及其電壓、電流間的關系。

1.4.1電阻元件

電阻器、電燈、電爐、揚聲器等器件是消耗電能的，反映其主要特性的電路模型是

理想電阻元件（簡稱電阻）。

1.4.1.1定義

用來反映導體對電流阻礙能力大小的物理量稱電阻。阻礙能力小，說明導體導電能

力強；阻礙能力大，說明導體導電性能差。圖L4.1為電阻的圖形符號。

+

圖1.4.1電阻元件

電阻用字母R表示，電阻的單位是歐姆，簡稱歐，用字母Q表示。電阻的單位有

歐（Q）、千歐（KQ）、兆歐（MQ派修「11閘的換算關系為：

1用。=1034。=1（）6。

1.4.1.2導體的電阻

1）導體的電阻、電阻率

導體的電阻是客觀存在的，它不隨導體端電壓的大小而變化，即沒有電壓，導體仍

然有電阻，實驗證明：規則導體（如供電導線）的電阻與導體的長度成正比，與導體的

橫截面積成反比，并與導體的材料性質有關。對長度為右截面為S的導體，其電阻可

用下式確定：

R=p—

s（1.4.1）

式中，夕為與導體材料性質有關的物理量，稱電阻率。電阻率通常指在20°C時;長1

米，橫截面積為I"”"?的某種材料的電阻值。表1.4.1給出兒種材料的電阻率。

表1.4.1兒種材料的電阻率

材料名稱電阻率「電阻溫度系數材料名稱電阻率?電阻溫度系數

aa

銀1.6x10-80.0036鐵10x10-80.006

1.7x10-8

銅0.004碳35x10-6-0.0005

鋁2.9x10-80.004鎰銅44x10-80.000005

5.3x10-8

鋁0.0028康銅50x10-80.000005

2）電阻與溫度的關系

導體的電阻除決定于其本身因素（長度、截面、材料）外，還與其它外界因素有關，

如溫度，實驗發現，導體溫度的變化，其電阻也跟隨變化。一般金屬材料，溫度升高后,

導體的電阻增加。

常把溫度升高時，電阻所產生的變動值與原電阻的比值，稱為電阻溫度系數，用

字母a表示，單位是1/℃。

若在溫度乙時，導體的電阻為與；在溫度G時，導體的電阻為此，那么電阻溫度系數

是:

&(，2-1)(1.4.2)

一般金屬材料的電阻溫度系數如表1.4.1所示，此數值很小。但當導體工作溫度很

高時，電阻的變化很顯著，不能忽視。表1.4.1中，碳的溫度系數是負數，說明，當溫

度升高時，碳的電阻反而減小。

例1.4.1有一臺電動機，它的繞組是銅線，在室溫26℃時測得電阻為1.25歐。運轉

3小時后，測得電阻增加到L5歐，問此時電動機線圈的溫度是多少？

解：由題目可知，&=1.25歐，&=1.5歐，。=26°C,a=o.004

R,_R1.5-1.25”

t2=———-+t1=--------------+26=76C

由公式（1.4.2）可得：~Ma1.25x0.004

1.4.1.3電阻串聯、并聯和混聯

1.4.1.3.1電阻串聯

1）定義

在電路中，若兩個或兩個以上的電阻按順序一個接一個地聯成-串，使電流只有一

條通路，此種聯接方式稱電阻的串聯。圖1.4.2為電阻串聯及其等效電阻電路。

2)電阻串聯的特點

(1)串聯電路中，流過每個電阻的電流相等，即

(1.4.3)

(2)電路兩端的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和，即

(1.4.4)

(b)等效電阻

圖1.4.2電阻串聯及其等效電阻

(3)串聯電路的等效電阻(即總電阻)等于各串聯電阻之和，即

7?=/?]+R)+.......R”(1.4.5)

在分析電路時，為方便起見，常用一個電阻來代替幾個串聯電阻的總電阻，這個電

阻叫等效電阻。圖1.4.2(b)即為等效電阻和等效后的電路。

(4)串聯電路中，各電阻上分配的電壓與各電阻值成正比，即

U=—U

R(1.4.6)

從式中可看出，R“越大，它所分配的電壓U“也越大，式(1.4.6)稱為分壓公式。

在實際應用中，若需要一個電源供給兒種不同的電壓，此時可采用兒個電阻串聯的分壓

器來得到。

在計算中，常用到兩個或三個電阻的串聯，它們的分壓公式為：

(1)兩個電阻串聯分壓公式

U]=—^—U

(1.4.7)

?R,?

(2)三個電阻串聯分壓公式

=1u

R[+/?2+R3

R1

u2=u

Ri+R)+R3

U3="u

R1+R2+R3(1.4.8)

3)串聯電流的應用

在實際應用中，串聯電路常起分壓、限流的作用。

例1.4.2在圖1.4.3所示的分壓器中，已知U=300V,d點是公共接點，Rl=150千歐,

R2=100千歐，R3=50千歐，求輸出電壓力JU”各為多少伏？

I

RilJUi

Tob

uR2UlU2

I-------oc

R31U3

-

-----------------------------1---------od

圖1.4.3例1.4.2圖

解:

50

U1乜=u3--------------u—x300=50V

cd

3Ri+R2+R3150+100+50

UHU3u+u3

R]+R-,+R?

100

x300+50150V

150+100+50

1.4.1.3.2電阻的并聯

1)定義

把兩個或兩個以上的電阻一端連在一起，另一端也連在一起，使每個電阻兩端承受

同一電壓，此種聯接稱電阻的并聯。圖1.4.4為兩個電阻并聯及其等效電導電路。

II

圖1.4.4電阻并聯及其等效電阻

2)并聯電路的特點

(1)并聯電路中，各電阻兩端電壓相等，且等于電路兩端的電壓，即

U=U1=U2=........U?(1.4.9)

(2)并聯電路中，總電流等于各電阻中電流之和，即

1=h+I2+........4(1.4.10)

(3)并聯電路中，并聯電路的等效電阻(即總電阻)的倒數，等于各并聯電阻的

倒數之和，即

—1=一1+1一+....1.

R&&Rn(1.4.11)

同樣，在并聯電路的計算中，常遇到兩個或三個電阻并聯的計算,所式(1.4.11)可

得出兩個或三個電阻并聯的計算公式(公式中〃表示并聯)。

A、兩個電阻并聯的等效電阻計算公式

R=R/R,=&電

Ri+y(1.4.12)

B、三個電阻并聯的等效電阻計算公式

R=R.//R2H&=-----------------------

(1.4.13)

(4)并聯電路中，各支路的電流與各支路的電阻值成反比，即

R

瓦(1.4.14)

從式中可看出，R“越大，它所分到的電流越小。式(1.4.14)常稱為分流公式。

在并聯電路計算中，常用到兩條支路的分流公式，據式(1.4.14)可得：

凡+&(R1支路電流)

&+&（R2支路電流）（1.4.15）

3）并聯電路的應用

并聯電路的應用十分廣泛，在日常生活中，凡電壓相同的負載兒乎都是并聯的，這

樣，當任何一個負載正常工作時都不影響其它負載，可據需要來啟動或斷開負載。另外,

還可用并聯電路組成分流器，以提供不相同的支路電流。

例1.4.3有一個500歐的電阻，分別與600歐、500歐，20歐的電阻并聯，求并聯后

的等電阻各等于多少？

解：根據兩個電阻并聯計算公式可得

=500〃600=理22

R二?273Q

(1)500+600

500x500

R二=500〃500=-=---2--5-0--Q---

(2)500+500

500x20

R二二500//20=----------*20Q

(3)500+20

從上面的計算結果中可看出三個特點：①并聯電路的等效總電阻比任何一個分支電

阻都小；②兩個阻值相等的電阻并聯，其等效電阻等于單個電阻阻值的一半；③兩個阻

值相差很大的電阻并聯，其等效電阻近似等于阻值較小的電阻，因為電阻大的支路，電

流很小，可近似認為是開路的。

1.4.1.3.3電阻的混聯

1）定義

在一個電路中，既有電阻的串聯，又有電阻的并聯，此種聯接方式稱為電阻的混合

聯接，簡稱混聯。如圖1.4.5（a）所示。

圖1.4.5電阻的混聯及簡化方法

2）混聯電路的化簡步驟

（1）整理化簡電路

把兒個串聯或并聯的電阻分別用等效電阻來代替，然后求出該電路的總電阻，如圖

1.4.5（b）、（c）、（d）所示，R'=R4+R5+R6,Rcd=R'//R2,Rab=Rcd+Rl+R6?

（2）根據電路的總電壓、總電阻，計算出該電路的總電流；

（3）最后計算出各部分的電壓降和電流等。

1.4.2電感

1.4.2.1電感特性

用導線繞制的線圈（有空芯線圈和鐵芯線圈等）通過電流時將產生磁通鞏因此它是

儲存磁通的元件。其主要特點是通過電流產生磁場且儲存磁場能量。它的近似化電路模

型為理想電感元件（簡稱電感）。圖形符號如圖1.4.6所示。

______i

+?

UjL

+I

圖1.4.6電感元件

1.4.2.2感應電動勢

當電感中的磁通0或電流，發生變化時，則電感中產生感應電動勢在。

d/d/dt(1.4.16)

rdi

u=-e.=L——

d/(1.4.17)

由上式可見，電感的端電壓與電流的變化率成正比。當流過電感的電流為恒定的直

流電流時，其端電壓u=0,故在直流電路中電感可視為短路。

在關聯方向下電感的電壓和電流關系可表示為

i——fudt=—「udtH—fudt=T—fudt

L、LJO￡JO(1.4.18)

式中‘。為電流的初始值，即f=o時，通過電感的電流。式(L4.18)表明電感的電流

具有記憶功能。若,0=°,則

/=—rudt

L耳(1.4.19)

1.4.2.3磁場能量

當，。=°時，電感在t時刻儲存的磁場能量為

"=1尸由=J,""由=fLidi=；Li2

(1.4.20)

式(1.4.20)表明，當流過電感的電流增大時，磁場能量增大，電感從電源吸收電能

轉換為磁能；當電流減小時，磁場能量減小，電感釋放出能量，磁能轉換為電能還給電

源。

1.4.3電容

1.4.3.1電容的特性

兩塊金屬極板間介以絕緣材料組成的電容器，加上電壓后，兩極板上能儲存電荷,

在介質中建立電場。所以電容器是能儲存電荷和電場能量的元件。其近似化電路模型為

理想電容元件(簡稱電容)。電容的圖形符號如圖1.4.7所示。

圖1.4.7電容元件

對于線性電容，C為常數，任何時刻電容器所儲存的電荷量與其端電壓的關

系如下。

(1.4.21)

當電容的電壓和電流采用關聯方向時，兩者的關系為

d￡=c，d?

d7-d7(1.4.22)

從上式中可看出，電容的電流與其兩端電壓的變化率成正比。當電容兩端加恒定的

直流電壓時，其電流，=0,故在直流電路中，電容可視為開路。

在關聯方向下，電容的電壓、電流的關系亦可表示為

(1.4.23)

式中“。為電壓的初始值，即t=0時電容兩端的電壓，式（1.4.23）表明電容對電壓具

有記憶功能。若"。=0,則

(1.4.24)

1.4.3.2電場能量

當“。=0時，電容在大時刻存儲的電場能量為

=fpdt=fuidt=fCudu=^-Cu2

%.%2（1.4.25）

式（1.4.25）表明，當電容上的電壓增大時（電容充電），電場能量增大，電容從電源

吸收能量，將電能轉換為電場能；當電壓減小時（電容放電），電場能量減小，電容放出

能量，將電場能量轉換為電能還給電源。

1.4.4電源

電阻、電感、電容在電路中不能提供能量或信號，它們被稱為無源元件。電源則是

在電路中提供能量或信號的元件，它們被稱為有源元件。理想的電源元件包括理想電壓

源和理想電流源。

1.4.4.1理想電壓源

1）定義

對一個二端元件，當接到任一電路后，該元件兩端均能保持其規定的電壓值4時,

則此二端元件稱為理想電壓源，又稱恒壓源，如圖1.4.8（a）所示。

在時間2時，理想電壓源在“7?平面的特性（稱伏安特性）是一條平行于，軸的直線,

它與〃軸的交點即此時的與值，如圖1.4.8（b）所示。如果％是與時間看無關的常數，

即%=4為定值，則稱該理想電壓源為直流恒壓源。

2）特點

（1）恒壓源的端電壓％為定值（如電池電動勢9或一定的時間函數（例如

2208sin創），與流過它的電流i無關。

（2）流過恒壓源的電流i不是由恒壓源本身決定的，而是由與之聯接的外電路決定,

即隨外電路的改變而改變。

（3）若恒壓源的電壓值等于零（即4=0）,則該恒壓源實際上被短路，其伏安特性

與，?軸重合。不管流過它的電流為何值，其端電壓恒為零。

圖1.4.8理想電壓源

1.4.4.2理想電流源

1）定義

對一個二端元件，當接到任一電路后，該元件流入電路的電流均能保持其規定的值

時，則此二端元件被稱為理想電流源（乂稱恒流源），如圖1.4.9（a）所示。

在「時刻理想電流源在"“平面的特性曲線（伏安特性），是一條平行于u軸的直線,

它與，軸的交點即此時的's值，如圖1.4.9（b）所示。

如果％是與時間t無關的常數，即q=與為定值，則稱該理想電流源為直流恒流源。

圖1.4.9理想電流源

2)特點

(1)恒流源的電流％為定值或一定的時間函數，與其端電壓u無關。

(2)恒流源的端電壓”不是由恒流源本身決定的，而是由與之連接的外電路決定

的，即隨外電路的改變而改變。

(3)若恒流源的電流恒等于零(即=0),則恒流源開路，其伏安特性與u軸重合。

不管它的端電壓為何值，其電流恒為零。

1.4.4.3實際電源模型

實際電源都是有內阻的，一個實際電源可用兩種電路模型來表示，--種稱電壓源模

型(簡稱電壓源)，另一種稱電流源模型(簡稱電流源)。下面以直流電源為例介紹。

1)電壓源

一個實際電源可用一個恒壓源外與一個內阻&串聯的電路模型表示，該電路模型

稱為電壓源模型(簡稱電壓源)，如圖1.4.10(a)所示，由圖可得

U=Us—IR0(1.4.26)

令/=°時，U=US；U=O時，1=—,可作出其伏安特性(又稱外特性)曲線，如

R。

圖1.4.10(b)所示。

(a)電壓源電路(b)外特性

圖1.4.11電流源

2)電流源

一個實際電源還可以用一個恒流源人與內導G。(或內阻此)并聯的電路模型表

示。該電路模型稱為電流源模型(簡稱電流源)，如圖1.4.11(a)所示，由圖可得

1^IS-UGO(1.4.27)

令U=0時，/=/..；1=0時，U=b可作出其外特性如圖1.4.11(b)所示。

G。

1.5電路的基本定律

1.5.1歐姆定律

1.5.1.1部分電路歐姆定律

在不含電源的電路中，流過導體的電流I與此段導體兩端的電壓U成正比，與此段

導體的電阻成反比，這就是部分電路歐姆定律。它揭示了電路路中電壓、電流、電阻三

者之間的關系，是分析電路的基本定律之一，對圖L5.1的電路，歐姆定律可用下式表

示

_______I_______

+~A

URf

圖L5.1歐姆定律

(1.5.1)

由式(1.5.1)可得

u

R(1.5.2)

U=IR(1.5.3)

例L5.1某電爐接在220伏電源上，正常工作時流過電阻絲的電流為5A,試求此時電

阻絲的電阻

解：

R4二"4Q

例1.5.2有一個量程為300V(即測量范圍為0-300V)的電壓表，它的內阻是40kQ,

用它測量電壓時，允許流過的最大電流是多少？

解：由于電壓表的內阻是一個定值，據歐姆定律可知，電壓表所測電壓越大，通過電壓

表的電流也就愈大，因此，被測電壓為300V時，流過電壓表的電流最大，即允許的最

大電流為:

4=2=7.5〃滔

R40000

1.5.1.2全電路歐姆定律

在含有電源的閉合電路中，回路電流I與電源的電動勢E成正比，與電路中電源的

內電阻和外電路的外電阻之和成反比，這個規律稱為全電路歐姆定律。

[

-------?+

中unR

LTE：T

1___________z_

圖1.5.2全電路歐姆定律

在圖1.5.2中，R0為電源內阻，E為電源電動勢，R為負載電阻，全電路歐姆定律

可用以下公式表示

廠上

R+R。(1.5.4)

例1.5.3有一電源的電動勢為3V,內阻R0為0.4Q,外接負載電阻為9.6Q,求電源

端電壓和內壓降？

解：

E3

I=--------=-------------=0.3A

R+R。9.6+0.4

內壓降"。=/R。=°.3x°.4=°.12Vz

端電壓U=/R=0.3x9.6=2.88V

或U=E-U0=3-0.12=2.88V

例1.5.4已知電池的開路電壓為L5V,接上9。的負載電阻時，其端電壓為1.35V,

求電池的內電阻R0?

解：開路時，開路電壓等于電池電動勢E,即E=1.5V,由于U=1.35V,R=9。，則由全電

路歐姆定律可得

內壓降U。=E—U=1.5-1.35=0.15/

U1.35…

I=——=0.154

電流R9

0.15—

R。4=----=112

內阻I0.15

1.5.2基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是分析和計算電路的基本定律，包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基

爾霍夫電壓定律（KVL）。為了便于介紹，現以圖1.5.3為例，先介紹有關電路結構的

兒個術語。

電路中通過同一個電流的每一分支稱為支路。如圖L5.3中a。、ac、cd等共有6

條支路。

三條或三條以上支路的連接點，稱為節點。如圖1.5.3中a、b、c、d等共有4個

節點。

電路中任一閉合路徑稱為回路，如圖1.5.3中abcda、acda等共有7個回路。

內部不含支路的回路稱為網孔，如圖L5.3中有abca、acda、cbdc共3個網孔。

1.5.2.1基爾霍夫電流定律

圖1.5.3電路結構圖1.5.4結點

基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）,又稱節點電流定律,是用以確定連接到節點上的各支

路電流之間關系的。其依據是電流的連續性原理：電路中的任一節點、任一時刻流入節

點的電流之和等于流出節點的電流之和，即

2?入=1?出（1.5.5）

如圖1.5.3電路中的節點a,另見圖1.5.4可得出

G=i\+i2

或i3-，2-A=0

據上所述，基爾霍夫電流定律可表述為：對任一節點，流入（或流出）該節點電流

的代數和等與零。用公式表示為

?=°（1.5.6）

式中，流入節點的電流取正號，流出節點的電流取負號。對于式1.5.5,只是表達形式

不同，都是對基爾霍夫電流定律的表述。

基爾霍夫電流定律不僅適用于節點，還可以推廣用于閉合曲面（也稱廣義節點），

例如圖1.5.3中虛線所示的閉合曲面（另見圖1.5.5）,據基爾霍夫電流定律可得

一‘3二0

或>=°

例1.5.5在圖1.5.3中，已知G=1A,求1。

解：根據圖1.5.3中各點電流的方向，結合KCL定律，可得

/]=i3—i2=1—（—2）=3A

例L5.6在圖L5.6中，（1）已知S閉合時/=1A,求/；（2）S斷開時，求

解：取一閉合曲面，如圖1.5.6中虛線所示，根據KCL可得

%

圖1.5.5KCL擴展應用圖1.5.6例1.4所用的圖

1.5.2.2基爾霍夫電壓定律

基爾霍夫電壓定律（簡稱KVL）,又稱回路電壓定律，是用以確定回路中各段電壓間

關系的。其依據為電路中任意瞬時電位具有單值性，即如果從電路中某點出發以順時針

或逆時針方向沿任一回路繞行一周回到原出發點時，該點的瞬時電位是不會發生變化

的。亦即沿該回路繞行方向上的電位降之和應等于電位升之和。

例如圖1.5.7中，從a點出發按虛線所示繞行方向沿abcda回路繞行一周回到a點,

（如圖中虛線所示）。根據該回路中各段電壓所標正方向可列出

11

U2+〃4+〃5=\

即U2+〃4+〃5=0

上式表示任一時刻沿該方向回路中所有各段電壓的代數和等于零。

+

4-

、、、8

U

圖1.5.8KVL推廣應用于局部電路

因此，基爾霍夫電壓定律可表述為：在電路中，沿任一回路繞行一周，各段

電壓的代數和等于零。用公式表示為

?/=0(1.5.7)

其中，電壓的方向與繞行方向一致時，取正號，相反時取負號，反之亦然。基爾霍

夫定律也可推廣應用于局部電路。如圖1.5.8所示的電路中，可列出

U-1R-US=0

或U=/R+Us

例1.5.7圖1.5.9所示電路中，已知”s=9V,/s=2A,R=3Q,試求恒流源的端電壓U。

解：由KVL可得

U+IR-US=0

U=Us—IR=Us—IsR=9—2x3=3V

圖1.5.9例L5.7所用的圖

1.6電位的概念與計算

電路中某點的電位就是該點與參考點之間的電壓。所謂參考點就是電位為零的點。

在工程應用中，通常選大地為參考點，對機殼接地的設備，也可選機殼做參考點。機殼

不接地的設備，為分析計算方便，通常把元件匯集的公共端或公共線選做參考點(此點

并非真正接地)，此點常稱為“地”，并用符號“二表示。如圖L6.1所示。

圖1.6.1電路中的參考點

在電子電路中，當電源有一端接地時，為了簡便，習慣上把電源的接地端省去不畫,

只畫出電源不接地的一端。如圖1.6.2(a)所示的電路可簡化為圖1.6.2(b)。

(a)完整電路(b)簡化電路

圖1.6.2電子電路中的簡化畫法

例L6.1在圖1.6.3中已知：叫=1。，&