电气设备额定值与电路基本状态

1.3　电气设备的额定值和电路的基本状态

1.3.1　电气设备的额定值

电气设备（包括电缆、绝缘导线）的导电部分都有一定的电阻。电流流过时，将消耗电能（转变为热能），使电气设备的温度逐渐升高。由于物体的散热量是同它与周围空气的温度差（又叫温升）成正比的，经过一段时间（导线为几分钟，一般电机为一两个小时），散热同发热平衡，温度的升高就稳定下来。电流越大，发热量也越大，稳定的温升也就愈高。如果电气设备的温度超过了某一容许的数值，电气设备的绝缘材料便会迅速变脆，寿命缩短，甚至烧毁。因此，根据所用绝缘材料在正常寿命下的允许温升，电气设备都有一个在长期连续运行或规定工作制度下允许通过的最大电流，叫做额定电流，用符号I_N表示。

电气设备还根据所用绝缘材料的耐压程度和容许温升等情况，规定正常工作时的电压叫做额定电压，用符号U_N表示。

电气设备的额定电压、额定电流和相应的额定功率P_N及其他规定值（例如以后要讲的电动机的额定转速等）叫作电气设备的额定值。额定值表明了电气设备的正常工作条件、状态和容量，通常标在设备的铭牌上，在产品说明书中也可以查到。使用电气设备时一定要注意它的额定值，避免出现不正常的情况和发生事故。

1.3.2　电路的基本状态

电路在使用时，可能出现3种状态，现就图1-16所示照明电路进行说明。

1.空载状态（也叫开路状态）　如图1-16所示电路，当所有电灯开关（S1、S2、S3）都断开时，就处于空载状态。此时，电路中无电流（I=0），电源不输出功率（P=UI=0），电源端电压叫作空载电压（也叫开路电压），它与电源电动势相等（U=U₀=E）。

2.负载状态　如图1-16所示电路，当有一些电灯开关接通时，就处于负载状态。设照明负载总等效电阻为R_L，一根供电线电阻为R_l，电源内阻为R₀，此时，电路中电流为

其数值取决于负载电阻R_L。一般用电设备都是并联于供电线上，因此，接入的电灯数越多，负载电阻R_L越小，电路中电流便越大，负载功率也越大。在电工技术上把这种情况叫做负载增大。显然，所谓负载的大小，指的是负载电流或功率的大小，而不是负载电阻的大小。当电路中电流达到电源或供电线的额定电流时，工作状态叫作“满载”；超过额定电流时，叫作“过载”；小于额定电流时，叫作“欠载”。如前文所述，导线和电气设备的温度升高到稳定值要有一个过程，允许短时间的少量的过载，但长时间的过载是不允许的，使用时应当注意。

3.短路状态　图1-16所示电路，当两根供电线（通常总是并在一起敷设，以减少所产生的电磁干扰）在某一点由于绝缘损坏而接通时，就处于短路状态。此时，电流不再流过负载而直接经短路接点流回电源，由于在整个回路中只有电源的内阻和部分导线电阻，电流数值很大，叫做短路电流I_SC。最严重的情况是电源两端的短路，即图1-16电路中a、b两点接通。短路电流为

短路电流远远超过电源和导线的额定电流，如不及时切断，将引起剧烈发热而使电源、导线及电流流过的仪表等设备损坏。

为了防止短路所引起的事故，通常在电路中接入熔断保险器或自动断路器，一旦发生短路，能迅速将事故电路自动切断。

【例1-2】某负载的电阻R_L=10.5Ω，由电动势E=110V、内电阻R₀=0.3Ω的直流电源供电（图1-17）。连接导线的电阻R_l=0.2Ω。求：（1）电路中的工作电流；（2）负载和电源的电压；（3）负载消耗的电功率、电源产生的电功率和输出的电功率；（4）在负载端和电源端短路时电源的电流和电压。

解：（1）根据全电路欧姆定律，电路中的工作电流

（2）根据部分电路欧姆定律，负载电压

U_L=R_LI=10.5×10=105V

电源电压(www.xing528.com)

U_S=（R_L+R_l）I=（10.5+0.2）×10=107V

或

U_S=E-R₀I=110-0.3×10=107V

（3）负载消耗的电功率

P_L=U_LI=105×10=1050W

电源产生的电功率

P_E=EI=110×10=1100W

电源输出的电功率

P_S=U_SI=107×10=1070W

（4）当短路发生在负载端时，短路电流

这时的电源电压

U_SS=R_lI=0.2×220=44V

当短路发生在电源端时，短路电流

这时的电源电压

U_SS=0

可见，短路电流比正常工作电流大得多。