电路的三种状态:负载、开路、短路

工程上的电路往往有三种状态。了解电路的状态对合理用电、节约电能以及安全用电都起着重要的作用。现我们用下图所示的照明电路为例,讨论电路在不同状态时电流、电压和功率的特点。

电路的三种状态

负载状态、额定值

在图a中,当开关S1、S2…Sn 合上时,电路工作于负载状态。设灯总的等效电阻为忽略导线开关电阻,电路中的电流为I=E/RL,I的数值取决于负载电阻RL,若并联在电路上的灯数越多,等效电阻RL越小,电流I就越大,负载消耗的功率也越大。在电力电路中把这种情况叫做负载增大。显然负载的大小指的是电流或功率的大小,而不是指负载电阻的大小。

电路负载工作时,如果电路各元件都能长期、可靠,而又以最佳状态(效率高、经济性好)工作,就称为额定工作状态,又叫做满载。此时,电路的电流称为额定电流,当电流大于额定电流时,叫做过载,而电流小于额定电流时叫做轻载或欠载。电路各元件长时间工作在过载状态时将会使电气设备发热,温度升高超过元件允许的最高温度会使元件损坏或发生事故,所以是不允许的。若过载时间较短,或在规定的条件下少量过载还是可以的。但电路长期工作在轻载状态则降低了设备的利用率,使电路效率降低。

电气设备额定工作时的电压、电流和功率称为额定电压、额定电流和额定功率,用符号UN、IN、PN表示。额定值是厂家在制造电气设备时,根据所用材料在正常寿命卞允许的耐压、温升而规定的数值。从可靠性、经济性、设备的寿命等多种因素考虑,应该让电路尽量工作在额定状态。

开路(空载状态)

如图a所示电路中,当所有开关S1、S2…Sn都断开时,电路就处于开路状态。此时电路中I=0,电源输出功率P=EI=0,电源两端电压叫做开路电压U0,它与电源电动势相等,即U0=E。

电源与电灯连接的总导线断掉时,电路也是开路状态,这属于不正常状态。

短路状态

如图b所示电路中,由电源两端引出的导线因绝缘损坏而直接接通时,电路就处于短路状态。此时,电灯中是没有电流流过的,即负载得不到电能。而电源输出电流的数值很大,叫做短路电流Isc。若短路点在电源两端点,图中a、b两点,则是最严重的短路,此时短路电流Isc=E/R0。R0为电源的内阻,其阻值是很小的,故短路电流的数值就很大,远远地超过电源的额定电流或导线允许通过的最大电流,如不及时断开电路,将因剧烈发热而使电源、导线和电流表等设备损坏。

短路是电路的一种故障,为了尽快切除短路故障,电路中常接入熔断器、自动开关等保护电器,一旦发生短路,它们能迅速断开电路,以保证设备的安全。

在电路中,有时需要将某件设备两端用导线直接连接,如图a中虚线处用导线将电流表两端直接连起来,使电流表不工作,这叫做短接,是允许的。

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