電與電路的基本知識(shí)

一、電的基本概念

1、電

電是物質(zhì)內(nèi)所含粒子（質(zhì)子、電子）運(yùn)動(dòng)時(shí)的一種能量表現(xiàn)形式，實(shí)質(zhì)上是一種能量，常稱作電能。

2、電子

電子是最早發(fā)現(xiàn)的基本粒子，帶負(fù)電，電量為1.602×10?1?庫(kù)侖，是電量的最小單元，質(zhì)量為9.1×10?31kg，常用符號(hào)e表示。

電子和中子、質(zhì)子組成原子，電子帶負(fù)電，中子不帶電，質(zhì)子帶正電。

3、電荷

帶電的基本粒子稱為電荷。帶正電的粒子叫正電荷，符號(hào)為（“+”）；帶負(fù)電的粒子叫負(fù)電荷，符號(hào)為（“﹣”）。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。

4、電量

帶電粒子（質(zhì)子、電子）所帶電荷的多少叫電量。符號(hào)Q，單位庫(kù)侖（C）。

5、電流

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電量叫電流。符號(hào)I，單位安（A）。電荷在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)形成電流。正電荷定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流方向。

電流分為直流和交流兩類：大小和方向不隨時(shí)間變化的電流為直流（DC）；大小和方向隨時(shí)間變化的電流為交流（AC）。

6、電位

電位又叫電勢(shì)，是指單位電荷在靜電場(chǎng)中某一點(diǎn)所具有的電勢(shì)能。符號(hào)φ，單位伏(V)。它的大小和電勢(shì)參考點(diǎn)選擇有關(guān)。參考點(diǎn)的電位為零，通常把大地作為參考點(diǎn)。

7、電壓

電路中任意兩點(diǎn)之間的電位差稱為電壓。符號(hào)U，單位伏（V）。電壓大小與電位參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)。

電場(chǎng)力移動(dòng)正電荷的方向規(guī)定為電壓方向。

8、電動(dòng)勢(shì)

即電子運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，能夠克服導(dǎo)體電阻對(duì)電流的阻力，使電荷在閉合的導(dǎo)體回路中流動(dòng)的一種作用。符號(hào)E，單位伏V。大小等于非靜電力把單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到電源正極所做的功。方向規(guī)定為從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向電源正極，與電源端電壓的方向相反。

9、電阻

導(dǎo)體阻礙電流通過(guò)的能力叫電阻。符號(hào)R，單位歐（Ω）。電阻和溫度及導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)，同一導(dǎo)體的電阻大小與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比，與導(dǎo)體的截面積大小成反比。

10、電導(dǎo)

導(dǎo)體傳導(dǎo)電流的能力叫電導(dǎo)。符號(hào)G，單位西（S）。電導(dǎo)和電阻互為倒數(shù)。

11、電容

是指給定電壓下自由電荷的儲(chǔ)存量，符號(hào)C，單位法（F）。大小等于極板上儲(chǔ)存電量與極板間電壓之比。

12、電感

當(dāng)電流通過(guò)線圈后，在線圈中形成感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流來(lái)抵制通過(guò)線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱為電抗，也叫電感，符號(hào)L，單位亨利（H）。

13、電功

將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的過(guò)程中，電流所做的功叫電功。符號(hào)W，單位焦耳J。生活中常用度kwh做單位。電功大小與電壓、電流、通電時(shí)間成正比，等于三者的乘積。

14、電功率

電流在單位時(shí)間內(nèi)做的功叫做電功率。符號(hào)P，單位瓦W。是表示電流做功快慢的物理量，大小等于導(dǎo)體兩端電壓與通過(guò)導(dǎo)體電流的乘積。

15、電路

電流經(jīng)過(guò)的路徑稱為電路。

電路一般包括四個(gè)部分：電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線與控制設(shè)備。

電路有三種狀態(tài)：通路、開(kāi)路和短路。

二、直流電路

直流電路根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同，可分為簡(jiǎn)單電路和復(fù)雜電路。一般認(rèn)為不能用電阻串、并聯(lián)關(guān)系簡(jiǎn)化為無(wú)分支電路的就是復(fù)雜電路，否則就是簡(jiǎn)單電路。

1、歐姆定律

歐姆定律是分析和計(jì)算電路的最基本定律。

1）部分電路歐姆定律

部分電路歐姆定律是研究不包括電源的一段電路中的電流與兩端的電壓及電阻三者的關(guān)系。其內(nèi)容是：流過(guò)導(dǎo)體的電流強(qiáng)度與這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與這段導(dǎo)體的電阻成反比。 I=U/R

2）全電路歐姆定律

全電路是指含有電源的閉合電路。如下圖所示，虛線框中的E代表電源電動(dòng)勢(shì)，r代表電源內(nèi)電阻。電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路，電源外部的電路稱為外電路。

全電路歐姆定律的內(nèi)容是：全電路中的電流強(qiáng)度與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與整個(gè)電路的電阻（內(nèi)電路和外電路）成反比。 I=E/(R+r)

由上式可得 E=ⅠR+Ⅰr=U外+U內(nèi)

故全電路歐姆定律又可敘述為：電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于閉合電路中的各部分電壓之和。

外電路電壓（U外）是指電路接通時(shí)電源兩端的電壓，又稱端電壓。

根據(jù)全電路歐姆定律分析電路，應(yīng)有以下三種狀態(tài)：

（1）通路

合上電路開(kāi)關(guān)，使電源與負(fù)載接通，此時(shí)的電路稱為通路，又叫閉合電路。電路中有電流通過(guò)負(fù)載，電路處于工作狀態(tài)即負(fù)載狀態(tài)。

（2）開(kāi)路

電路的電源斷開(kāi)或保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)，電路就處于開(kāi)路狀態(tài)即空載狀態(tài)。此時(shí)外電路電阻無(wú)窮大，電路中沒(méi)有電流，電源的端電壓等于電動(dòng)勢(shì)，電源不輸出電能，電路不工作。

I=0 U內(nèi)=0 U外=E

（3）短路

短路是指電路中不同電位的兩點(diǎn)直接接通，即電源未經(jīng)過(guò)負(fù)載而直接由導(dǎo)體接通的現(xiàn)象，接通處的電阻極低，一般可視為零，短路狀態(tài)可能發(fā)生在電路的任何地方，但最嚴(yán)重的是電源短路。

U外=0 U內(nèi)=E

2、基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是復(fù)雜電路分析計(jì)算的基本定律。下圖所示是一個(gè)比較復(fù)雜的直流電路，雖然它的結(jié)構(gòu)看起來(lái)簡(jiǎn)單，元件數(shù)很少，但由于R?、R?、R?之間既不是串聯(lián)關(guān)系，也不是并聯(lián)關(guān)系，無(wú)法用串、并聯(lián)進(jìn)行簡(jiǎn)化。

對(duì)于復(fù)雜直流電路，直接用歐姆定律求解是不可能的，復(fù)雜電路的計(jì)算需用基爾霍夫定律。

1）復(fù)雜電路常用術(shù)語(yǔ)

（1）支路

由一個(gè)或幾個(gè)元件串聯(lián)組成的無(wú)分支電路稱為支路。同一支路中各元件上流過(guò)的電流相等。上圖中R?和E?構(gòu)成一條支路，R?單獨(dú)構(gòu)成一條支路。

（2）節(jié)點(diǎn)

三條或三條以上的支路的交匯點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。如上圖中的A點(diǎn)和B點(diǎn)。

（3）回路

電路中任一閉合路徑稱為回路。如上圖中A-R?-E?-B-R?-A構(gòu)成一個(gè)回路。

（4）網(wǎng)孔

不能再分的最簡(jiǎn)單的回路稱為網(wǎng)孔。如上圖中A-R?-E?-B-R?-A構(gòu)成最簡(jiǎn)單不能再分的一個(gè)回路，稱為網(wǎng)孔。

2）基爾霍夫第一定律（KCL定律）

又稱節(jié)點(diǎn)電流定律。基爾霍夫第一定律是關(guān)于節(jié)點(diǎn)電流的，其內(nèi)容是：電路中流進(jìn)任一節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和。又可敘述為：電路中任一節(jié)點(diǎn)處電流的代數(shù)和恒為零。

基爾霍夫第一定律表明電路中電流的連續(xù)性，電荷在任一節(jié)點(diǎn)上既不能積累也不能消失。

3）基爾霍夫第二定律（KVL定律）

又稱回路電壓定律?；鶢柣舴虻诙墒顷P(guān)于回路電壓的，其內(nèi)容是：任一回路中電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于各電阻上的電壓降的代數(shù)和。如下圖：

E?- E?=I?R?- I?R? - I?R? + I?R?

上式可寫(xiě)成：

I?R?- I?R? - I?R? + I?R? - E? + E?=0

故基爾霍夫第二定律又可敘述為：任一回路中各元件上的電壓降之代數(shù)和恒為零。

基爾霍夫第二定律對(duì)不完全由實(shí)際元件構(gòu)成的假想回路仍然適用，如下圖：

Uab + I?R? - E? + I?R?=0

3、支路電流法

支路電流法是求解復(fù)雜電路最基本的方法。解題思路是：以各支路電流為未知量，根據(jù)基爾霍夫定律，列出節(jié)點(diǎn)電流方程、回路電壓方程，解方程組得到各支路電流。一般步驟如下：

1）假設(shè)各支路電流參考方向和選定回路繞行方向；

2）根據(jù)基爾霍夫第一定律列出獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程；

3）根據(jù)基爾霍夫第二定律列出獨(dú)立的回路電壓方程；

4）聯(lián)合獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程和獨(dú)立的回路電壓方程，然后代入數(shù)據(jù)解方程組。

4、戴維南定理

比較復(fù)雜的電路稱為網(wǎng)絡(luò)，若電路具有兩個(gè)輸出端，則稱為二端網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有電源的稱為有源二端網(wǎng)。如下圖：

不含電源的稱為無(wú)源二端網(wǎng)。如下圖：

有源二端網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個(gè)電源，可以簡(jiǎn)化為一個(gè)具有電動(dòng)勢(shì)E?和電阻Rⅰ的等效電源。如下圖所示：

戴維南定理指出：任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，都可以用一個(gè)具有電動(dòng)勢(shì)E?和內(nèi)電阻Ri的等效電源等值替代。電動(dòng)勢(shì)E?的值就等于有源二端網(wǎng)絡(luò)兩點(diǎn)間的開(kāi)路電壓，內(nèi)阻Ri的值就等于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電源均不起作用時(shí)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。

1）用戴維南定理求解某一支路電流的一般步驟如下：

（1）將原電路劃分為待求支路和有源二端網(wǎng)絡(luò)兩部分；

（2）斷開(kāi)待求支路，求出有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓；

（3）將網(wǎng)絡(luò)中的各電動(dòng)勢(shì)短路，內(nèi)電阻保留，求出無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻；

（4）畫(huà)出等效電源，接入待求支路，根據(jù)全電路歐姆定律，求出該支路的電流。

2）運(yùn)用戴維南定理需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）戴維南定理只適用于線性電路；

（2）根據(jù)戴維南定理求出的等效電源只是對(duì)外電路等效；

（3）將有源二端網(wǎng)絡(luò)化為無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)短路，但內(nèi)阻不能短路；

（4）畫(huà)等效電源時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的方向必須根據(jù)開(kāi)路電壓的正負(fù)來(lái)確定。

三、正弦交流電路

1、基本概念

1）正弦交流電

按正弦規(guī)律變化的交流電稱為正弦交流電。正弦交流電任一時(shí)刻的值稱為正弦交流電的瞬時(shí)值，分別用小寫(xiě)字母i、u 、e表示電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)。

2）正弦交流電的三要素

正弦交流電的三要素是最大值、頻率、初相角。

（1）最大值

最大值指正弦交流電在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值的絕對(duì)值，分別用Ⅰm、Um、Em表示電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)。

（2）頻率

頻率是指交流電在1秒中內(nèi)變化的次數(shù)，用f表示，單位為赫茲（Hz），簡(jiǎn)稱赫。

正弦交流電在1秒內(nèi)所變化的電角度稱為角頻率，用ω表示，單位為弧度/秒（rad/s）。

交流電每變化一次，所經(jīng)歷的時(shí)間為周期，用T表示，單位為秒（S）。交流電每變化一次，電角度變化2π弧度，所以有ω=2πf=2π/T。

（3）初相角

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈平面開(kāi)始計(jì)時(shí)（t=0）時(shí)與磁中性面夾角為 α，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)線圈平面與磁中性面的夾角連續(xù)變化。設(shè)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度為ω，則在任一時(shí)刻t，線圈與磁中性面的夾角為（ωt+α），所以t時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 e=EmSin（ωt+α） 式中（ωt+α）稱交流電的相位角。t=0時(shí)的相位角叫初相角。e的初相角是α。

相位差是兩個(gè)同頻率的正弦交流電的初相角之差。

3）正弦交流電的有效值

一個(gè)交流電流i和一個(gè)直流電流I分別流過(guò)完全相同的電阻R，如果在交流電一周期內(nèi)它們?cè)诟髯噪娮枭纤a(chǎn)生的熱量相等，則交流電流i的有效值就等于直流電流I的大小。正弦交流電有效值與最大值的關(guān)系為：I=1/√2Im U=1/√2Um

2、表示方法

1）解析法

用三角函數(shù)表示正弦交流電的方法稱為解析法。

2）圖形法（曲線法）

在直角坐標(biāo)系中，用橫坐標(biāo)表示時(shí)間或電角度，縱坐標(biāo)表示交流電的瞬時(shí)值，根據(jù)解析式做出的曲線稱為交流電的波形圖，如下圖：

用波形圖來(lái)表示交流電的方法稱為圖形法。圖形法可直觀地表示出正弦交流電最大值及初相角的大小，角頻率可通過(guò)運(yùn)算求得。

3）旋轉(zhuǎn)矢量法

可以簡(jiǎn)化正弦交流電的一般加減運(yùn)算。如下圖所示：

兩同頻率正弦量的求和轉(zhuǎn)化為兩旋轉(zhuǎn)矢量的求和，可用平行四邊形法則。

4）相量法

正弦量可以用復(fù)數(shù)來(lái)表示，用復(fù)數(shù)表示正弦量的方法稱為相量法。

四、對(duì)稱三相交流電路

1、對(duì)稱三相電路的有關(guān)概念

1）對(duì)稱三相電源

三個(gè)頻率相同，最大值相等，相位互差120°的正弦交流電動(dòng)勢(shì)稱為對(duì)稱三相電源 。

2）對(duì)稱三相負(fù)載

對(duì)稱三相負(fù)載是指三相負(fù)載的大小相等，性質(zhì)相同，即負(fù)載的復(fù)阻抗相等。

3）相序

三相電源中各相電動(dòng)勢(shì)（或電壓、電流）到達(dá)零值（或最大值）的順序叫做相序。相序有正序、負(fù)序和零序三種。

4）對(duì)稱三相電路

對(duì)稱三相電源和對(duì)稱三相負(fù)載組成的三相電路稱為對(duì)稱三相電路。

2、對(duì)稱三相電路的特點(diǎn)

1）相電壓與線電壓的關(guān)系

（1）相電壓

相線與零線間的電壓稱為相電壓。用Uu、Uv、Uw表示。

（2）線電壓

相線與相線間的電壓稱為線電壓。用Uuv、Uvw、Uwu表示。

（3）負(fù)載丫連接時(shí)，線電壓為相電壓的√3倍，且線電壓超前相應(yīng)的相電壓30°。

2）相電流與線電流的關(guān)系

（1）相電流

各相電源或負(fù)載中流過(guò)的電流稱為相電流。

（2）線電流

相線中流過(guò)的電流稱為線電流。

（3）負(fù)載△連接時(shí)，線電流為相電流的√3倍，且線電流滯后相應(yīng)的相電流30°。

3）三相對(duì)稱電路的功率

負(fù)載丫連接時(shí)，U相=U線/√3 I相=Ⅰ線

負(fù)載△連接時(shí)，U相=U線 l相=Ⅰ線/√3

故不論三相負(fù)載作何種連接都有

P=3U相Ⅰ相cosφ=√3U線I線cosφ

Q=3U相Ⅰ相 sinφ=√3U線I線 sinφ

S=3U相I相=√3U線I線

五、電阻串、并聯(lián)及混聯(lián)電路

1、電阻串聯(lián)電路

1）電阻的串聯(lián)

兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻按順序一個(gè)接一個(gè)連成一串，使電流只有一條通路的連接方式，稱為電阻的串聯(lián)。

2）電阻串聯(lián)電路特點(diǎn)

（1）串聯(lián)電路中各處電流都相等；

（2）串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻端電壓之和；

（3）串聯(lián)電路的等效電阻等于各串聯(lián)電阻阻值之和；

（4）串聯(lián)電路中各個(gè)電阻阻值相等時(shí)，等效電阻為單個(gè)電阻的n倍；

（5）串聯(lián)電路中各電阻上的電壓分配與其阻值成正比，即Ui=Ri/R*U，此式稱為分壓公式，Ri/R稱為分壓比；

（6）串聯(lián)電路的總功率等于各串聯(lián)電阻所消耗的功率之和；

（7）串聯(lián)電路中各電阻所消耗的功率與其阻值成正比。

2、電阻并聯(lián)電路

1）電阻的并聯(lián)

兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻一端連在一起，另一端也連在一起，使每一電阻兩端都承受相同的電壓，電阻的這種連接方式叫做并聯(lián)。

2）電阻并聯(lián)電路特點(diǎn)

（1）并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，并且等于電路兩端的電壓；

（2）并聯(lián)電路中的總電流等于各支路電流之和；

（3）并聯(lián)電路等效電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和；

（4）并聯(lián)電路中各個(gè)電阻阻值相等時(shí)，等效電阻為單個(gè)電阻的1/n；

（5）并聯(lián)電路中任一支路的電流與該支路的電阻值成反比，即Ii=R/Ri*l，此式稱為分流公式，R/Ri稱為分流比；

（6）并聯(lián)電路的總功率等于各并聯(lián)電路所消耗的功率之和；

（7）并聯(lián)電路中各電阻所消耗的功率與其阻值成反比。

3、電阻混聯(lián)電路

1）電阻的混聯(lián)

電路中既有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)，這種連接方式叫做電阻的混聯(lián)。

2）混聯(lián)電路計(jì)算步驟

（1）把串聯(lián)的電阻和并聯(lián)的電阻分別用等效電阻代替，逐步簡(jiǎn)化電路，最終求出電路中的等效電阻。

（2）由總等效電阻和電路的端電壓計(jì)算電路的總電流。

（3）根據(jù)電阻串聯(lián)的分壓關(guān)系和電阻并聯(lián)的分流關(guān)系，求出各電阻上的電壓、電流及功率。

3）等電位法化簡(jiǎn)混聯(lián)電路

（1）確定等電位點(diǎn)，標(biāo)出相應(yīng)的符號(hào)

導(dǎo)線的電阻和理想電流表的電阻可忽略不計(jì)，可以認(rèn)為導(dǎo)線和電流表聯(lián)接的兩點(diǎn)是等電位點(diǎn)。對(duì)等電位點(diǎn)標(biāo)出相應(yīng)的符號(hào)，如a點(diǎn)的等電位點(diǎn)用a′標(biāo)示。

（2）畫(huà)出串、并聯(lián)關(guān)系清晰的等效電路圖

由等電位點(diǎn)先確定電阻的連接關(guān)系，再畫(huà)出電路圖。先畫(huà)電阻最少的支路，再畫(huà)次少的支路，從電路的一端畫(huà)到另一端。

（3）求解

根據(jù)歐姆定律，電阻串聯(lián)、并聯(lián)的特點(diǎn)和電功率的計(jì)算公式列出方程求解。

六、電阻、電感與電容電路

電阻、電感與電容是交流電的三個(gè)基本參數(shù)。當(dāng)這些參數(shù)是不隨電壓、電流的大小和時(shí)間而改變的常量時(shí)，這一電路為線性電路。

1、純電阻電路

1）在交流電路中，凡由電阻作為負(fù)載，如白熾燈、電爐、電烙鐵等組成的電路都叫純電阻電路。

2）純電阻電路的電壓和電流相位相同，電壓、電流和電阻之間的關(guān)系符合歐姆定律。

3）交流電通過(guò)電阻時(shí)，總是從電源吸收電能轉(zhuǎn)換成熱能，電阻從電源吸收的能量用來(lái)做功而消耗掉。交流電通過(guò)電阻電路時(shí)的平均功率又稱有功功率。P=UI=I2R=U2/R

2、純電感電路

1）在純電感電路中，由于交流電的大小和方向在不斷地變化，因此在電感線圈中會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化，這種由電感對(duì)交流電產(chǎn)生的阻礙作用叫做感抗。用XL表示，單位為Ω，感抗的大小與通過(guò)它的電流頻率成正比。XL=ωL=2πfL。在直流路中，由于電流不變化，所以感抗為零，相當(dāng)于短路。

2）交流純電感電路中，電壓瞬時(shí)值超前電流瞬時(shí)值90°，電壓、電流和感抗之間的關(guān)系符合歐姆定律。

3）電感線圈中不消耗有功功率，電源與電感線圈之間不斷進(jìn)行能量交換，這部分功率稱為無(wú)功功率，單位是var。

3、純電容電路

1）Xc=1/ωC=1/2πfC，Xc叫容抗，單位為Ω，在直流情況下f=0 ，Xc為無(wú)窮大，說(shuō)明電容有隔直流通交流，阻低頻通高頻的特性。

2）交流純電容電路中，電流瞬時(shí)值超前電壓瞬時(shí)值90°，電壓、電流和容抗之間的關(guān)系符合歐姆定律。

3）純電容電路中不消耗有功功率，電源與電容之間不斷進(jìn)行能量交換，這部分功率為無(wú)功功率，單位是var。

4、R、L、C串聯(lián)電路

1）阻抗

感抗XL=ωL=2πfL

容抗Xc=1/ωc=1/2πfC

電抗X=XL+Xc

總阻抗Z=√R2＋X2

2）R、L、C分電壓

電阻上電壓U=IR，U與I同相。

電感上電壓U=IXL，U超前電流90°。

電容上電壓U=IXc，U滯后電流90°。

3）總電壓、總電流關(guān)系

總電壓與總電流有效值關(guān)系符合歐姆定律，I=U/Z。

XL=Xc時(shí)，電路呈純阻性，電壓與電流同相位。

XL＞Xc時(shí)，電路呈感性，電壓超前電流。

XL＜Xc時(shí)，電路呈容性，電壓滯后電流。

七、功率和功率因數(shù)

1、功率

1）電功率

電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做電功率。它是表示電流做功快慢的物理量，用P表示，它的單位是瓦特（Watt），簡(jiǎn)稱"瓦"，符號(hào)是W。電功率等于導(dǎo)體兩端電壓與通過(guò)導(dǎo)體電流的乘積。

2）有功功率

在交流電路中，消耗在電阻元件上、不可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率（如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒐饽芑?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1472/" target="_blank">機(jī)械能）稱為有功功率，簡(jiǎn)稱“有功”，用“P”表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。它是交流電在一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)功率的平均值，故又稱平均功率。大小等于電阻元件兩端電壓有效值與通過(guò)電阻元件中電流有效值的乘積。

3）無(wú)功功率

在交流電路中，電感性或電容性的元件，通電后便會(huì)建立起電感線圈的磁場(chǎng)或電容器極板間的電場(chǎng)。在交流電每個(gè)周期內(nèi)的上半部分（瞬時(shí)功率為正值）時(shí)間內(nèi)，它們將會(huì)從電源吸收能量以建立磁場(chǎng)或電場(chǎng)，而下半部分（瞬時(shí)功率為負(fù)值）的時(shí)間內(nèi)，其建立的磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量又返回電源。即電源的能量與磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量進(jìn)行著可逆的能量轉(zhuǎn)換，并不消耗功率。將電感或電容元件與交流電源往復(fù)交換的功率稱為無(wú)功功率，簡(jiǎn)稱“無(wú)功”，用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏(KVar)。

4）視在功率

交流電源所能提供的總功率，稱為視在功率，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用S表示。單位為伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來(lái)表示交流電源設(shè)備（如變壓器）的容量大小。它包括有功功率和無(wú)功功率。

2、功率因數(shù)

1）功率因數(shù)的概念

在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cosΦ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。有功功率和視在功率的比叫功率因數(shù)。它是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。

2）電氣設(shè)備功率因數(shù)低的原因

功率因數(shù)低的原因是常用電氣設(shè)備是電感性的負(fù)載，除白熾燈、電阻、電熱器等功率因數(shù)接近于1外，其他如交流電動(dòng)機(jī)、變壓器，電抗器、架空線路及電氣儀表的功率因數(shù)都小于1。生產(chǎn)中最常見(jiàn)的交流異步電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)的功率因數(shù)只有0.20.3，輕載時(shí)約為0.5左右，額定負(fù)載時(shí)約為0.70.9。其它設(shè)備如工頻爐、電焊變壓器以及日光燈等，負(fù)載的功率因數(shù)也都較低。這樣供電設(shè)備的容量不能得到充分利用，例如容量為1000kVA的變壓器，如果cosΦ =1,即能送出1000kW的有功功率；而在cosΦ =0.7時(shí)，則只能送出700kW的有功功率。

3）提高功率因數(shù)的意義

（1）可以提高發(fā)電機(jī)、變壓器等用電設(shè)備有功功率的輸出，從而提高設(shè)備利用率，降低成本。

（2）可以減少電力系統(tǒng)的電能損耗，改善供電質(zhì)量。

（3）可以減少電力線路的電壓損失，滿足末端用戶電壓要求。

（4）通過(guò)各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費(fèi)優(yōu)惠減少用戶的電費(fèi)支出。

4）提高功率因數(shù)的方法

（1）提高自然功率因數(shù)，包括合理選擇電氣設(shè)備，避免變壓器輕載運(yùn)行，合理安排工藝流程。

（2）通過(guò)人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)，最常用的是并聯(lián)補(bǔ)償電容器。

（3）條件允許時(shí)，盡量采用同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)。