使用电能的设备或元件

1.1.1　电路的组成及作用

电路，简言之就是电流所经之路。电路一般是由电路器件和电工设备以一定的方式构成的。如图1.1.1（a）所示是一个简单的实际电路，它由三部分组成：干电池，白炽灯泡，连接导线及开关等。这三部分分别称为电源、负载和中间环节，它们是电路的基本组成部分。一般电路可以用如图1.1.1（b）所示的框图表示。各组成部分及其作用简述如下。

图1.1.1　一个简单电路及其框图

电源是供电设备，它是将其他形式的能量转换成电能，或者把某种形式的电能转换成另一种形式的电能信号的装置。常见的电源设备有发电机、干电池和信号发生器等。

负载是用电设备，它是将电能转换为其他形式能量，或者吸收、传递电信号的装置。实际用电设备有电阻器、电感器、电容器、二极管、三极管、电子管等各种器件。

中间环节除了连接导线和开关以外，还有变压器、电工仪表、熔断器（熔丝）等多种设备。它们在电路中的作用为连接电源和负载，控制电能的传送和分配等。

电路的作用通常从下面两个方面来考虑。

一方面，在电力工程中，电路起输送和转换电能的作用。通常，发电机发电、输电线路输电、变电站变配电、电力拖动、电气照明、电热等都属于电力工程的范畴。

另一方面，电路还起着信号的变换和处理作用，就是对外加信号进行加工处理，使之成为需要的输出信号。由于对信号进行加工处理，必须经过电流和电压的变化才能实现，因此就其本质而言，信号变换的处理仍属于能量的转换。这方面的例子很多，例如，三极管放大，电能转换，信息处理和存储等电路。

1.1.2　电路模型

为了用数学方法来描述和分析电路，需要将实际电路和电路器件模型化，也就是建立电路模型。电路模型是在一定的条件下，由实际电路及其器件抽象出来的数学模型，它是由反映单一电磁性质的理想电路元件构成的。

实际电路元件的种类虽然繁多，但它们有着共同特点：所有电路，伴随电流的流动，存在着能量转换的电磁现象。一般而论，导体总具有电阻的，当电流通过时，会发热消耗电能；有电流通过就会有磁场，磁场会储存磁场能量；有电压建立就会有电场，电场会储存电场能量。这三种电磁现象可以用下面三个电路参数来反映：电阻反映电能的消耗，电感反映磁场能量的储存，电容反映电场能量的储存。并且，电能消耗集中在电阻元件中进行，磁场储能集中在电感元件中进行，电场储能集中在电容元件中进行。

电阻元件、电感元件和电容元件是理想的电路元件，它们在电路模型中分别用如图1.1.2（a）、（b）、（c）所示的符号表示。

图1.1.2　理想电路元件

实际电源的理想化模型，有理想电压源元件和理想电流源元件，它们的电压和电流分别用us和is表示，其方向分别用正、负号及箭头表示，在电路图中的符号分别如图1.1.3（a）、（b）所示。

图1.1.3　理想电源元件

实际中，电压源元件有时用电动势E（直流）和e（交流）表示。

电路模型均由一定的理想元件组成。有些实际器件的模型可以只用一种元件组成。例如，电阻器、电灯和电炉可以只用电阻元件表示；空载变压器可以认为是一个电感元件；电容器可以认为是一个电容元件。同一电路器件，在不同的条件下，有不同的模型。

图1.1.4　图1.1.1（a）电路的模型

以后所讨论的电路，是指由理想电路元件和电源元件构成的模型，也称为原理电路图。例如，与图1.1.1（a）所示电路相对应的电路模型如图1.1.4所示，图中，E和R0串联电路是干电池的模型；RL是灯泡的模型；S是开关的模型；连接导线的电阻远小于负载电阻，将其忽略可视为理想导体（电阻为零）。

思考与练习

1.1.1　电路由哪几个部分组成？试简述各部分的作用。

1.1.2　何谓电路模型？试绘出三种理想电路元件模型和两种理想电源元件模型。