以最簡(jiǎn)單的直流電路(圖1)為例，分別討論電源有載工作、開(kāi)路與短路時(shí)的電流、電壓和功率。
圖1 電源有載工作
圖2電源的外特性曲線
1、電源有載工作
將圖1中的開(kāi)關(guān)合上，接通電源與負(fù)載，這就是電源有載工作。
(1)電壓與電流關(guān)系
應(yīng)用歐姆定律可列出電路中的電流i
(1)
和負(fù)載電阻r兩端的電壓u
并由上兩式可得出
(2)
由上式可見(jiàn)，電源端電壓小于電動(dòng)勢(shì)，兩者之差為電流通過(guò)電源內(nèi)阻所產(chǎn)生的電壓降。電流愈大，則電源端電壓下降得愈多。表示電源端電壓u與輸出電流i之間關(guān)系的曲線，稱(chēng)為電源的外特性曲線，如圖1.6所示，其斜率與電源內(nèi)阻有關(guān)。電源內(nèi)阻一般很小。當(dāng)時(shí)，則
上式表明，當(dāng)電流(負(fù)載)變動(dòng)時(shí)，電源的端電壓變動(dòng)不大，這說(shuō)明它帶負(fù)載能力強(qiáng)。
(2)功率與功率平衡
式 (2)各項(xiàng)乘以電流i，則得功率平衡式
(3)
式中：，是電源產(chǎn)生的功率；，是電源內(nèi)阻上損耗的功率；，是電源輸出的功率。
功率的單位是瓦[特](w)或千瓦(kw)。
(3)電源與負(fù)載的判別
分析電路，還要判別哪個(gè)電路元件是電源(或起電源的作用)，哪個(gè)是負(fù)載(或起負(fù)載的作用)。
根據(jù)電壓和電流的實(shí)際方向可確定某一元件是電源還是負(fù)載：
電源u和i的實(shí)際方向相反，電流從“+”端流出，發(fā)出功率；
負(fù)載u和i的實(shí)際方向相同，電流從“+”端流入，取用功率。
根據(jù)電壓、電流的參考方向判別
若電壓、電流的參考方向相同
為正值，是負(fù)載，取用功率；
為負(fù)值，是電源，發(fā)出功率。
電壓、電流的參考方向不相同
為正值，是電源，發(fā)出功率；
為負(fù)值，是負(fù)載，取用功率。
(4) 額定值與實(shí)際值
各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率等都有一個(gè)額定值。例如一盞電燈上標(biāo)的220v40w，這就是它的額定電壓和額定功率。額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常容許值。電氣設(shè)備或元件的額定值常標(biāo)在銘牌上或?qū)懺谄渌f(shuō)明中。額定電壓、額定電流和額定功率分別用表示。
使用時(shí)，電壓、電流和功率的實(shí)際值不一定等于它們的額定值，這也是一個(gè)重要的概念。
究其原因，一個(gè)是受到外界的影響。例如電源額定電壓為220v，但電源電壓經(jīng)常波動(dòng)，稍低于或稍高于220v。這樣，額定值為220v 40w的電燈上所加的電壓不是220v，實(shí)際功率也就不是40w了。
另一原因是在一定電壓下電源輸出的功率和電流決定于負(fù)載的大小，就是負(fù)載需要多少功率和電流，電源就給多少，所以電源通常不一定處于額定工作狀態(tài)，但是一般不應(yīng)超過(guò)額定值。對(duì)于電動(dòng)機(jī)也是這樣，它的實(shí)際功率和電流也決定于它軸上所帶的機(jī)械負(fù)載的大小，通常也不一定處于額定工作狀態(tài)。
2、電源開(kāi)路
在圖1.5所示的電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，則電源處于開(kāi)路(空載)狀態(tài)，如圖1.7所示。開(kāi)路時(shí)外電路的電阻對(duì)電源來(lái)說(shuō)等于無(wú)窮大，因此電路中電流為零。這時(shí)電源的端電壓(稱(chēng)為開(kāi)路電壓或空載電壓)等于電源電動(dòng)勢(shì)，電源不輸出電能。
如上所述，電源開(kāi)路時(shí)的特征可用下列各式表示：
(4)
3、電源短路
在圖1所示的電路中，當(dāng)電源的兩端由于某種原因而連在一起時(shí)，電源則被短路，如圖4所示。電源短路時(shí)，外電路的電阻可視為零，電流有捷徑可通，不再流過(guò)負(fù)載。因?yàn)樵陔娏鞯幕芈分袃H有很小的電源內(nèi)阻，所以這時(shí)的電流很大，此電流稱(chēng)為短路電流。短路電流可能使電源遭受機(jī)械的與熱的損傷或毀壞。短路時(shí)電源所產(chǎn)生的電能全被內(nèi)阻所消耗。
圖3電源開(kāi)路
圖4電源短路
電源短路時(shí)由于外電路的電阻為零，所以電源的端電壓也為零。這時(shí)電源的電動(dòng)勢(shì)全部降在內(nèi)阻上。
如上所述，電源短路時(shí)的特征可用下列各式表示：
(5)
短路也可發(fā)生在負(fù)載端或線路的任何處。
短路通常是一種嚴(yán)重事故，應(yīng)該盡力預(yù)防。產(chǎn)生短路的原因往往是由于絕緣損壞或接線不慎，因此經(jīng)常檢查電氣設(shè)備和線路的絕緣情況是一項(xiàng)很重要的安全措施。此外，為了防止短路事故所引起的后果，通常在電路中接入熔斷器或自動(dòng)斷路器，以便發(fā)生短路時(shí)，能迅速將故障電路自動(dòng)切除。但是，有時(shí)由于某種需要，可以將電路中某一段短路(常稱(chēng)為短接)或進(jìn)行某種短路實(shí)驗(yàn)。
由電源的開(kāi)路電壓和短路電流可計(jì)算它的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。
電源的電動(dòng)勢(shì)
電源的內(nèi)阻 (6)