汽车电工与电子技术教学课件.ppt

,本章要求:1、理解电路模型、电流、电压及其参考方向的概念，理解电位及其参考点的概念，会计算电路中各点的电位。2、了解实际电压源与电流源及其等效变换，理解等效概念。3、理解电能及电功率概念、电路的三种状态和电器设备的额定值。4、熟练掌握基尔霍夫定律。5、能运用基尔霍夫定律、叠加定理进行直流线性电阻电路的一般分析与计算。,第一章直流电路,1.1电路的基本结构,1.1.1电路组成,电路是电流的流通路径,它是由电源、负载、导线和控制装置四部分组成。,1、电路的组成,负载:吸收电能的装置,电源:提供电能的装置,控制装置导线和开关,导线,1）作用：电源：提供电能负载：用电设备导线：连接电源和负载控制装置：接通、断开和保护电路2）电路图:实物图和电路图之分。,2、汽车电路的接线方式：双线制和单线制双线制式：电源、用电设备用两根导线构成回路。（家庭）单线制式：电源和用电设备之间通常只用一根导线连接，另一根导线由发动机、车架等金属机体代替而构成回路。（汽车）3、搭铁：正极搭铁负极搭铁：干扰小，汽车常采用。,汽车电路举例：后窗除霜装置,1作用在较冷的季节，车窗玻璃上会凝结上一层霜、雾、雪或冰，从而影响驾驶员的视线。为了避免水蒸气凝结，设置了除霜（雾）装置，需要时可以对风窗玻璃加热。,2组成和原理1蓄电池；2点火开关；3熔丝；4除霜器开关及指示灯；5-除霜器（电热丝）。,简化电路,后窗除霜电路,1蓄电池；2点火开关；3熔丝；4除霜器开关及指示灯；5-除霜器（电热丝）。,小结：1）汽车电路的两个电源是？2）汽车起动机将（）能转为（）能，去完成对发动机的起动。而点火装置是将（）能转为（）能，去点燃气缸内的可燃混合气。,1.2电路的基本物理量,1.电路基本物理量：电流、电压、电位、电动势、电功和电功率,1）电流,电流的实际方向为正电荷的运动方向。电路中,电流从正极流出,负极入.,用符号I表示,标准单位：A。即,当电流的量值和方向都不随时间变化时,称为直流电流,简称直流。（电池、蓄电池）,2）电流表：测量电流的大小。问：电流表和电压表是如何接入电路中？,1、单位：都是伏V2、电位：用字母V表示；选一参考点（零电位点），电路中各点的数值。电压：用字母U表示；指两个点之间的电位差，与参考点无关。3、电压方向：高电位到低电位,3）电位和电压,4）电动势：用字母E表示。单位都是伏。只能对于电源来说。5）电功：用字母W，单位：焦或千瓦时1千瓦时=1度6）电功率：用字母P,单位：瓦W=P*t,1）汽油发动机起动时，蓄电池需向发动机提供（）A的电流，柴油发动机起动时，蓄电池又需向发动机提供（）A的电流。,1.在汽车电路中常以()作为参考点.A.方向盘B.轮胎C.车架D.座椅2.参考点的电位为()伏.A.0B.1C.2D.33.张三同学有一台25寸的彩电，它的额定功率为200W，若他每天开电视5小时，每度电的电费为0.64元，那他一个月（30天）需要多少电费？P5页电流热效应,习题:,1.3欧姆定律,一、复习：比较电位、电压、电动势的异同。,一、部分电路欧姆定律（不含电源）公式：,二、全电路欧姆定律（含电源）公式：,U：负载两端电压R：电阻I：流过负载的电流,E：电源电动势R+R0：电路的总电阻R0:电源内阻I：总电流,三、例题一白炽灯上标注着220V,100W.该灯的额定工作电流为多大?其发光时的热态电阻是多少?若将它接在110V的电源上,消耗的电功率是多少?,P7页汽车蓄电池的使用,1.4导体电阻及电阻元件,1.4.1导体电阻R1.电阻的作用:限制电流,降压分压作用.2.电阻的大小:与导体的材料、长度和截面积有关,但与电流电压无关(电阻率越大、导体长度越大、横截面积越小则电阻越大；反之越小。)3.电路中导线均由铜或铝制造.,1.4.2电阻元件1、常用电阻器：可以分为固定电阻器和可变电阻器2、汽车不少传感器是利用电位器的原理制成。如：冷却水温传感器利用热敏电阻3、电阻还可以分为：线性电阻和非线性电阻线性电阻：恒定阻值非线性电阻：阻值变（半导体二极管内阻、半导体热敏电阻等）4、电阻实物展示,一.电路的状态有:开路(断路),短路,有载,1.5电路的状态,1.开路(断路),1)分类:控制开路(人为)和故障开路(意外)2)特征:,3)寻找故障的方法P9页A.试灯法:灯一端接电源负极,另一端接触接线点a,b,c,d,亮：所接触的点与电源正极无断路不亮：所接触的点与前一接线点间有断路,B、电压表检测法：电压表黑表笔接电源负极，（直流电压档）红表笔分别接触接线点a,b,c,d,试灯,指针,摆动：所接触的点与电源正极无断路不摆动：所接触的点与前一接线点间有断路,2、短路,1）分类：负载短路电源短路：电源两端被电阻接近于零导体接通2）原因：导线绝缘损坏、老化（常见）误接线误操作3）电源短路的特征：短路电流（很大）电源端电压U=0,4）防止短路：接入熔断器FU熔点低易熔断保护电路5）故障诊断维修：短接法：在电源、熔断器、搭铁线都无故障的情况下才能用例P10页,3、有载,1）有载：即是电路正常工作。电源与负载接通，有电流流过。正常工作有全电路欧姆定律：,2）讨论：电路处于有载状态时，电源电压一定，输出的电流大小取决于外电路负载的大小。并联用电器越多时，则总电阻和总电流如何变化？,越小,越大,P11页,3）总结：负载增大：即当用电器多时，总电阻越小，则电流越大，功率越大负载减少：即当用电器少时，总电阻越大，则电流越小，功率越小,短路、断路汽车电气设备线路常见故障,1开路（断路）故障（右图）2短路（短接）故障（下图）3接触不良（接触电阻过大）故障,1.6简单电路（串、并、混联）,1.6.1电阻的串联电路,一、串联特点:1)电流处处相等,（两电阻串联时的分压公式）：,R=R1+R2,3)总电阻等于各电阻之和；,2)总电压等于各电压之和；,二、电压分配,1）U1及U2都小于U2）有分压作用（阻值越大，分得的电压越高）3）串联电路中，总功率=各功率之和,三、串联电路的应用：降压控制电流（串的电阻越大越多，电流则越小）改变输出电压（传感器）,四、例题:P13页例1.5,1.6.2电阻的并联,两电阻并联时的分流公式：,(3)总电阻的倒数等于各电阻倒数之和；,(4)并联电阻上电流的大小与电阻成反比。,特点:(1)支路电压处处相等,(2)总电流=各支路电流之各和,应用：分流、调节电流等。,思考:串联电路中,串的电阻越大,则分得到的电压()?并联电路中,并的电阻越大,则分得到的电流()?例题:P15页例1.6,1.7基尔霍夫定律,一、概念：支路：电路中通过同一电流的每一个分支。,节点：三条或三条以上支路的连接点。(a,b),回路：闭合路径。,电流定律KCL电压定律KVL,例1：,支路：ab、bc、ca、（共6条）,回路：abda、abca、adbca（共7个）,结点：a、b、c、d(共4个）,1.4.1基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即:入=出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。,对节点a：,I1+I2=I3,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,2推广,I=?,例:,I=0,IA+IB+IC=0,广义结点,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.4.2基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,即：U=0,对回路1：,对回路2：,I1R1+I3R3U1=0,I2R2+I3R3U2=0,1列方程前标注回路绕行方向（顺时针）；,U=0I2R2U2+UBE=0,2应用U=0列方程时，等号右边写0，左边要注意电压的符号：对于电源：从正极到负极取+号，反之取-号。对于电阻：电流方向与绕行方向相同取+号，反之取-号,3.开口电压可按回路处理,注意：,对回路1：,例题：P18页例1.9,1.5.3电路中电位的概念及计算,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。通常设参考点的电位为零。,1.电位的概念,电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,2.举例,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。,解：设a为参考点，即Va=0V,Vb=Uba=106=60VVc=Uca=420=80VVd=Uda=65=30V,设b为参考点，即Vb=0V,Va=Uab=106=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90V,b,a,Uab=106=60VUcb=U1=140VUdb=U2=90V,Uab=106=60VUcb=U1=140VUdb=U2=90V,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；,(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,例1:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA,解:(1)当开关S断开时,(2)当开关闭合时,电路如图（b）,电流I2=0电位VA=0V,电流I1=I2=0，电位VA=6V。,电流在闭合路径中流通,例：,对网孔abda：,对网孔acba：,对网孔bcdb：,R6,I6R6I3R3+I1R1=0,I2R2I4R4I6R6=0,I4R4+I3R3U=0,对回路adbca，沿逆时针方向循行：,I1R1+I3R3+I4R4I2R2=0,应用U=0列方程,对回路cadc，沿逆时针方向循行：,I2R2I1R1+U=0,一、特点:1)电流处处相等,（两电阻串联时的分压公式）：,R=R1+R2,3)总电阻等于各电阻之和；,2)总电压等于各电压之和；,二、电压分配,1）U1及U2都小于U2）有分压作用（阻值越大，分得的电压越高）3）串联电路中，总功率=各功率之和,解:对图(a)有,U=IR,例:应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有,U=IR,电流的参考方向与实际方向相反,电压与电流参考方向相反,2、电阻的串、并联,1）电阻的串联,特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；,两电阻串联时的分压公式：,R=R1+R2,3)等效电阻等于各电阻之和；,4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。,2)各电阻中通过同一电流；,应用：降压、限流、调节电压等。,电气设备的额定值,额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值,例：一只220V,60W的白炽灯,接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?,注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。,解:通过电灯的电流为,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)：IPN(设备易损坏),额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠),在220V电压下工作时的电阻,一个月用电,W=Pt=60W(330)h=0.06kW90h=5.4kW.h,1.3电压源与电流源及其等效变换,1.3.1电压源,电压源模型,由上图电路可得:U=USIR0,若R0=0,理想电压源:UUS,U0=US,电压源的外特性,电压源是由电源电压US和内阻R0串联的电源的电路模型。,若R0RL，IIS，可近似认为是理想电流源。,电流源,理想电流源（恒流源),例1：,(2)输出电流是一定值，恒等于电流IS；,(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。,特点:,(1)内阻R0=；,设IS=10A，接上RL后，恒流源对外输出电流。,当RL=1时，I=10A，U=10V当RL=10时，I=10A，U=100V,外特性曲线,I,U,IS,O,电流恒定，电压随负载变化。,1.3.3电压源与电流源的等效变换,由图a：U=USIR0,由图b：U=ISR0IR0,US,等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。,理想电压源与理想电流源之间无等效关系。,电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不等效的。,注意事项：,例：当RL=时，电压源的内阻R0中不损耗功率，而电流源的内阻R0中则损耗功率。,任何一个电源电压US和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路。,例1:,求下列各电路的等效电源,解:,例2:,试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。,解:,由图(d)可得,支路电流法以每个支路的电流为求解的未知量,1.5电路的一般分析,支路电流法,叠加定理,1.5.1支路电流法,支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。,对上图电路支路数：b=3结点数：n=2,回路数=3单孔回路（网孔）=2,若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程,1.在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出回路循行方向。,2.应用KCL对结点列出(n1)个独立的结点电流方程。,3.应用KVL对回路列出b(n1)个独立的回路电压方程（通常可取网孔列出）。,4.联立求解b个方程，求出各支路电流。,对结点a：,例1：,I1+I2I3=0,对网孔1：,对网孔2：,I1R1+I3R3=U1,I2R2+I3R3=U2,支路电流法的解题步骤:,支路数b=4，但恒流源支路的电流已知，则未知电流只有3个，能否只列3个方程？,例2：试求各支路电流。,1,2,支路中含有恒流源。,可以。,注意：(1)当支路中含有恒流源时，若在列KVL方程时，所选回路中不包含恒流源支路，这时，电路中有几条支路含有恒流源，则可少列几个KVL方程。,(2)若所选回路中包含恒流源支路，则因恒流源两端的电压未知，所以，有一个恒流源就出现一个未知电压，因此，在此种情况下不可少列KVL方程。,(1)应用KCL列结点电流方程,支路数b=4，但恒流源支路的电流已知，则未知电流只有3个，所以可只列3个方程。,(2)应用KVL列回路电压方程,(3)联立解得：I1=2A，I2=3A，I3=6A,例3：试求各支路电流。,对结点a：I1+I2I3=7,对回路1：12I16I2=42,对回路2：6I2+3I3=0,当不需求a、c和b、d间的电流时，(a、c)(b、d)可分别看成一个结点。,支路中含有恒流源。,1,2,因所选回路不包含恒流源支路，所以，3个网孔列2个KVL方程即可。,(1)应用KCL列结点电流方程,支路数b=4，且恒流源支路的电流已知。,(2)应用KVL列回路电压方程,(3)联立解得：I1=2A，I2=3A，I3=6A,例3：试求各支路电流。,对结点a：I1+I2I3=7,对回路1：12I16I2=42,对回路2：6I2+UX=0,1,2,因所选回路中包含恒流源支路，而恒流源两端的电压未知，所以有3个网孔则要列3个KVL方程。,3,+UX,对回路3：UX+3I3=0,解得I1=10A,