汽车电工与电子技术教学课件

1、 1.1.1 电路电路 电路是电流的流通路径, 它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。干电池开关小灯泡(a)S(b)RiRUs1、 电路的组成电路的组成负载负载: 吸收吸收电能的装置电能的装置电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置传输控制器件传输控制器件导线和开关导线和开关放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压

2、降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线直流电源直流电源: 提供能源提供能源负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等3、电路元件与电路模型、电路元件与电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路, 一般要将实际电一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。路相对应的电路

3、模型。 手电筒由电池、灯泡、手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。开关和筒体组成。 理想电路元件主要理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。+R0R开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线 电池电池是电源元件，其是电源元件，其参数为电源电压参数为电源电压US 和内和内阻阻Ro； 灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R； 筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。 开关开关用来

4、控制电路的通用来控制电路的通断。断。+R0R开关开关USI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线汽车电路举例： 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）。 dtdqi tQI 电流的实际方向为正电荷的运动方向。 带电粒子（电子、离子等）的定向运动, 称为电流。用符号i表示, 即当电流的量值

5、和方向都不随时间变化时, 称为直流电流, 简称直流。 直流电流常用英文大写字母I表示。 电荷在电路中运动，必定受到力的作用，也就是电场力对电荷做了功，或者说带电粒子在电场中运动必然要做功。电场力做功的能力用电压来度量，电压的方向规定为由高电位点指向低电位点，并定义为：单位正电荷在电场力作用下，由a点运动到b点电场力所做的功，称为电路中a点到b点间的电压，即 dqdwuabab 电荷的运动EU+内电路外电路+Iab+电源在直流时，上式可写成 ：QWUabab2）电压）电压物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向 电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向

6、) )高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA 、A、mA、AkV 、V、mV、V电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：I 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_+R0U3V注意：注意： 在参考方向选定后在参考方向选定后,电流电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。 实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。I = 0.28

7、A I = 0.28A 电源电压电源电压为为US =3VU+R0US3VU +例例: 电路如图所示。电路如图所示。 电流电流I的参考方向的参考方向与实际方向相同，与实际方向相同，I=0.28A, 反之亦然。反之亦然。 电压电压U 的参考方向与实际的参考方向与实际方向相反方向相反, U = 2.8V;即即: U = U 电压电压U的参考方向与实际的参考方向与实际方向相同方向相同, U = 2.8V2.8V 2.8V元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参考方向。iu电流和电压的关联参考方向6） 电位电位 在电路中任选一点, 叫做参考点, 则某点的电位就是由该点到参考点0的电压。 如

8、果已知a、 b两点的电位各为Va, Vb, 则此两点间的电压0aaUV bababaabVVUUUUU0000即两点间的电压等于这两点的电位的差, 1.1.3 电功率和电能电功率和电能传递转换电能的速率叫电功率, 简称功率,用p或P表示。iupdtdqdqdwdtdwpdqdwudtdqi,1、电功率 在直流情况下功率的单位为瓦特, 简称瓦, 符号为W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。UIP ttpdtW0从t0到t时间内, 电路吸收（消耗）的电能为2、电能 直流时， 有)(0ttPW 电能的SI主单位是焦耳, 符号为J, 在实际生活中还采用千瓦小时（kWh）作为电能的单位

9、,简称为1度电。JhkW63106 . 33600101 所有元件接受的功率的总和为零。这个结论叫做“电路的功率平衡”。 U、I 参考方向不同，参考方向不同，P = UI 0，电源电源； P = UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P =UI 0，负载负载； P = UI 0，电源电源。 电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出， （发出功率）（发出功率）； 负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）。例例 示为直流电路, U1=4V, U2=-8V

10、, U3=6V, I=4A, 求各元件接受或发出的功率P1、 P2和P3, 并求整个电路的功率P。 解解 P1的电压参考方向与电流参考方向相关联, 故P1=U1I=44=16W (接受16W)P2和P3的电压参考方向与电流参考方向非关联, 故P2=U2I=(-8)4=-32W (接受32W)P3=U3I=64=24W (发出24W)整个电路的功率P, 设接受功率为正, 发出功率为负, 故P=16+32-24=24WU1IU2U3P1P2P3图 1.5 例1.1图描述消耗电能的性质描述消耗电能的性质iRu 根据欧姆定律根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系即电阻元件上的电压与通过

11、的电流成线性关系SlR 金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关导电性能有关，表达式为：表达式为：Riu+_1.2电路的三种状态电路的三种状态 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性常数常数即：即： IUR 欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时参考方向相同时RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：(1) 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系

12、确定； (2) U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向值本身的正负则说明实际方向与参考方向 之间的关系。之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R 解解: 对图对图(a)有有, U = IR 例例: 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所所以以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A电流的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反电压与电流参电压与电流参考方向相反考方向相反URRRU2111 URRRU2122 IR

13、RRI2121 IRRRI2112 21111 RRR 1.2电路的三种状态电路的三种状态0SUIRR负载端电压负载端电压U = IR 1） 电压电流关系电压电流关系电路的三种状态电路的三种状态(1) 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。 2、 在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U = US IR0电源的外特性电源的外特性USUI0R0USR+I 额定值额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值 1. 额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性； 2. 额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。 例：例

14、：一只一只220V, 60W的白炽灯的白炽灯, 接在接在220V的电源的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作电压下工作时的电阻。如果每晚工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时小时)，问一个月消耗，问一个月消耗多少电能多少电能? 注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其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。额定值，要能够加以区别。A0.273A22060 UPI解解: 通过电灯的电流为通过电灯的电流为： I IN ，P IN ，P PN 额定工作状态：额定工作状态： I = IN ，P = PN 在在220V电压下工作时的

15、电阻电压下工作时的电阻 0680.273220IUR一个月用电一个月用电W = Pt = 60W (3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h特征特征: 开关开关 断开断开I = 0电源端电压电源端电压 ( 开路电压开路电压 )负载功率负载功率U = U0 = U S P = 0(1) 开路处的电流等于零；开路处的电流等于零； I = 0(2) 开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征: :I+U有有源源电电路路IRoR U SU0 电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SRUIISU = 0 P

16、 = 0(1)短路处的电压等于零；短路处的电压等于零； U = 0(2) )短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。I+U有有源源电电路路IRRo U S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 OSREI 电压源电压源0SRUII 电流源电流源设设 IS = 10 A，接上，接上RL 后，恒流源对外输出电流。后，恒流源对外输出电流。RL IUISOIISU+_0SREI 注意事项：注意事项：解解:+abU2 5V(a)+ +abU5V(c)+ a+-2V5VU+-b2 (c)+ (b)a

17、U 5A2 3 b+ (a)a+5V3 2 U+ a5AbU3 (b)+ 94A1A1 32I 2A1A1A+5V4V+1V1、 支路电流法支路电流法1、为每条支路设定电流并标出参考方向、为每条支路设定电流并标出参考方向2、列结点电流方程（、列结点电流方程（n个结点列个结点列n-1-1个方程）个方程） 3、对单孔回路列电压方程、对单孔回路列电压方程( (内部不含任何支路的回路内部不含任何支路的回路) ) 4、联立求解、联立求解5、检验、检验对未用过的回路列回路电压方程对未用过的回路列回路电压方程支路电流法以每个支路的电流为求解的未知量支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。 一条支

18、路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I31 12 23 3ba E2R2 R3R1E1adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。点的电流。 实质实质: 或或: = 0对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0ba U2R2 R3R1U1I1I2I3I =?例例:I = 0IA + IB +

19、IC = 012 +_+_I6 1 1 5 3V12VIAIBICAIBCIABACBIC广义结点广义结点即：即： U = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2： U1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=U2或或 I1 R1 +I3 R3 U1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 U2 = 0 1 12 2I1I2I3ba U2R2 R3R1U11列方程前列方程前标注标注回路绕行方向；回路绕行方向； U

20、 = 0 I2R2 U2 + UBE = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 反之电压前面取“-”号。3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1 1对回路对回路1：U1UBEE+B+R1+U2R2I2_对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 U = 0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用应用 U = 0列方程列方程对回

21、路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + U = 0adbcU+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I1.5 电路的一般分析电路的一般分析支路电流法支路电流法叠加定理叠加定理 当不需求当不需求a、c和和b、d间的电流时，间的电流时，(a、c)( b、d)可分别看成一个结点。可分别看成一个结点。 支路数支路数b =4，且恒流，且恒流源支路的电流已知。源支路的电流已知。I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 例例3：试求各支路电流。试求各支路电流。对结点对结点 a： I1 + I2 I3 = 7对回路对回路1：12I1 6I2 = 42对回路对回路2：6I2 + UX = 0baI2I342V+I112 6 7A3 cd123+UX对回路对回路3：UX + 3I3 = 0117246 . 01171306 . 003221321IIIIIII解得I1=10A, I2=-5A, I3=5A。例例 4 所示电路中, Us1=130V、R1=1为直流发电机的模型, 电阻负载R3=24, Us2=117V、R2=0.6为蓄电池组的模型。 试求各支路电流和各元件的功率。解解 以支路电流为变量, 应用KCL、KVL列出方程式, 并将已知数据代入, 即得Us