汽车电工与电子技术 课件 项目1、2 直流电路、正旋交流电路

项目一直流电路1.1电路的基本概念与基本元件1.2电路的基本分析方法1.3技能训练本章小结主要内容能正确描述电路的基本概念以及电流、电压、电位和电功率等基本物理量。掌握电阻、电感、电容三个基本元件的特性及其在汽车电路中的应用。会用万用表测量直流电路中的电阻、电压及电流。能正确应用基尔霍夫定律分析电路。熟悉支路电流法、电源等效变换以及叠加定理，会分析计算较复杂的电路。学习目标电路：电流通过的路径。图1.1汽车照明电路简图1.1电路的基本概念与基本元件1.1.1电路的组成及作用电路组成电源负载中间环节图1.2倒车信号系统的工作电路电路作用：·输送和转换电能·传递和处理信息图1.3电路原理图（简称电路图）1.1.2电路的基本物理量1．电流及其参考方向（1）电流形成：电荷的定向移动。设在极短的时间dt内通过导体某截面的电荷量为dq,则电流强度为：在直流电路中：习惯上把正电荷的方向规定为电流的实际方向。分类直流电流（DC）：方向不变的电流。交流电流（AC）：方向变化的电流。特恒定电流：方向大小都不变的电流。特周期交流电流：周期性变化的电流。正弦交流电流：按正弦规律变化。直流电流（DC）：方向不变的电流。交流电流（AC）：方向变化的电流。特恒定电流：方向大小都不变的电流。选择：原则上可以任意选，但若已知实际方向，则选择参考方向尽量与实际方向一致。参考方向与实际方向的关系：同正异负。当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值；当电流的参考方向与实际方向相反时，电流为负值。（2）电流参考方向图1.4电流方向的判断2．电压及其参考方向（1）电压大小：单位正电荷q移动过程中能量的变化量。实际方向：规定为电场力的方向。选择：原则上可以任意选，实际上尽量与实际方向一致，或者与电流参考方向一致。参考方向与实际方向的关系：同正异负。当电压的参考方向与实际方向一致时，电压为正值；当电压的参考方向与实际方向相反时，电压为负值。（2）电压参考方向3．电动势大小：非电场力将单位正电荷从电源负极经电源内部移到电源正极所做的功。实际方向：由电源负极指向电源正极。4．电功和电功率电功率：P=UI电功（电能）：W=UIt5．电位电位：电路中某一点的电位就是该点到参考点的电压。参考点（零电位点）：分析电位前，被选作为参考的点。表示：图形符号为⊥。选择：连线多的点或接地、接机壳的点。结论：电位具有相对性，电压具有绝对性。电压的实际方向是由高电位指向低电位。

任意两点间的电压等于这两点电位的差。1.1.3

电路的工作状态有载状态开路状态1.1.3

电路的工作状态短路状态1.1.3

电路的工作状态汽车电路发生断路故障时，通常用试灯或万用表（直流电压挡）去寻找电路的断路点。

在汽车电路故障诊断维修工作中，为了快速寻找故障点，经常采用短路的方法，将某两接线柱短路。为了和事故性短路相区别，常把这种短路称为短接。1.1.4

基本元件1．电阻元件（1）电阻的相关概念大小：分类正温度系数电阻和负温度系数电阻线性电阻和非线性电阻（2）电阻串并联电路的应用2．电感元件（1）电感的相关概念大小：在直流稳态电路中，电感线圈相当于短路。

（2）电感元件在汽车电路的应用图1.14笛簧开关电流传感器3．电容元件（1）电容的相关概念大小：在直流稳态电路中，电容相当于开路。

（2）电容器的充电和放电图1.17电容器的充电图1.18电容器的放电（2）电容器的充电和放电电容器充放电过程的快慢由电阻R和电容C的乘积决定，RC越小，则充放电过程越快。经过5RC的时间，就可认为充放电过程结束。改变RC，就可改变充放电所需的时间。（3）电容元件在汽车电路中的应用电容器能吸收电路中的尖峰电压。电容器能迅速停止电路断开时的自感电流。电容器储存高压电荷后可根据需要释放。1.2电路的基本分析方法1．基本概念

支路：电路中流过同一电流的分支称为支路，流过支路的电流叫做支路电流。1.2.1基尔霍夫定律及其应用

节点：电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。

回路：电路中任一闭合路径都称为回路。

网孔：不含交叉支路的回路称为网孔。2．基尔霍夫电流定律（KCL）

内容：在任何时刻，通过电路中任一节点的电流的代数和等于零。

表达式：

推广：包围几个节点的闭合面。图1.21广义节点的应用2．基尔霍夫电流定律（KCL）3．基尔霍夫电压定律（KVL）

内容：在任一回路中，从任一点以顺时针或逆时针方向沿回路绕行一周，则所有支路或元件上电压的代数和等于零。

表达式：

另一种表述：沿任一回路绕行一周，电位升之和必等于电位降之和。

推广：回路的部分电路（广义回路），用于求回路的开路电压。图1.23广义回路的应用3．基尔霍夫电压定律（KVL）4．支路电流法支路电流法是以复杂电路中各支路电流作为未知量，根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律分别对节点和回路列出所需的方程组，从而求出各未知的支路电流。

标出各支路的电流方向和回路绕行方向。

用基尔霍夫电流定律列出节点电流方程式。

用基尔霍夫电压定律列出回路电压方程式。4．支路电流法解题步骤

代入已知数，解联立方程式求出各支路的电流，并根椐其正负确定各支路电流的实际方向。图1.24图1.241．电压源1.2.2电压源、电流源及其等效变换实际电源可以用E和Ro串联的电源模型来代替，即电压源来代替。理想电压源：内阻为零的电压源。是一种理想的情况，实际电源不可能如此。1．电压源2．电流源实际电源也可以用IS和Ro并联的电源模型来代替，即电流源来代替。理想电流源：内阻为无穷大的电流源。是一种理想的情况，实际电源不可能如此。2．电流源3．电压源与电流源的等效变换RLR0UR0UISI+–电流源IRLR0+–EU+–电压源等效变换条件:E=ISR0①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：②等效变换时，电流源的恒流的参考方向与电压源的电动势参考方向一致。③理想电压源与理想电流源之间无等效关系。④任何一个电动势E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：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。1.2.3叠加定理

内容：在线性电路中，如果有多个电源同时作用，那么任何一条支路的电流或电压，等于电路中各个电源单独作用时对该支路所产生的电流或电压的代数和。当某电源单独作用时，其他电源除去，称为“除源”，即对电压源来说，看成“短路”；对电流源来说，看成“开路”。①叠加定理只能叠加电路中的电流或电压，不能对能量和功率进行叠加。

注意事项：②不作用的电压源短接，不作用的电流源断开，电阻不动。③应用叠加定理时，要注意各电源单独作用时所得电路各处电流、电压的参考方向与原电路各电源共同作用时各处所对应的电流、电压的参考方向之间的关系，以便正确求出叠加结果（代数和）。1.3技能训练1.3.1直流电压和电位的测量1.3.2汽车温度传感器热敏电阻的检测1.3.3电容器的简易检测1.3.4基尔霍夫定律的验证1.3.5叠加定理的验证TheEnd!项目二

正弦交流电路理解正弦交流电三要素的概念，掌握正弦量的相量表示方法。掌握单一参数正弦交流电路电压与电流的关系及功率计算，了解电阻、电感和电容元件在交流电路和直流电路中的不同特性。掌握串联交流电路性质的判断方法，并会用相量图分析串联交流电路。了解感性负载提高功率因数的方法。了解三相电源的工作原理，掌握三相电源星形联接的特点。学习目标会用万用表的交流电压挡测量线电压、相电压的数值，能解决三相对称负载的星形、三角形联接问题，并会分析计算简单的三相电路。2.1单相交流电路2.1.1正弦交流电的基本概念1．正弦交流电的产生图2.2交流发电机的结构示意图电动势e随时间按正弦规律变化。2．正弦交流电的参考方向正弦交流电的方向只有正半周方向和负半周方向两种，习惯上把正半周的方向作为其参考方向。3．正弦交流电的三要素最大值、角频率和初相位为正弦量的三要素。

平常所说的交流电流、电压和电动势的大小，交流测量仪表的读数以及各种交流电气设备的铭牌所标注的额定值，均是指有效值。

（1）瞬时值、最大值和有效值（2）周期、频率和角频率周期：正弦量变化一周所用的时间。频率：每秒钟内变化的周期数。角频率：正弦量在每秒钟内变化的电角度。车速越高，输出轴转速也越高，感应电压频率也越高，电控单元根据该电压的频率就可以计算出汽车行驶的速度。（3）相位、初相和相位差相位：正弦交流电随时间变化的电角度。初相位：t=0时的相位。（3）相位、初相和相位差相位差：同频率正弦量之间的相位差等于它们的初相之差。4．正弦量的相量表示法正弦量的表示方法波形图三角函数表达式相量法4．正弦量的相量表示法令相量长度等于正弦量的最大值，相量初始位置与横轴正向的夹角等于初相角，同时令相量的旋转速度等于正弦量的角频率。

旋转相量法只适用于同频率的正弦交流电的加减。合成正弦量的最大值应等于各正弦量最大值的相量和。只需画出起始时各相量的位置就可以进行计算。旋转相量的加减运算相量的长度表示正弦交流电的有效值。相量与水平方向的夹角仍表示正弦交流电的初相，沿逆时针转动的角度为正，反之为负。在仅仅为了表示几个正弦交流电的相位关系时，既可以选横轴的正方向为参考方向，也可任意选一个相量作参考相量，并取消直角坐标轴。有效值相量的加减运算根据有效值相量图，求得合成相量的大小和初相位后，就可以写出对应的正弦交流电的瞬时值表达式。2.1.2

单一参数的正弦交流电路1．纯电阻电路（1）电压与电流的关系电压和电流的频率相同。电压和电流的的初相位相同，相位差为0。电流与电压的数值之间符合欧姆定律。（a）纯电阻电路（b）R上的电压、电流相量图（c）R上u、i、p的变化曲线纯电阻电路图2.12纯电阻电路电压、电流和功率1．纯电阻电路（2）电阻的功率电阻是耗能元件。有功功率：交流电的功率规定为一个周期内瞬时功率的平均值。一般交流电器上所标的功率，通常指的是有功功率。2．纯电感电路（1）电压与电流的关系电压与电流同频率。电压与电流的数值关系为：电压超前电流90°。电感具有“通直阻交”的作用。

（a）纯电感电路（b）L上的电压、电流相量图（c）L上u、i、p的变化曲线纯电感电路图2.13纯电感电路电压、电流和功率2．纯电感电路（2）电感的功率电感是储能元件。无功功率：交换功率的最大值。有功功率为零。3．纯电容电路（1）电压与电流的关系电流超前电压90°。电容具有“隔直通交”的作用。

电压与电流同频率。电压与电流的数值关系为：（a）纯电容电路（b）C上的电压、电流相量图（c）C上u、i、p的变化曲线纯电容电路图2.15纯电容电路电压、电流和功率3．纯电容电路（2）电容的功率电容是储能元件。无功功率：交换功率的最大值。有功功率为零。2.1.3RLC串联交流电路1．电压与电流的关系（1）频率关系电流与电压的频率相同。（2）相位关系

若XL>XC

,则

>0,表示电压u超前电流i一个

角，此时电感的作用大于电容的作用。感性电路

若XL<XC,则

>0,表示电压u

滞后电流i一个

角，此时电容的作用大于电感的作用。

若XL=XC,则

=0,表示电压u与电流i同相位,为串联谐振。容性电路阻性电路（3）大小关系2．RLC串联电路的功率（1）视在功率（2）有功功率（3）无功功率2．RLC串联电路的功率（4）功率因数当电源提供的视在功率一定时，功率因数越大，说明用电器的有功功率越大，电源的功率利用率就越高。2.1.4

功率因数的提高提高功率因数的方法很多，通常采用在电感性负载两端并联电容器的方法。减小输电线路的功率损失。能充分利用电源设备的容量。提高功率因素的意义：2.2三相交流电路2.2.1三相交流电的产生结构

定子转子三相

U相V相W相2.2.1三相交流电的产生2.2.2三相对称电动势的表示三相对称电动势：三个电动势的最大值相等、频率相同，而初相依次互差120°。1．三角函数式2.2.2三相对称电动势的表示2．波形图和相量图三相电动势最大值出现的次序称为相序。2.2.3

三相绕组的联接三相绕组通常采用星形接法。中性线或零线相线或端线或火线1．电源相电压各相绕组的首端与末端之间的电压