学习任务一 直流电路控制与检测讲解

学习任务一直流电路控制与检测《汽车电工电子技术》CONTENTS目录3串并联电路控制与分析1电路的基本组成和作用学习电路的特性参数检测2欧姆定律及基尔霍夫定律控制与分析4任务描述电流按其性质的不同，可分为直流电和交流电。汽车电路中蓄电池提供的是直流电，发电机产生的交流电经整流后得到的也是直流电。本任务从认识电路的特性参数开始，进一步引导同学们对电路各参数的测量及计算等做深入浅出的讲解及相关电路实训。学习目标知识目标12能力目标认知电路的基本组成和作用；测量电路的特性参数；连接串并联电路；用欧姆定律及基尔霍夫定律等分析直流电路。分析电流、电压、电阻的参数；学会用万用表测量电路中用电器的各个基本参数；会分析电路的串并联以及混联；能用欧姆定律及基尔霍夫定律等分析直流电路。123434规范课堂6S管理；养成团队协作的好作风；养成独立思考问题的好习惯；能与同学密切合作，规范、安全地完成学习活动。素质目标123401电路的基本组成和作用学习任务描述1电路的组成和作用是汽车电工基础课程的入门，掌握好汽车电路元件的符号、特点、基本物理量是为日后学习相关电工知识做好铺垫。本子任务主要通过实例讲解，以理论与实操相结合，学习电路的结构组成、工作状态、符号等。任务目标2建议学时：2学时。理解汽车电路的结构组成。1理解基本电路符号及工作状态。2掌握基本电路的连接方式。3电路的概述与电路的组成要素一直流电路就是用导线把电源、用电器(负载)、控制器件等连接起来组成的电流流通的路径。图1-1直流电路１.电源电源指供电的器件(提供电能的器件)，如干电池、蓄电池等。２.用电器(负载)用电器指利用电能工作的器件(消耗电能的器件)，如灯泡、电阻，电动机等。３.控制器件控制器件指控制电路通断和保护电路的器件，如开关、熔断器(熔断丝)等。４.导线导线用来连接电路，有传导电荷的作用，如铜线、铝线等。常见的电路符号二

一般在画电路时，电路中的元器件都是以电路符号来代替，而且电路符号都是有标准规定的。电路图中常见的电工标准电路符号如图1-2所示。图1-2几种常见的电工标准电路符号电路的状态三电路的工作状态有四种：通路、开路(断路)、短路、虚接(接触不良)，如图1-3所示。图1-3电路状态图电路的状态三电路的工作状态有四种：通路、开路(断路)、短路、虚接(接触不良)，如图1-3所示。图1-3电路状态图汽车电路组成与特点四一个完整的电路，必须有电源、负载、控制保护和导线。在汽车电路中，电流总是从电源正极经由负载，最后回到电源负极，图1-4所示为一个标准汽车电路的主要部件。图1-4标准汽车电路组件实物图汽车电路组成与特点四１.汽车整车电路的组成电源电路A起动电路B点火电路C照明与信号装置电路D仪表信息系统电路E辅助装置电路F电子控制系统电路C汽车电路组成与特点四１.汽车整车电路的组成01电源电路电源电路也称充电电路，是由蓄电池、发电机、调节器及充电指示装置等组成的电路，电能分配(配电)及电路保护器件也可归入这一电路。02起动电路起动电路是由起动机、起动继电器、起动开关及起动保护电路组成，也可将低温条件下起动预热的装置及其控制电路列入这一电路。03点火电路点火电路是汽油发动机汽车特有的电路，它由点火线圈、分电器、电子点火控制器、火花塞及点火开关组成，微机控制的电子点火控制系统一般列入发电机电子控制系统。04照明与信号装置电路照明与信号装置电路是由前照灯、雾灯、示廓灯、转向灯、制动灯、倒车灯、车内照明灯及有关控制继电器组成。汽车电路组成与特点四１.汽车整车电路的组成05仪表信息系统电路仪表信息系统电路是由仪表及其传感器、各种报警指示灯及控制器组成。06辅助装置电路辅助装置电路是由为提高车辆安全性、舒适性等而设置的各种电器装置组成，辅助电器装置的种类随车型不同而有所差异，汽车档次越高，辅助电器装置越完善，一般包括车窗玻璃刮水及清洗装置、车窗玻璃除霜(防雾)装置、空调装置、音响装置等。较高级车型上还装有车窗电动举升装置、电控门锁、电动座椅调节装置和电动遥控后视镜等。07电子控制系统电路电子控制系统电路主要由发电机控制系统(包括燃油喷射、点火、排放等控制)、自动变速器及恒速行驶控制系统、防抱死制动系统、安全气囊控制系统等组成。汽车电路组成与特点四汽车电路的特点是采用直流供电，单线制(负极搭铁)，双电源(蓄电池、发电机)；低压(12V、24Ｖ)，并联电路，开关可以控制电源正极也可以控制电源负极。其中，负极搭铁就是蓄电池的负极用金属导线与汽车发电机或汽车金属底盘直接连接。2.汽车电路的特点任务实施4任务实施１.组织方式(１)场地设施：每小组对应一套电器实验设施、一张实训工作台。(２)实训工具：万用表、线束、可调锂离子电池模块、负载积木板、开关熔断丝积木板。(３)学生组织：教师指导，按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务：真实、完整、有效。一、任务准备(１)遵守场地安全规定，注意用电安全。(２)插拔电气元件时一定要断电操作。(３)在接线、拆线时，严禁用力拉扯线束。

2.注意事项任务实施4任务实施二、操作步骤按照图1-5所示，接好实训电路；步骤一观察负载灯泡发光的状态。步骤二图1-5电路的状态任务小结5任务小结汽车整车电路通常由电源电路、起动电路、点火电路、照明与信号装置电路、仪表信息系统电路、辅助装置电路和电子控制系统电路组成。电路有通路、开路(断路)、短路、虚接(接触不良)几种状态。电路图中电器元件都是以电路符号来代替的，而且电路符号都是有标准规定的。电路是由电源、负载、控制器件等用导线连接起来组成的电流流通的路径。123402电路的特性参数检测任务描述1认识电路的组成后，还需要熟悉电路中的基本物理量，掌握电路的规律，才能对电路进行分析和计算。本子任务主要通过实例讲解，理论与实操相结合，学习电路中的基本物理量包括电流、电压、电阻、电动势、电能和电功率等。任务目标2建议学时：2学时。理解电路的电流、电压和电阻。1理解电流、电压、电阻符号、大小和单位。2掌握电流、电压、电阻的测量，理解电路的电能、电功率及计算。3电路的电流一图1-6水流与电流的产生电子在导线中流动，这种电子的流动就称为电流。电流是电荷(带电粒子)有规则的定向运动而形成的。电流的大小和单位二表征电流强弱的物理量称为电流强度，简称电流，用字母“Ｉ”表示。电流强度在国际上定义是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，数学表达式为Ｉ＝Ｑ/ｔ。在国际单位制中，电流的单位名称是安培，简称安，用符号Ａ表示，并规定每秒钟通过导线截面的电量为１库仑的电流为１安。电流的单位也可用千安(kＡ)、毫安(ｍＡ)、微安(μＡ)表示，它们之间的换算关系是：1kA＝1000Ａ

1A＝1000ｍＡ

1mA＝1000μＡ电流的方向规定三实际上，导体中的电流是由负电荷在导体中流动形成的，而我们习惯上规定正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向作为电流的方向。所以，导体中的电流不仅有大小量之分，而且具有方向性。大小和方向都不随时间而变化的电流为恒定直流，简称直流，如图1-7所示。

方向始终不变，大小随时间而变化的电流称为脉动直流电流，如图1-8所示。大小和方向均随时间变化的电流称为交流电流，通常其大小和方向随时间作周期性变化，简称交流。我国电力系统使用的正弦交流电如图1-9所示。图1-7恒定直流图1-8脉动直流电流图1-9交流电流电流的方向规定三在实际测量中，使用电流表或万用表电流挡串联入被测电路中，且要注意极性，严禁将电流表并联在被测电路两端。注意事项电流产生的条件四必须具有能够自由移动的电荷(金属中只有负电荷移动，电解液中为正负离子同时移动)。01导体两端存在电压差(要使闭合回路中得到持续电流，必须要有电源)。02电路必须为通路。03电流的效应五导体通电时会发热，把这种现象称为电流热效应，例如电阻通电后会发热。１.热效应电流的磁效应(通电会产生磁)：奥斯特发现，任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象，称为电流的磁效应。例如，继电器线圈通电后会产生磁吸力。２.磁效应电的化学效应主要是电流中的带电粒子(电子或离子)参与而使得物质发生了化学变化。例如蓄电池的充电过程。３.化学效应电路的电压与电动势六水位高度不同产生压力的不同，产生了势能，导致水的流动。电压也是一样，因为两点间存在电势差，导致了正的带电离子从高电势向低电势流动，从而形成电流。电流形成的根本原因是因为导体两端存在电势差。我们常见的干电池、锂电池和铅酸电池，两个接线端子都存在电压。图1-10水压与电压的产生电路的电压与电动势六电压是用来表示电场力移动电荷做功本领的物理量，在物理上定义为ａ、ｂ两点之间的电压Ｕab，在数值上就等于电场力将单位正电荷从ａ点移到ｂ点所做的功，数学表达式为Ｕab＝Ｗab/ｑ。电动势是用来表示电源移动电荷做功本领的物理量，用字母“Ｅ”表示。电源的电动势，在数值上等于电源把单位正电荷从负极ｂ(低电位)经由电源内部移到电源的正极ａ(高电位)所做的功。电压的单位和大小七在国际单位制中，电压和电动势的单位都是伏特(焦耳/库仑)，简称“伏”，用大写字母“Ｖ”表示。１伏特等于对每１库仑的电荷做了１焦耳的功，即１V＝１J/C，另外还有千伏(kＶ)、毫伏(ｍＶ)和微伏(μＶ)，它们的换算关系如下：1kV＝1000V

1V＝1000ｍV

1mV＝1000μV电压的方向规定八电压的实际方向规定为由高电位(“＋”极性)端指向低电位(“－”极性)端，即为电位降低的方向。电源电动势的实际方向规定为在电池内部由低电位(“－”极性)端指向高电位(“＋”极性)端，即为电位升高的方向。实际测量中，可以使用电压表或万用表电压挡直接并联在被测电路的两端，且要注意极性。注意事项在电路中选定一个参考点(即零电位点)，则电路中某一点与参考点之间的电压即是该点的电位，单位也是伏特。参考点(零电位)的选择：电力电路中常以大地作为参考点；电子电路中常以多条支路汇集的公共点或金属底板、机壳等作为参考点；汽车电路中常以车身金属作为参考点，连接的是蓄电池的负极，通常称作“搭铁”。电位九如图1-11所示，管路大小对水流有阻碍作用，同样，物质也能对电流产生阻碍作用，我们称其是该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。没有电阻或电阻很小的物质称其为电导体，简称导体，如金、银、铜、铁等。不能形成电流传输的物质称为电绝缘体，简称绝缘体，如玻璃、橡胶等。电阻的大小和单位十图1-11水流与电流的阻碍电阻分为线性电阻和非线性电阻两种，电阻值(Ｒ)只与导体本身的材料和几何尺寸有关，而不随电压(Ｖ)或电流(Ｉ)的变化而变化，电阻值是一个常量，具有这种特性的电阻元件称为线性电阻，它的电压和电流之间的关系，即伏安特性是一直线，电阻值随电压或电流的变化而变化的电阻元件称非线性电阻，图1-12所示为几种常见的电阻。电阻的种类十一图1-12几种常见电阻a）金属膜电阻b）贴片电阻c）水泥电阻一般碳膜和金属膜电阻的阻值标识都是用色环法表示的，即用不同颜色的色标来表示电阻参数，色环电阻有四个色环和五个色环的。色环电阻表示法十二为提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。一般数字万用表有６个电阻挡位:200Ω、2ｋΩ、20ｋΩ、200ｋΩ、2ｍΩ和20ｍΩ。若所选量程小于被测量电阻的阻值，则仪表最左边１位显示“１”，其余位不显示，此时应改用更大的量程进行测量。Rx为被测电阻：电阻的检测十三１.量程的选择Ｒｘ<２００Ω选择２００Ω挡位２００Ω<Ｒｘ<２ｋΩ选择２ｋΩ依次类推……测量前先将表笔短路，万用表调零，才能保证测量的精度。在实际检修时，如怀疑某电阻损坏失效，则不能直接在电路板上测量电阻值，因被测电阻两端存在其他电路的等效电阻。正确的方法是先将电阻拆下(或焊开一个头)，再选择合适的量程测量，如果所测电阻阻值为无穷大，则表明电阻内部已断路。电阻的检测十三２.测量方法提示：一般情况下，电阻的失效率比较低，电阻失效的主要原因为阻值变大或内部开路、温度特性变差、脱焊等。电功就是电流通过导体时所做的功，电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，它是一段导体中电压、电流和时间的乘积，数学表达式为Ｗ＝UIt，单位是焦耳(Ｊ)。电功的测量一般用电能表，图1-13所示为家用的电能表，也称电度表。电功率是表示电流做功快慢的物理量，即电流在单位时间内完成的功，数学表达式为P＝Ｗ/t＝UI，单位是瓦特(Ｗ)，简称“瓦”。比如说一灯泡标示“12Ｖ10Ｗ”，表示的是该灯泡工作在12Ｖ电压下消耗的功率为10Ｗ，功率常用的单位还有kＷ、ｍＷ，它们的换算单位是:电路的电功、电功率十四图1-13电能表1kW＝1000W

1W＝1000ｍW

任务实施4任务实施一、任务准备１.组织方式(１)场地设施：每小组对应一套实验设施、一张实训工作台。(２)实训工具：万用表、线束、锂离子电池一块，电流电压电路板、开关熔断丝板、负载积木板。(３)学生组织：教师指导，按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务：真实、完整、有效。(１)遵守场地安全规定，注意用电安全。(２)插拔电气元件时一定要断电操作。(３)正确使用万用表。(４)在接线、拆线时，严禁用力拉扯线束。

2.注意事项任务实施4任务实施二、操作步骤按照图1-14所示，接好实训电路；步骤一测量电流、电压、电阻和功率。步骤二图1-14电流、电压检测电路任务小结5任务小结01电流是电荷(带电粒子)有规则的定向运动而形成的，表征电流强弱的物理量称为电流强度，简称电流，用字母“Ｉ”表示，规定正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向作为电流的方向。02电压是用来表示电场力移动电荷做功本领的物理量。在物理上定义为ａ、ｂ两点之间的电压Uab，在数值上就等于电场力将单位正电荷从ａ点移到ｂ点所做的功，电压的实际方向规定为由高电位(“＋”极性)端指向低电位(“－”极性)端，即为电位降低的方向。03在电路中选定一个参考点(即零电位点)，则电路中某一点与参考点之间的电压即是该点的电位。04电阻是物质对电流的阻碍作用。05电功就是电流通过导体时所做的功，单位时间所做的功称为功率。03串并联电路控制与分析任务描述1在汽车电路中，很多电路都是采用串联、并联等连接方式，不同连接方式的电路特点都不一样。本子任务主要通过实例讲解，理论与实训相结合，学习电路的连接方式及计算方法等。任务目标21理解串、并联电路的特点。2掌握串、并联电路分析的基本方法。建议学时:２学时。3掌握串、并联电路的电压和电流计算方法。串联电路一串联电路是用电器首尾依次连接在电路中的形式，电路只有一条路径，任何一处断路都会出现电路故障，如图1-15所示。图1-15串联电路串联电路的规律二串联电路两端的总电压等于各用电器两端电压之和，即:１.串联电路电压规律２.串联电路电流规律串联电路中的电流处处相等，即:３.串联电路的特点(１)电流只有一条通路。(２)开关控制整个电路的通断。(３)各用电器之间相互影响。电阻的串联三在电路中有两个或更多个电阻一个一个地顺序相连，并且在这些电阻中流过同一电流，这种连接方法称为电阻的串联，如图1-16ａ)所示。串联的几个电阻可用一个等效电阻来替代，如图1-16ｂ)所示。图1-16电阻的串联及等效电阻电阻的串联三假设R1＝1000Ω，R2

=200Ω，Ｉ=0.1Ａ，等效电阻的阻值等于各个串联电阻之和，即：Ｒ＝R1＋R2＝300Ω根据欧姆定律：Ｕ＝IR，即:Ｕ＝IR＝0.1Ａ×300Ω＝30Ｖ由于这些串联电阻流过同一电流，所以每个电阻上的电压只取决于电阻本身的阻值，根据串联电路电流规律，串联电路中的电流处处相等，即:Ｉ＝Ｉ1＝Ｉ2所以:Ｕ１＝Ｉ１×Ｒ１＝０.１Ａ×100Ω＝10ＶＵ２＝Ｉ２×Ｒ２＝０.１Ａ×200Ω＝20Ｖ通过计算可以发现：Ｕ＝Ｕ１＋Ｕ２，符合串联电路规律。图1-16电阻的串联及等效电阻电阻的串联三提示：串联电阻具有分压作用，如需调节电路中的电流时，一般可在电路中串联一个变阻器来调节，改变电阻的大小，可得到不同的电压。并联电路四并联电路是使在构成并联的电路元件间电流有一条以上的相互独立通路，如1-17所示。图1-17并联电路并联电路的规律五１.并联电路的规律(１)并联电路中各支路的电压都相等ꎬ并且等于电源电压，即:U＝U1

＝U2＝…＝Un。(２)并联电路中的干路电流(或说总电流)等于各支路电流之和,即:I＝I１＋I２

＋…＋In。(３)并联电路中的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数和，若有ｎ个相同电阻并联，则总电阻为:(４)并联电路中的各支路电流之比等于各支路电阻的反比即:I１

∶I２

＝Ｒ２∶Ｒ１。(５)并联电路中各支路的功率之比等于各支路电阻的反比即:Ｐ１∶Ｐ２＝Ｒ２∶Ｒ１。并联电路的规律五２.并联电路的特点(１)电路有若干条通路。(２)干路开关控制所有的用电器，支路开关控制所在支路的用电器。(３)各用电器相互无影响。电阻的并联六在电路中有两个或多个电阻连接在两个公共的节点之间，承受同一个端电压，这些电阻的连接关系称为并联，如图1-18a)所示。两个并联电阻可用一个等效电阻来代替，如图1-18ｂ)所示。图1-18电阻的并联及等效电阻电阻的并联六设Ｒ１＝200Ω，Ｒ２＝200Ω，Ｕ＝40Ｖ，等效电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数和，即:所以:Ｒ＝100Ω根据欧姆定律:即:根据并联电路电压规律，并联电路中各支路的电压都相等，并且等于电源电压，即:Ｕ＝Ｕ1＝Ｕ2，所以:通过计算可以发现：I＝I1＋I2，符合并联电路规律。电阻的并联六提示：(１)因为并联电阻承受同一端电压，所以流过某个电阻的电流与电阻成反比，由此可知并联电路中并联电阻越多，总电阻越小。(２)并联电路的总电阻小于最小的电阻，如果电阻值不同，流过每条支路的电流也就不同，每条支路的电流之和等于电路的总电流。(３)电路中并联变阻器可以起到分流或调节电流的作用，汽车蓄电池并联时，是把正极与正极相连，负极与负极相连，不论并联的个数是多少，电压均保持不变，但容量增加，是各蓄电池容量之和。任务实施4任务实施一、任务准备１.组织方式(１)场地设施：每小组对应一套实验设施、一张实训工作台。(２)实训工具：串、并联电路特性板、线束、锂离子电池一块，电流电压积木板。(３)学生组织：教师指导，按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务：真实、完整、有效。(１)遵守场地安全规定，注意用电安全。(２)插拔电气元件时一定要断电操作。(３)正确使用万用表。(４)在接线、拆线时，严禁用力拉扯线束。

2.注意事项任务实施4任务实施（任务测评表见教材）二、操作步骤按照图1-19所示串联电路，接好实训电路；步骤一测量电流、电压、电阻和功率。步骤二按照图1-21所示并联电路，接好实训电路；步骤三测量并联电流、电压值。步骤四任务小结5任务小结01串联电路是用电器首尾依次连接在电路中的形式。02并联电路是使在构成并联的电路元件间电流有一条以上的相互独立通路。03串联电路中串联电阻越多，总电阻越大。04并联电路中并联电阻越多，总电阻越小。04欧姆定律及基尔霍夫定律控制与分析任务描述1在汽车电路中很多都是采用电路的串联、并联等连接方式来控制的。本子任务主要通过实例讲解，理论与实训相结合，学习电路的连接方式及欧姆定律、基尔霍夫定律计算方法，从而更深入地理解汽车电路。任务目标21理解欧姆定律、基尔霍夫定律的特点。2掌握基尔霍夫定律分析的基本方法。建议学时:4学时。3学会运用基尔霍夫定律求解电路。欧姆定律一欧姆定律：在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比，即:变形公式：公式中物理量的单位Ｉ(电流)的单位是安培(Ａ)，Ｕ(电压)的单位是伏特(Ｖ)，Ｒ(电阻)的单位是欧姆(Ω)。注意事项欧姆定律一欧姆定律成立时，以导体两端电压为横坐标，导体中的电流Ｉ为纵坐标，所做出的曲线，称为伏安特性曲线。这是一条通过坐标原点的直线，它的斜率为电阻的倒数，具有这种性质的电器元件称为线性元件，其电阻称为线性电阻或欧姆电阻。欧姆定律不成立时，伏安特性曲线不是过原点的直线，而是不同形状的曲线，把具有这种性质的电器元件称为非线性元件。欧姆定律只适用于纯电阻电路，金属导电和电解液导电，在气体导电和半导体元件等中欧姆定律将不适用。基尔霍夫定律二由上述有载工作的情况引入：元件一是受自身伏安关系的约束，二是受连接方式的约束，我们把这种约束关系称为基尔霍夫定律。１.基尔霍夫定律２.基本概念1支路电路中的每一分支。由三条或三条以上的支路相连接的点。2节点由一条或多条支路所组成的闭合路径。3回路4网孔不含交叉支路的回路。基尔霍夫定律二(１)表述：它描述了连接在同一节点上，各支路电流之间的约束关系，反映了电流的连续性，可缩写为KVL，即在任一瞬间，流入某一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，其数学关系式为:(２)例：电路如图1-21所示，列出电流方程。对节点ａ:I1＋I2＝I3或I1＋I2-I3＝０(３)结论：电流定律可由一个节点引申到闭合面或闭合体。３.电流定律(以多分支水流来说明)图1-21电路图基尔霍夫定律二(１)表述：它是用来确定一个回路内各部分电压之间关系的定律。可叙述为：在任一瞬时，沿任一闭全回路绕行一周，回路中各支路(或各元件)电压的代数和等于零，缩写为ＫＶＬ，其数学表达式为:(２)例：电路如图1-22所示，列出电压方程。对回路１:Ｉ1R1＋Ｉ3R3－E1＝０对回路２:Ｉ2R2＋Ｉ3R3－E2＝０(３)结论：反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。４.电压定律图1-22电路图基尔霍夫定律二(１)定义：支路电流法即应用基尔霍夫定律对节点和回路列方程组，解出各支路电流的方法，下面以图1-23所示电路为例，来说明支路电流法的具体应用。(２)支路电