电学基础知识课件讲解

汽车电工电子与电力电子2021张程01考核方式态度纪律：根据考勤、课堂回答问题情况，由教师和学生干部评定纪律得分章节作业：根据作业完成情况，由教师评定得分期末考核20%10%50%实训部分出勤，操作表现，实操考试20%目录『CONTENT』▷项目1

电学基础知识▷项目2汽车电工常用工具及安全用电▷项目3整流滤波电路▷项目4高压电基础知识▷项目5电力电子器件▷项目6直流/交流变换原理项目1电学基础知识任务1常用电学参数概念一、相关知识能够区分串联电路和并联电路，并在新能源汽车上运用。电路概述电路是由电器元件按一定方式连接起来的整体，它是电流所通过的路径。电路一般由电源、负载以及中间环节等部分组成。电路中供给电能的设备或器件称为负载，中间环节如开关、导线等在电路中起到传输、分配和控制电能或电信号的作用。电路模型

反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。用电设备或元器件在工作时表现出的电磁现象可以用下面三个理想负载元件及其组合来反映。

电阻元件—替代主要是消耗电能并转换成其他形式能量的实际元件，用字母R表示，简称电阻。电感元件—替代主要是存储磁场能量的实际元件，用字母L表示，简称电感。

电容元件—替代主要是存储电场能量的实际元件，用字母C表示，简称电容。理想元件电阻（R）、电感（L）、电容（C）、电压源（US）、电流源（IS）的图形符号如图1-2所示。理想元件图形符号汽车电路的单线在汽车上,为了节省导线和便于安装、维修,电源和用电器之间通常只用一根导线连接,另一根导线则由车体的金属部分代替而构成回路。这种连接方式称为单线制。采用单线制时,汽车电源(是蓄电池)的一端接到车体上,称为搭铁,用符号⊥表示。按电源搭铁的极性可分为正接地和负接地。由于负极搭铁时对无线电干扰较小,对车架或车身化学腐蚀较轻,所以世界各国的汽车多采用负极搭铁,如图所示。8二、电路的组成双线制例：第一节电源和负载9二、电路的组成双线制例：第一节电源和负载电路的开路与短路

1.通路通路是指电源与负载构成了闭合回路,电流从电源出发,经过负载后回到电源的状态。通路状态根据负载大小可分为以下三种情况:(1)轻载:负载低于额定功率下的工作状态。

(2)满载:负载在额定功率下的工作状态。

(3)过载:负载在高于额定功率下的工作状态,又叫超载。2.断路(开路)

断路又称开路,是指电源与负载没有接成闭合通路,电路中没有电流的状态。断路可以分为控制性断路和故障性断路。3.短路短路是指电流从电源出发,不经负载而经导体直接回到电源的状态。电路的开路状态电路的短路状态

当开关断开时，电路电流为零，这称为空载，也称为开路，电源端电压称为开路电压，等于电源的电动势，负载电压为零。I=0U1=E；U2=0PE=P2=0电路空载特征：当电路两端的导线由于某种事故而直接相连，这时电源输出电流不经过负载，只经过导线直接流回电源，这称为短路状态。电路短路特征：Is=E/R0U2=0PE=I2sR0=E2/R0P2=0能够区分串联电路和并联电路，并在新能源汽车上运用。1.原子、电子和电荷载体通常，物质由不同的元素构成。元素的最小组成部分是原子。原子也是可分割的，它由中子、质子和电子组成。右图所示的原子模型，即玻尔原子模型。它表示了电子、质子和中子之间的关系。玻尔原子模型电路的基本物理量电子在围绕原子核的几个圆形或椭圆形轨道上移动。一种物质最多有7条这样的轨道。由内向外用数字1～7或大写英文字母K～Q表示。每条轨道上始终只有特定数量的电子在移动。电子多于质子或质子多于电子时，将原子称为离子。阳离子：原子的质子多于电子。阴离子：原子的电子多于质子。至少包括两个原子的新连接称为分子。阳离子阴离子原子吸收能量（例如热、光和化学能）后，价电子从原子外侧壳体上脱离，形成所谓的自由电子。自由电子从一个原子移动到另一个原子时称为电子流动或电流。电子流动包括很多自由电子。自由电子的这种移动是不定向的，即没有任何优先移动方向。电流：电荷载体（例如物质或真空中的自由电子或离子）的定向移动。电路组成：电源（能持续提供电能的装置叫电源，例如电池和发电机）、用电器（例如白炽灯泡）和导线。2.电流电路闭合时，所施加的电压使导体和用电器的所有自由电子同时朝一个方向移动，如上图所示。单位时间内流动的电子（电荷载体）数量就是电流强度，俗称电流。符号：电流强度的符号是I。电流的大小：单位时间内通过导体横截面的电荷量。计量单位：电流强度I的计量单位是安培（A）。kA、mA、μA直流电流：在最简单的情况下，电流流动不随时间而改变，这种电流称为直流电流（DC）将电路内部的电流方向规定为从正极流向负极，即正电荷的运动方向。在一个闭合电路内，负极排斥自由电荷载体（电子），正极吸引自由电荷载体（电子），因此产生一个从负极流向正极的电子流。该电流方向为物理电流方向，又称为电子移动方向。两种电流方向，如右图所示。交流电流（AC）：以周期方式改变极性（方向）和电流值（强度）的电流。该定义也适用于交流电压。交流电流的特点：其电流方向呈周期性变化，如下图所示。电流变化频率：（通常也称电源频率）表示每秒内电流朝相同方向流动的次数。t—交流电变化周期i—瞬时电流ieff—有效电流iss—电流强度幅值ispos—正向最大电流isneg—反向最大电流3.电压电压电源始终具有带有不同电荷的两极，一侧是缺少电子的正极，另一侧是电子过剩的负极。在负极与正极之间有一种电子补偿趋势，即两极连接起来时，电子由负极流向正极，这种电子补偿趋势称作电压。可按以下方式描述电压：电压是施加在自由电子上的压力或作用力。电压是产生电流的原因。两点或两极之间产生电荷差时就会形成电压（压力）。电压的大小：单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。符号：电压的符号是U。计量单位：电压U的计量单位是伏特（V），kV、mV、μV。实际方向：电位真正降低的方向。参考方向：任意假定的方向变动电压：电压的大小及方向随时间变化。交流电压：对电路分析来说，一种最为重要的变动电压是正弦交流电压，简称交流电压。交流电压的特点：大小及方向均随时间按正弦规律周期性变化。交流电压的瞬时值要用u或u（t）表示。右图展示了正弦交流电压（u）随时间（t）变化的情况。交流电压直流电压直流电压：电压值和极性保持不变的电压称为直流电压，如右图所示。电压可分为：高电压、低电压和安全电压。高低电压间的区别：能源部1991年发布的电力行业标准DL408-91《电业安全工作规程》规定：低压——指设备对地电压在250V及以下者；高压——指设备对地电压在250V以上者；设计、制造和安装规程通常是以1000V为界限来划分电压高低的，一般规定：低压——指额定电压在1000V及以下者；高压——指额定电压在1000V以上者；通常超高压指220KV或330KV及以上电压，特高压指1000KV及以上的电压。。安全电压：人体较长时间接触而不致产生触电危险的电压。我国对工频安全电压规定了五个等级，即42V、36V、24V、12V及6V。安全电压为不高于36V，持续接触安全电压为24V，安全电流为10mA通常汽车中的搭铁点就是电路的参考点，电路中任一点的电位就是相对于搭铁点的电压。电力系统中，通常以大地作为参考点；

电子电路中，一般选择电子设备的金属机壳或某公共点作为参考点。

4.电位

为了方便分析电压这个物理量，电路中引入电位的概念。电位：国际单位是伏特，符号V。为了计算电位的高低，需要找一个基准点，即参考点。通常基准点处用“┻”（接机壳）或“”（接地）表示，该符号处的电位规定为0V，参考点也称为零电位点。解（1）若选择O点为电位参考点，则

VO

=

0VVB

=

UBO

=

7

VA

=

UAB

+

VB

=

3V

+

7V

=

10V（2）若选择B点为电位参考点，则

VB

=

0VVA

=

UAB

=

3VVO

=

UOB

=

−

UBO

=

−

7V

【例1-1】如图1-6所示电路，若选择O点为电位参考点，求A、B两点的电位。若选择B点为电位参考点，则求A、O两点的电位。参考点不同，各点的电位就不同；但电压与参考点的选取无关。

5.电动势电源内部将电荷“拉”到正极需要消耗能量（如干电池会消耗掉化学能）。电源内部将其他形式的能量转换为电能，并在电源两极间建立的电位差称为电动势，电动势一般用E来表示，国际单位也是伏特，符号是V。。

汽车上使用的铅蓄电池内部的电源力是由化学作用产生的,发电机中的电源力是由电磁作用产生的。

一个元件的电动势和电压是大小相等，方向相反的一对物理量，对外电路而言，两者没有区别。3.电功及电功率（1）电功电能可以转化成多种其他形式的能量。电功的实质是电能转化为其他形式能量的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，能的总量不变。功的单位：焦耳（J）或者千瓦·时（kW·h）。电功的计算公式：W=Pt=UIt=UQ式中，Q为电荷；t为通电时间；P为电功率。对于纯电阻电路（无电动机），电功的计算公式如下：W=UQ=IR×It=I2Rt（Q为电热，一般在串联电路中使用）；W=UQ=（U×U/R）t=（U2/R）t（一般在并联电路中使用）。（2）电功率在相同时间内，电流通过不同用电器所做的功，一般不同。为表示电流做功的快慢，物理学中引入了电功率的概念。

电流在单位时间内所做的功叫作电功率。电功率用P来表示，P=UI。电压U的单位要用伏特（V）。电流I

的单位要用安培（A）。电功率P的单位就是瓦特（W）。电功率的单位还有千瓦，符号是kW。1kW=1000W，1W=1000mW把公式P=W/t变形后可得W=Pt，由此可以定义“千瓦·时”，电流在1h内所做的功，就是1kW·h。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J在电压和电流的关联方向下，任何时刻线性电阻元件吸收的功率为

同样，在电压和电流非关联方向下，任何时刻线性电阻元件吸收的功率为

电流I、电压U、电阻R和电功率P的换算如图1-7所示电路，已知US

=

12V，I

=

4A，U2

=

6V，I1

=

−1A，I2

=

3A，U3

=

−6V。求各元件的功率，并说明元件是发出功率还是吸收功率。解根据功率式（1-6）、式（1-7）得

=−USI=−12V×4A=−48W<0（发出功率）P1=−U2I1=−6V×(−1)A=6W>0（吸收功率）P2=U2I2=6V×3A=18W>0（吸收功率）P3=−U3I=−(−6)V×4A=24W>0（吸收功率）∑P=+P1+P2+P3

=−48W+6W+18W+24W=0，说明电路的功率平衡。图1-10所示为某汽车行李厢灯电气简图，蓄电池电压US

=

12V，内阻R0

=

0.2

，各灯泡为12V/6W，试求：（1）空载电压（U0）；（2）短路电流（IS）；（3）忽略内阻压降，正常工作时的总电流（I）。图1-10汽车行李厢照明电路简图I=P/U=6W/12V=0.5A1.电阻自由电荷载体在导体内部移动的结果是自由电荷载体与原子相撞，因此，电子流动受到干扰，这种效应称作电阻。特点：限制电路内电流。电路符号如下图所示。电阻符号电阻由导体两端的电压U与通过导体的电流I的比值来定义，即R=U/I。电阻的大小可以用来衡量导体对电流阻碍作用的强弱，即导电性能的好坏。电阻的阻值与导体的材料、形状、体积及周围环境等因素有关。符号：电阻的符号是R。计量单位：电阻的计量单位是欧姆，用希腊字母Ω表示。不同导体的电阻按性质的不同还可分为两种类型：线性电阻或欧姆电阻，满足欧姆定律；非线性电阻，不满足欧姆定律。线性电阻：阻值取决于导体的尺寸、比电阻和温度，计算公式如上图所示。计算导体电阻的公式上图中，ρ为比例系数，由导体的材料和周围温度决定，称为电阻率。电阻率：指温度为20℃时，长1m、横截面积为1mm2导体的电阻值。电阻率的国际单位：欧姆米（Ω·m）。在电工学中通常还会用到电阻的倒数，即电导率。电导率的符号：G。电导率的单位：西门子每米（S/m）。根据电导率，可将材料分为导体、非导体和半导体。计算电导率的公式电子系统通常需要将电路电流限制在一个特定值内。电阻上注明的电阻值仅适用于温度20℃的条件。之所以有这种限制是因为所有材料的电阻都会随温度变化。电压电源的内阻：至今我们都假设，一个电压电源始终提供规定电压U，例如纽扣电池提供4.5V电压。但当接通一个或多个能量转换器（俗称用电器，例如白炽灯、电动机等）时，所有电池和大部分供电单元都会出现电压降。按结构不同，可分为固定电阻、可变电阻。（1）固定电阻

（2）可变电阻一种常见的可调电子元件，常用于需要调节电阻大小的场合，通过调节电阻的大小达到调节电位的目的，故又称为电位器。常见电位器电阻型号命名方法（1）直标法将电阻的阻值和偏差直接用数字和字母印在电阻上（无偏差标示为允许偏差±20%）。4.电阻的识别直标法（2）色标法将不同颜色的色环涂在电阻器（或电容器）上来表示电阻（电容器）的标称值及允许偏差，固定电阻器色环标志读数识别规则及各种颜色对应的数值，如左图所示。36000Ω，5%；1.87kΩ，1%怎么用色标法表示？10特殊电阻在汽车传感器中的应用(1)热敏电阻热敏电阻是一种用陶瓷半导体制成的温度系数很大的电阻体，在工作温度范围内，按陶瓷半导体的电阻与温度的特性关系，热敏电阻可分为以下3种类型。①负温度系数(