学习任务2电工基本知识.ppt

1、学习任务2 电工基本知识,情景描述,情景描述,汽 该 车 如 自 何 燃 预 事 防 故 呢？ 是 如 何 产 生 的？,学习目标,1掌握电路的组成与状态 2学会电路的基本定律并应用 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状 态， 理解电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。,导入 汽车上的车灯有哪些？ 这些灯（大灯，转向灯，示廓灯等）都起到什么作用呢？ 示廓灯有一只不亮是什么原因呢？,知识准备一 直流电路的基本知识,1.1 电路的作用与组成部分,(1) 实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,1. 电路的作用,电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按

2、一定方式组合而成。,2. 电路的组成部分,电源: 提供 电能的装置,负载: 取用 电能的装置,中间环节：传递、分 配和控制电能的作用,2. 电路的组成部分,汽车照明电路包括以下四个部分：,(1)电源(供能元件)：为电路提供电能的设备 和器件(如蓄电池、发电机等) 。,2. 电路的组成部分,汽车照明电路包括以下四个部分：,(2)负载：消耗电能的设备和器件(灯泡等用电器) 。,2. 电路的组成部分,汽车照明电路包括以下四个部分：,(3)控制器件：控制电路工作状态的设备和器件(如开关等) 。,2. 电路的组成部分,汽车照明电路包括以下四个部分：,(4)导线：将电器设备和元器件按一定方式连接 起来(如

3、各种铜、铝电线等)，提供电流的通路,1.2 电路的状态,(1)通路(闭路)：电源与负载接通电路中有电流通过，使电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。 (2)开路(断路)：电路中没有电流通过，又称为空载状态。 (3)短路(捷路)：电源两端的导线没有经过负载而直接连接输出电流过大。对电源来说，属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。,1.2 电路的状态,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,1.3

4、 电路符号,1.3 电路符号,1.3 电路符号,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 视线。为了避免水 蒸气凝结，设置了除 霜（雾）装置，需要 时可对风窗玻璃加热。 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）。,1.3 电路符号,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）。,1.4 汽车电路的特点,(1)低压：汽车电气系统的额定电压主要有12V和24V两种。 (2)直流：汽本电源由蓄电池及发电机供电，为直流电路。 (3)单线制：为节省导线

5、和便于安装、维修，汽车上电源和用电器之间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。这种方式称为单线制。 (4)负搭铁：采用单线制时电源的一端必须可靠地接到车架上，俗称搭铁，用符号“”表示。按电源搭铁的极性，可分为正极搭铁和负极搭铁。由于负极搭铁对无线电干扰较小，所以大多数国家包括我国的汽车都采用负极搭铁。,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.1 负载的选择,电气设备的额定值,额定值: 电气设备长期安全工作时的规定使用值,负载的工作状态: 满载:在额定功率下工作 轻载:低于额定功率的工作状态 过载(超载):超过额定功率的工作状态,解,根据功率和电压可以求出额定电流,

6、在使用时电流,现有一个汽车前照灯，灯上标有50 w,12v字样。请估算一下这只灯的灯丝电阻值为多少?如在12v电压下工作，流过的电流是多大?,例题,正确选取电路熔断器。,如上例中一个50 w大灯流过417A，如同时开四个灯， 则应选取20A的熔断器。,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.2 车用熔断器,保险丝也被称为熔断器，保险丝是汽车上不可缺少的元件，失去它汽车将无法正常工作，它的主要作用是保护电路（线路）及用电设备。保险丝是由电阻率比较大而熔点较低的银铜合金制成的导线,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.2 车用熔断器,保险丝的位置,大多数汽车的保险丝盒位于驾驶室内，图中以一汽

7、大众的宝来为例，保险丝盒安装在仪表台侧面，打开塑料盖板就可以看到了。,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.2 车用熔断器,更换保险丝,更换保险丝时一定要选用与原配保险丝一致的规格，不能任意加大保险丝的额定规格，更不能用其它导电物代替。,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.3 导线的选择,材料: 铜线、铝线,电压：低压导线、高压导线,绝缘：裸线、绝缘线,（1） 导线分类:,普通低压导线：适用于汽车低压电路作一般电器连接。 电缆线：适用于汽车起动及蓄电池搭铁等大电流的场合组合使用。,一天，小王和师傅在修理汽车电路师傅让小王去 取一根大灯用的导线，小王取了一根线给师傅，可师傅 说；“这线

8、太细了。小王想：我怎么这么没用，取根线 都不会。其实，导线的选用是一门学问。 该如何选用合适的导线和电器元件呢？,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.3 导线的选择,低压线的选用原则：,（2）导线选用原则,导线的温升。电流通过导线时，它的热效应会使导线温度升高。一般在炎热的夏季里当发动机周围的温度高达70一90时该环境温度下的导线温升不得大于10。因而必须以电流大小选择合适的导线截面积,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.3 导线的选择,低压线的选用原则：,（2）导线选用原则,导线的电压降。通常整车电路的总电压降不得大于0.8V，起动机的起动瞬时导线的电压降不得大于0.5V，以保证

9、起动机顺利起动。从压降的角度看，导线长度越短越好。,导线的机械强度。车用导线应有足够的机械强度，即使电流很小的负载电路，其导线横截面积也不应小于0.5mm2。12伏电系主要线路导线截面积推荐值，如表l4所示。,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.3 导线的选择,低压线的选用原则：,（2）导线选用原则,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.3 导线的选择,高压线的选用原则：,（2）导线选用原则,耐压为依据要求绝线性能的耐压应在15kv以上。 对阻尼点火线，要求每I m长的线电阻不应超过20k。,1.5 负载的额定值及导线的选择,1.5.3 导线的选择,（3） 导线颜色,1.5 负载的额

10、定值及导线的选择,1.5.3 导线的选择,（3） 导线颜色,例 在汽车电路图中，标注有1.5Rw的字样，它表示什么意义? 解： 1.5表示导线的截面积为1.5(mm2)； R表示导线表面的主色为红色； w表示导线表面的辅色为白色。,学习目标 学会电路的基本定律； 学会利用电位化简电路。,知识准备二 电路的基本定律和电位的计算,2.1 基尔霍夫定律,用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。,注,基尔霍夫电流定律应用于结点 基尔霍夫电压定律应用于回路,2.1 基尔霍夫定律,支路：每一个包含电路元器件的不分支的电路。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。,

11、结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的任意闭合路径。,网孔：不可再分的回路。,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）,网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）,电路分析中的假设正方向（参考方向）,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？,电流方向 AB？,电流方向 BA？,电路分析中的参考正方向,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？,(1) 在解题前任选某一个方向为参考方向，或称正 方向；,(3) 根据计算结果确

12、定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；,解决方法,2.1.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即: 入= 出,在任一瞬间，流入任一结点的电流等于流出该结点的电流。,或: = 0,对结点 a：,I1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,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:,广义结点,I = 0,IA + IB + IC = 0,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。,2.1.2 基尔霍夫

13、电压定律（KVL定律),1定律,即： U = 0,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。,对回路1：,对回路2：,E1 = I1 R1 +I3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,1列方程前标注回路循行方向；,电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2, U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0,2应用 U = 0列方程时，项前符号的确定： 如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。,3. 开口电压可按回路处理,注意：,对回路1：,2.2 复杂电路的

14、计算,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以及回路循行方向。,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：,I1 R1 +I3 R3=E1,I2 R2+I

15、3 R3=E2,支路电流法的解题步骤:,2. 叠加原理,叠加原理：对于线性电路，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。,叠加原理,由图 (c)，当 IS 单独作用时,同理： I2 = I2 + I2,由图 (b)，当E 单独作用时,根据叠加原理, 叠加原理只适用于线性电路。, 不作用电源的处理： E = 0，即将E 短路； Is=0，即将 Is 开路 。, 线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算， 但功率P不能用叠加原理计算。例：,注意事项：, 解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。 若分电流、分电压与原电路中电流、电压

16、的参考方 向相反时，叠加时相应项前要带负号。,E1=18V,E2=9V,R1=R2=1,R3=4,求I3,3. 结点电压法,任选电路中某一结点为零电位参考点(用 表示)，其他各结点对参考点的电压，称为结点电压。 结点电压的参考方向从结点指向参考结点。,结点电压法适用于支路数较多，结点数较少的电路。,结点电压法：以结点电压为未知量，列方程求解。,在求出结点电压后，可应用基尔霍夫定律或欧姆定律求出各支路的电流或电压。,在左图电路中只含有两个结点，若设 b 为参考结点，则电路中只有一个未知的结点电压。,例：,试求电流 I1 。,解法1：用支路电流法,对大回路：,解得：I1 = 1. 4 A,2I1

17、I2 +2I1 = 10,对结点 a：I1+I2= 3,解法2：用叠加原理,电压源作用：,2I1+ I1 +2I1 = 10 I1 = 2A,电流源作用：,对大回路：,2I1 +(3 I1)1+2I1= 0 I1= 0.6A,I1 = I1 +I1= 2 0.6=1. 4A,作业：,试求各支路电流。,解：求结点电压 Uab, 应用欧姆定律求各电流,2.3 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

18、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。,例题,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= 60V Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab

19、= 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,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,稳定状态： 在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。,暂态过程： 电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。,2.4 电路的暂态分析,电路暂态分析的内容,(1) 暂态过程中电压、电流随时间变化的规律。,(2) 影响暂态过程快慢的电路的时间常数。,1. 利用电路暂态过程产生特定波形的电信号 如锯齿

20、波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。,研究暂态过程的实际意义,2. 控制、预防可能产生的危害 暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使 电气设备或元件损坏。,直流电路、交流电路都存在暂态过程, 我们讲课的重点是直流电路的暂态过程。,2.4.1 换路定则与电压和电流初始值的确定,1. 电路中产生暂态过程的原因,电流 i 随电压 u 比例变化。,合S后：,所以电阻电路不存在暂态过程 (R耗能元件)。,图(a)： 合S前：,例：,(a),U,R2,+,-,图(b),所以电容电路存在暂态过程,uC,合S前:,暂态,稳态,产生暂态过程的必要条件：, L储能：,换路: 电路状态的改变。如：,电路接通、切断、 短路、电压改变或参数改变, C 储能：,产生暂态过程的原因： 由于物体所具有的能量不能跃变而造成,在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变,(1) 电路中含有储能元件 (内因) (2) 电路发生换路 (外因),电容电路：,注：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中 uC、 iL初始值。,2. 换路定则,电感电路：,3. 初始值的确定,求解要点：,(2) 其它电量初始值的求