汽車(chē)電工電子技術(shù)中職PPT完整全套教學(xué)課件

模塊一直流電路直流電路交流電路電磁感應(yīng)及電磁器件電機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速晶體管和晶閘管的應(yīng)用數(shù)字電路全套可編輯PPT課件11%64%25%在科技飛速發(fā)展的今天，電的使用范圍非常廣泛，如各種機(jī)械設(shè)備幾乎都是由電力來(lái)驅(qū)動(dòng)的。汽車(chē)從它誕生的那天起，就與電結(jié)下了不解之緣。隨著科技的進(jìn)步，電在汽車(chē)上的應(yīng)用已從傳統(tǒng)的起動(dòng)、照明及信號(hào)指示裝置發(fā)展到具有聲像、通信、空調(diào)設(shè)備和各種自動(dòng)控制裝置的高科技領(lǐng)域。本模塊從最基本的直流電路入手，重點(diǎn)介紹直流電路的基本概念、基本定律和常用的電工測(cè)量方法。掌握電路的基本結(jié)構(gòu)。掌握電流、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)、電功和電功率等基本概念。熟悉電路的基本元件：電阻元件、電容元件、電感元件。掌握電路的基本規(guī)律：歐姆定律、焦耳定律、基爾霍夫定律、疊加原理。了解電路中各點(diǎn)電位的意義及簡(jiǎn)單計(jì)算學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握常用電工儀表的基本知識(shí)。了解萬(wàn)用表和兆歐表的結(jié)構(gòu)，掌握其基本使用方法。技能目標(biāo)學(xué)習(xí)單元一電路的組成及基本概念CONCENTS電路是由一些電氣設(shè)備、電子元器件按一定方式連接起來(lái)構(gòu)成的電流的通路。電路廣泛應(yīng)用在日常生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究工作中?？梢哉f(shuō)，用電的設(shè)備內(nèi)部都含有電路，小到手電筒，大到計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡(luò)，都可以看到或簡(jiǎn)單或復(fù)雜的電路。了解電路的組成，掌握電路的有關(guān)知識(shí)是對(duì)電路進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。無(wú)論是簡(jiǎn)單的電路還是復(fù)雜的電路，在結(jié)構(gòu)上都具有相同的規(guī)律。本學(xué)習(xí)單元主要介紹電路的組成及作用。電路是電流流通的路徑，一個(gè)完整的電路一般包括電源、負(fù)載、開(kāi)關(guān)和連接導(dǎo)線4部分。圖1-1所示為汽車(chē)的制動(dòng)燈電路，電路由蓄電池、制動(dòng)燈、連接導(dǎo)線和制動(dòng)開(kāi)關(guān)構(gòu)成，是一個(gè)最基本的電路。汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，合上制動(dòng)開(kāi)關(guān)，蓄電池向外輸出電流，電流流過(guò)制動(dòng)燈，制動(dòng)燈就會(huì)亮。一、電路的組成、功能及電路圖分析圖1-1所示的電路，可將電路分為4部分，即電源、負(fù)載、導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)。圖1-1汽車(chē)的制動(dòng)燈電路1.電路的組成（1）電源（2）負(fù)載（3）導(dǎo)線（4）開(kāi)關(guān)電源是電路中提供電能的裝置。電源可以把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，為整個(gè)電路提供能量。

負(fù)載是電路中取用電能的裝置，即電路中利用電能來(lái)工作的元器件，也稱(chēng)用電器，是各種用電設(shè)備的總稱(chēng)。導(dǎo)線用來(lái)連接電路中的各元器件，起到傳輸電流的作用。開(kāi)關(guān)是電路中控制電路接通與斷開(kāi)的器件。導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)將電源與負(fù)載連接起來(lái)，也稱(chēng)電路的中間環(huán)節(jié)。中間環(huán)節(jié)的作用是傳送和分配電能，控制電路的通斷，保護(hù)電路安全，使其正常地運(yùn)行。11%64%2.電路的功能25%電路按功能可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是實(shí)現(xiàn)能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換的電路，如白熾燈將電能轉(zhuǎn)換為光能，電爐將電能轉(zhuǎn)換為熱能；另一類(lèi)是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸和處理的電路，如擴(kuò)音器電路可將聲音信號(hào)進(jìn)行放大處理；汽車(chē)發(fā)電機(jī)內(nèi)部電路可將其產(chǎn)生的交流電變換為直流電供給汽車(chē)電器使用；汽車(chē)電控發(fā)動(dòng)機(jī)中的電子點(diǎn)火系統(tǒng)電路可將低壓脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，控制點(diǎn)火線圈產(chǎn)生高壓電，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。圖1-1采用的是畫(huà)實(shí)物外形的方法來(lái)表示電路，稱(chēng)為電路示意圖。為使繪制電路方便快捷，規(guī)定用一些簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)來(lái)表示電路中的各種元器件，這樣畫(huà)出的電路圖形稱(chēng)為電路原理圖，簡(jiǎn)稱(chēng)電路圖。圖1-2為圖1-1所示電路的電路圖，用電路圖表示實(shí)際電路簡(jiǎn)單明了，繪制方便。3.電路圖圖1-2電路圖在生產(chǎn)生活實(shí)際中，一般都根據(jù)電路圖來(lái)對(duì)電路進(jìn)行分析和計(jì)算，因此，必須熟悉電路元件的圖形符號(hào)及電路圖的畫(huà)法。常用電路元件的圖形符號(hào)見(jiàn)表1-1。表1-1常用電路元件的圖形符號(hào)可以自由移動(dòng)的電荷在電場(chǎng)力作用下有規(guī)則地定向移動(dòng)就形成了電流。在金屬導(dǎo)體中，能自由移動(dòng)的電荷是帶負(fù)電的電子。當(dāng)導(dǎo)體中存在促使自由電子定向移動(dòng)的外電場(chǎng)時(shí)，自由電子便逆著電場(chǎng)方向做定向移動(dòng)而形成電流，如圖1-3所示。在電解液或被電離后的氣體中，能定向移動(dòng)的電荷則是正、負(fù)離子，正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下，正離子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子逆著電場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng)而形成電流。二、電路中的基本物理量1.電流圖1-3金屬導(dǎo)體中的電流形成示意圖電流的大小用電流強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱(chēng)電流）來(lái)描述，它是表示自由電荷定向運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱的物理量，用符號(hào)I表示。其數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量，即

式中，電量q的單位是庫(kù)侖（C），時(shí)間t的單位是秒（s），電流I的單位是安（A）。電流常用的單位還有千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA）等，換算關(guān)系如下：習(xí)慣上，規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娐分须娏鞯姆较?。在金屬?dǎo)體中，參與導(dǎo)電的只有帶負(fù)電的自由電子，電流的方向與導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)的方向相反。電流的方向是客觀存在的，但在實(shí)際電路中，往往很難判定某段電路中電流的實(shí)際方向。在分析電路前，就需先假設(shè)導(dǎo)體中電流的參考方向，求得的電流為正值表示電流的實(shí)際方向與參考方向相同，求得的電流為負(fù)值則表示電流的實(shí)際方向與參考方向相反，如圖1-4所示。圖1-4電流的方向【例1-1】

在5min內(nèi)通過(guò)某導(dǎo)體橫截面的電荷電量為15C，導(dǎo)體中的電流是多少？解：自然界中我們可以看到水往低處流，這是由于兩點(diǎn)間存在高度差；與此類(lèi)似，電路連通后形成電流，也是由于電路中兩點(diǎn)間存在一個(gè)電壓。所謂電壓，就是電場(chǎng)力把單位正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中對(duì)電荷所做的功，用符號(hào)

來(lái)表示，即式中，

表示將正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)力所做的功，單位為焦耳（J）；q表示被移動(dòng)電荷的電量，單位為庫(kù)侖（C）；

表示A、B兩點(diǎn)間的電壓，單位為伏特（V）。電壓是一個(gè)代數(shù)量，常用雙下標(biāo)表示起點(diǎn)與終點(diǎn)。電壓的方向由起點(diǎn)指向終點(diǎn)，如UAB表示電壓由A點(diǎn)指向B點(diǎn)。2.電壓和電位電路中每一點(diǎn)都有一個(gè)電位V（汽車(chē)電路中也稱(chēng)電平），類(lèi)似于地面上每一點(diǎn)都有一個(gè)海拔。A、B兩點(diǎn)間的電壓與它們的電位之間的關(guān)系為電壓的方向規(guī)定為從電位高的點(diǎn)指向電位低的點(diǎn)，如圖1-5所示。圖1-5電壓的方向【例1-2】

元件R上的電壓參考方向如圖1-6所示，若U1=6V，U2=-10V，試說(shuō)明電壓的實(shí)際方向。解：因U1=6V為正值，說(shuō)明電壓實(shí)際方向和參考方向相同，即從a到b。因U2=-10V為負(fù)值，說(shuō)明電壓實(shí)際方向和參考方向相反，即從d到c。圖1-6【例1-2】圖3.電動(dòng)勢(shì)電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。不同的電源轉(zhuǎn)換電能的本領(lǐng)是不同的，電動(dòng)勢(shì)是描述電源將非電能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)大小的物理量。電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源的電場(chǎng)力把單位正電荷從電源負(fù)極搬運(yùn)到電源正極所做的功，用符號(hào)E表示，即11%64%4.電池的串聯(lián)和并聯(lián)25%一般干電池的電動(dòng)勢(shì)是1.5V，蓄電池的單格電動(dòng)勢(shì)是2.1V，輸出的電流也都有一定的限度。在實(shí)際使用時(shí)，各用電器有各自不同的額定電壓和電流，為了滿(mǎn)足這個(gè)要求，通常需要把幾個(gè)電池連在一起使用。電池的基本連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。把一個(gè)電池的負(fù)極和另一個(gè)相同電池的正極依次連接所構(gòu)成的電池組稱(chēng)為串聯(lián)電池組，如圖1-7（a）所示。串聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)E總等于各電池的電動(dòng)勢(shì)之和，即

。圖1-7電池里的串聯(lián)和并聯(lián)1）電池的串聯(lián)把若干個(gè)同樣電池的正極和正極相連，負(fù)極和負(fù)極相連所構(gòu)成的電池組稱(chēng)為并聯(lián)電池組，如圖1-7（b）所示。并聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)等于各電池的電動(dòng)勢(shì)，但并聯(lián)電池組的總電流I總等于各電池的電流之和，即并聯(lián)電池組可以向負(fù)載提供更大的輸出電流。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難時(shí)的“幫電”措施就是這個(gè)特性的具體應(yīng)用，即當(dāng)汽車(chē)上的蓄電池存電不足而不能使汽車(chē)起動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，人們常用另一只儲(chǔ)電量足且電動(dòng)勢(shì)相同的電池與其并聯(lián)發(fā)動(dòng)。2）電池的并聯(lián)5.電功電流流過(guò)負(fù)載時(shí)對(duì)負(fù)載所做的功稱(chēng)為電功，用符號(hào)W表示。在一段電路中，電流所做的功與導(dǎo)體兩端的電壓U、通過(guò)導(dǎo)體的電流I及通電時(shí)間t成正比，其計(jì)算公式為電功的國(guó)際單位是焦耳（J）。在工程上，常用的電功單位有千瓦·時(shí)（kW·h），俗稱(chēng)“度”。其換算關(guān)系為20%10%35%10%25%不同的用電器在相同時(shí)間內(nèi)的用電量是不同的，即電流做功快慢是不一樣的。電流做功快慢用電功率描述，其大小等于單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，即

功率的國(guó)際單位為瓦特，簡(jiǎn)稱(chēng)瓦（W）。常用的單位還有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等，其換算關(guān)系如下：6.電功率【例1-3】汽車(chē)前照燈功率為60W，額定電壓為12V。求其額定電流、每小時(shí)消耗的電能。解：電路的基本元件三、電路的基本元件電路的負(fù)載一般都包括電阻、電容、電感3個(gè)基本參數(shù)。電阻參數(shù)起主要作用的元件稱(chēng)為電阻元件，如白熾燈、電爐等。電容參數(shù)起主要作用的元件稱(chēng)為電容元件，如電容器等。電感參數(shù)起主要作用的元件稱(chēng)為電感元件，如互感器等。電阻元件、電容元件及電感元件是電路中的基本元件。下面介紹這幾種基本電路元件。導(dǎo)體容易導(dǎo)電，但對(duì)電流也有阻礙作用。在相同的電壓作用下，通過(guò)不同導(dǎo)體的電流大小不同，說(shuō)明不同導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用也不同。電阻就是描述導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的物理量，用R表示。電阻的國(guó)際單位是歐姆，簡(jiǎn)稱(chēng)歐，用Ω表示。此外，常用的電阻單位還有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ），其換算關(guān)系為電阻實(shí)際上是導(dǎo)體的一種基本性質(zhì)，與導(dǎo)體的尺寸、材料和溫度有關(guān)。通常在電子產(chǎn)品中所說(shuō)的電阻是指電阻器這種電阻元件。電阻器是電子電路中使用最多的元件之一，在電路中常用來(lái)控制電流和調(diào)節(jié)電壓。電阻元件中有電流流過(guò)時(shí)要消耗電能，因此，電阻元件是耗能元件。1.電阻元件常用電阻器一般分為固定電阻器和可變電阻器兩大類(lèi)。固定電阻器的阻值固定不變，可變電阻器的阻值可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。（1）固定電阻器。固定電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)電阻，根據(jù)材料和工藝不同，可分為碳膜電阻器（RT）、金屬膜電阻器（RJ）、線繞電阻器（RX）、熱敏電阻器（RR）、光敏電阻器（RG）等不同類(lèi)型，如圖1-8所示。1）電阻器的分類(lèi)圖1-8常用固定電阻器可變電阻器（2）可變電阻器?？勺冸娮杵骱?jiǎn)稱(chēng)可變電阻，其阻值可在規(guī)定的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)?？勺冸娮杵骺煞譃榘肟烧{(diào)電阻器和電位器兩類(lèi)。常用的可變電阻器如圖1-9所示。電阻器的圖形符號(hào)如圖1-10所示。圖1-9常用的可變電阻器圖1-10電阻器的圖形符號(hào)將電阻兩端電壓與流過(guò)電阻的電流的關(guān)系用圖形表示，稱(chēng)為該電阻的電流、電壓關(guān)系特性曲線，也稱(chēng)伏安特性曲線。當(dāng)電阻為恒定值時(shí)，如圖1-11（a）所示，其電流與電壓關(guān)系特性曲線為一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，即電流與電壓呈線性關(guān)系，這種電阻稱(chēng)為線性電阻；當(dāng)電阻的電流與電壓不具備線性關(guān)系時(shí)，如圖1-11（b）所示，這種電阻稱(chēng)為非線性電阻。2）電阻元件的電流與電壓關(guān)系圖1-11線性電阻和非線性電阻的電流與電壓關(guān)系特征（1）線性電阻。常見(jiàn)的線性電阻有碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等。電阻元件的參數(shù)（如阻值等）可用阿拉伯?dāng)?shù)字和符號(hào)直接標(biāo)注在電阻上，或使用色環(huán)標(biāo)注法。色環(huán)標(biāo)注就是在電阻上用不同顏色的環(huán)來(lái)表示電阻的規(guī)格。用色環(huán)標(biāo)注法時(shí)，緊靠電阻元件一端的色環(huán)為第一環(huán)，另一端為最后一環(huán)。色環(huán)電阻有兩種標(biāo)注方式：4環(huán)標(biāo)注方式和5環(huán)標(biāo)注方式。4環(huán)電阻一般是碳膜電阻，用3個(gè)色環(huán)來(lái)表示阻值，用1個(gè)色環(huán)表示允許誤差。5環(huán)電阻一般是金屬膜電阻，用4個(gè)色環(huán)表示阻值，另一個(gè)色環(huán)表示允許誤差，具體讀數(shù)方法如圖1-12所示。表1-2所列為各種色環(huán)代表的意義。圖1-12色環(huán)電阻的讀數(shù)方法表1-2各種色環(huán)代表意義（2）非線性電阻。熱敏電阻和壓敏電阻都屬于非線性電阻。熱敏電阻分為兩類(lèi)：一類(lèi)稱(chēng)為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)NTC電阻，其電阻值隨溫度升高而急劇下降，多用于溫度測(cè)量和溫度調(diào)節(jié)，也用作補(bǔ)償電阻；另一類(lèi)稱(chēng)為正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC電阻，其電阻值隨溫度升高而急劇增大，用作過(guò)熱保護(hù)和延時(shí)開(kāi)關(guān)。壓敏電阻在低電壓時(shí)具有較大的電阻，當(dāng)電壓較大時(shí)，電阻變小。當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，壓敏電阻可起分流作用，因而常被用來(lái)進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。非線性電阻xx%xx%xx%xx%直流電路電容器簡(jiǎn)稱(chēng)電容，用C表示。電容器也是電子電路中常用的電子元件之一，具有隔直流、通交流和儲(chǔ)存電荷等特性。2.電容元件11%64%25%電容器由兩塊金屬板中間隔一層絕緣物質(zhì)構(gòu)成，兩片金屬板稱(chēng)為極板，中間的絕緣物質(zhì)稱(chēng)為介質(zhì)。電容器按結(jié)構(gòu)可以分為固定電容器、可變電容器和半可變電容器。固定電容器的電容量是固定的，可變電容器是電容量在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)的電容器。半可變電容器也稱(chēng)微調(diào)電容器，在電路中用作補(bǔ)償電容。1）電容器的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)電容器的形狀很多，圖1-13和圖1-14所示分別為常用電容器的外形及圖形符號(hào)。圖1-14常用電容器符號(hào)圖1-13常用電容器的外形2）識(shí)別電容器電容器的主要參數(shù)有標(biāo)稱(chēng)容量、允許誤差、耐壓等。電容器具有儲(chǔ)存電荷的能力。規(guī)定把電容器外加1V直流電壓時(shí)所儲(chǔ)存的電荷量稱(chēng)為電容器的電容量，簡(jiǎn)稱(chēng)電容。電容的國(guó)際單位為法拉，符號(hào)是F。電容器的容量往往比1F小得多，電容的常用單位是微法（μF）、納法（nF）、皮法（pF）等，其換算關(guān)系為標(biāo)注在電容器外殼上的電容量的大小稱(chēng)為標(biāo)稱(chēng)容量。標(biāo)稱(chēng)容量是相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)定的。電容器長(zhǎng)期連續(xù)可靠工作時(shí)，兩極間能夠承受的最高電壓稱(chēng)為電容器的額定工作電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)電容器的耐壓，固定電容器的直流工作電壓等級(jí)為6.3V、10V、16V、25V、32V、50V等。3）電容器的參數(shù)電感器是電子線路中的重要元件之一，在電路中具有阻交流、通直流的作用。電感器能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能，并在磁場(chǎng)中儲(chǔ)存能量，因此，電感器和電容器一樣，也是一種儲(chǔ)能元件。電感器用字母L表示。電感的國(guó)際單位是亨利，符號(hào)是H。常用的電感單位還有毫亨（mH）、微亨（μH），其換算關(guān)系為3.電感元件電感器常與電容器一起應(yīng)用，構(gòu)成LC濾波器；另外，電感器也常用來(lái)制造變壓器、繼電器等。常見(jiàn)的電感器按作用可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是具有自感作用的線圈，另一類(lèi)是具有互感作用的變壓器。按工作特征分類(lèi)，電感器可分為固定電感器和可變電感器。電感器都是用漆包線、紗包線或鍍銀裸銅線等各種規(guī)格的導(dǎo)線繞在絕緣骨架上或鐵心上制成的，且每一圈之間相互絕緣。常見(jiàn)電感器的外形如圖1-15所示，其在電路中的圖形符號(hào)如圖1-16所示。1）電感器的結(jié)構(gòu)2）識(shí)別電感器圖1-16電感器的圖形符號(hào)圖1-15常見(jiàn)電感器的外形學(xué)習(xí)單元二電路的基本定律CONCENTS歐姆定律是電路分析中的基本定律，可以用來(lái)確定電路中的電流、電壓關(guān)系。一段不包含電源的電路通常稱(chēng)為部分電路，如圖1-17所示。1826年，德國(guó)物理學(xué)家歐姆從大量實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出以下規(guī)律：流過(guò)導(dǎo)體的電流I與這段導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，與這段導(dǎo)體的電阻R成反比，這個(gè)規(guī)律稱(chēng)為部分電路歐姆定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為歐姆定律一、歐姆定律1.部分電路歐姆定律根據(jù)上式可知，如果已知U和I的值，則可利用R=U/I求出電阻值。有一些電阻的阻值不隨兩端的電壓和通過(guò)的電流的改變而改變，這樣的電阻稱(chēng)為線性電阻，它們的阻值可理想地看作常數(shù)，其伏安特性曲線如圖1-18所示。歐姆定律適用于線性電阻元件，如白熾燈、電爐、電烙鐵等。對(duì)于電解液導(dǎo)電也基本適用，但對(duì)氣體導(dǎo)電是不適用的。圖1-17部分電路圖1-18線性電阻的伏安特性曲線【例1-4】某汽車(chē)倒車(chē)燈的電阻為7.2Ω，如果車(chē)燈的額定工作電壓為12V，那么工作電流為多少？倒車(chē)燈的功率是多大？解：全電路是指含有電源的閉合電路，如圖1-19所示。其中，電源以外的電路稱(chēng)為外電路，外電路的電阻R稱(chēng)為外電阻；電源內(nèi)部的電路稱(chēng)為內(nèi)電路，電源的內(nèi)部也有電阻r，稱(chēng)為內(nèi)電阻。全電路中的電流強(qiáng)度I與電源的電動(dòng)勢(shì)E成正比，與整個(gè)電路的電阻（內(nèi)電路總電阻r與外電路總電阻R之和）成反比。這個(gè)規(guī)律稱(chēng)為全電路歐姆定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為2.全電路歐姆定律圖1-19簡(jiǎn)單的全電路【例1-5】已知電源的電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻為0.5Ω，負(fù)載電阻為9.5Ω，求電源的端電壓和內(nèi)電壓。解：因?yàn)?/p>

所以端電壓為內(nèi)電壓為電源的外特性是指電源的端電壓U和電路中電流I的關(guān)系。對(duì)給定的電源，E和r是不變的。由全電路歐姆定律可知，當(dāng)負(fù)載電阻R→∞時(shí)（電路斷開(kāi)時(shí)），I=0，U=E，即電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于路端電壓。利用這個(gè)特點(diǎn)，可用電壓表測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)負(fù)載R變小時(shí)，電流I變大，內(nèi)阻上的電壓3.電源的外特性圖1-20電源的外特性曲線變大，端電壓U變小。當(dāng)負(fù)載電阻R=0時(shí)（短路），I=E/r。由于電源的內(nèi)電阻r一般都很小，因而電路中的電流比正常工作電流大很多，如果電路中沒(méi)有熔斷器，會(huì)導(dǎo)致電源和導(dǎo)線燒毀。U隨I變化的規(guī)律可用圖1-20表示，稱(chēng)為電源的外特性曲線。焦耳定律英國(guó)物理學(xué)家焦耳通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明：電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q與電流I的平方、導(dǎo)體的電阻R及通電時(shí)間t成正比。這就是焦耳定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為在汽車(chē)上，很多電氣設(shè)備都是利用電流的熱效應(yīng)工作的，如電燈、點(diǎn)煙器、預(yù)熱塞、火花塞、熔斷器等。當(dāng)然，電流不但消耗電能，而且會(huì)使電氣設(shè)備溫度升高，加速絕緣材料的老化，甚至燒毀設(shè)備。二、焦耳定律能用電阻的串、并聯(lián)關(guān)系簡(jiǎn)化成單回路的電路稱(chēng)為簡(jiǎn)單電路。對(duì)簡(jiǎn)單電路，用歐姆定律就可以分析、計(jì)算電路的相關(guān)問(wèn)題了。圖1-21所示的電路不能用電阻串、并聯(lián)關(guān)系簡(jiǎn)化為單回路，這樣的電路稱(chēng)為復(fù)雜電路。復(fù)雜的直流電路的計(jì)算依據(jù)是歐姆定律和基爾霍夫定律?；鶢柣舴蚨墒怯傻聡?guó)物理學(xué)家基爾霍夫于1845年提出的。下面先以圖1-21為例了解復(fù)雜電路中的幾個(gè)概念。三、基爾霍夫定律（1）支路（2）節(jié)點(diǎn)（3）回路（4）網(wǎng)孔由一個(gè)元件或幾個(gè)元件串聯(lián)而成的無(wú)分支電路稱(chēng)為支路。圖1-21所示的電路有3條支路，即adcb、aefb、agb。其中，adcb、agb含有電源，稱(chēng)為有源支路；aefb中沒(méi)有電源，稱(chēng)為無(wú)源支路。3條或3條以上支路的交匯點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。圖1-21中的a點(diǎn)和b點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)，而c點(diǎn)則不是節(jié)點(diǎn)。電路中任一閉合路徑稱(chēng)為回路。圖1-21中的aefba、dabcd、daefbcd都是回路。內(nèi)部不含有支路的回路稱(chēng)為網(wǎng)孔。圖1-21中的dabcd、aefba均不含有支路，是網(wǎng)孔。而daefbcd中含有支路，因而不是網(wǎng)孔。1.電路結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)重要概念基爾霍夫電流定律簡(jiǎn)稱(chēng)KCL，又稱(chēng)節(jié)點(diǎn)電流定律，它反映了電路中與同一節(jié)點(diǎn)相連的各支路中電流之間的關(guān)系。其內(nèi)容是：在任一時(shí)刻，對(duì)電路中任一節(jié)點(diǎn)，流入該節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和，即上式稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)電流方程，又稱(chēng)KCL方程。如果規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正值，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)值，則KCL方程可表示為即在任一時(shí)刻通過(guò)電路中任一節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和恒等于零，這是KCL方程的另一種表達(dá)形式。在圖1-22中，各支路的電流方向如圖所示，根據(jù)上式列出節(jié)點(diǎn)P的電流方程為2.基爾霍夫電流定律再如，對(duì)圖1-21中節(jié)點(diǎn)a根據(jù)∑I=0列出節(jié)點(diǎn)電流方程為I1－I2－I3=0，對(duì)節(jié)點(diǎn)b列出節(jié)點(diǎn)電流方程為－I1+I2+I3=0。在寫(xiě)出的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)電流方程中，將其中的任意一個(gè)經(jīng)過(guò)運(yùn)算，即可得到另一個(gè)方程。可見(jiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)電流方程中只有一個(gè)是獨(dú)立的。同理，對(duì)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜電路，只能列出n－1個(gè)獨(dú)立的KCL方程。在應(yīng)用基爾霍夫電流定律時(shí)需要說(shuō)明以下幾點(diǎn)：2.基爾霍夫電流定律圖1-21復(fù)雜電路圖1-22有分支的電路11%64%3.基爾霍夫電壓定律25%基爾霍夫電壓定律又稱(chēng)回路電壓定律，它反映了回路中各電壓之間的關(guān)系。定律指出：任一時(shí)刻，沿電路中任一回路繞行一周，各段電壓的代數(shù)和恒等于零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為∑U=0關(guān)于KVL方程的應(yīng)用，要注意以下幾點(diǎn)：（1）先設(shè)定回路的繞行方向?？蛇x順時(shí)針?lè)较?，也可選逆時(shí)針?lè)较颉?/p>

（2）確定各段電壓的參考方向。電阻上電壓的參考方向與所取電流的參考方向一致，電源部分的電壓方向由電源的正極指向負(fù)極。

（3）凡是繞行方向與參考方向一致的電壓取正，反之取負(fù)。（4）電阻上電壓的大小等于該電阻阻值與流經(jīng)該電阻的電流的乘積，電源部分的電壓等于該電源的電動(dòng)勢(shì)。（5）沿回路繞行一周，列出KVL方程。疊加原理是線性電路的一個(gè)重要規(guī)律，它體現(xiàn)了線性電路的基本性質(zhì)，為計(jì)算復(fù)雜電路提供了另一種方法。疊加原理的內(nèi)容是：在線性電路中若存在多個(gè)電源共同作用，電路中任一支路的電流或電壓，等于電路中各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，在該支路中產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。用疊加原理求解電路，可以將一個(gè)多電源的電路分解成多個(gè)單電源電路。這個(gè)方法使含多個(gè)電源的復(fù)雜電路的計(jì)算變得簡(jiǎn)單明了。用疊加原理分析電路時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：四、疊加原理（1）（2）（3）（1）疊加原理只適用于線性電路（電路中元件均為線性元件的電路），對(duì)非線性電路（包含非線性元件的電路）則不適用。（2）每個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，其余電源不發(fā)揮作用（用導(dǎo)線代替），其相應(yīng)的電流、電壓為零。電路的連接結(jié)構(gòu)不變，電阻的阻值及位置不變，各分量的參考方向不變。（3）將各個(gè)電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的電流或電壓合成時(shí)，必須注意參考方向。當(dāng)分量的參考方向與總量的參考方向一致時(shí)，該分量取正值，反之取負(fù)值?！纠?-6】如圖1-23所示，已知E1=60V，E2=27V，R1=40Ω，R2=60Ω，R3=30Ω，R4=60Ω，用疊加原理求電路中R3上的電壓U3。解：電源E1單獨(dú)作用時(shí)的電路如圖1-24所示。有因?yàn)?/p>

電源E2單獨(dú)作用時(shí)的電路如圖1-25所示。有圖1-23

【例1-6】電路圖1-24電源E1單獨(dú)作用時(shí)的電路圖1-25電源E2單獨(dú)作用時(shí)的電路根據(jù)疊加原理，電源E1和E2共同作用時(shí)，電阻R3上的電流I3為I3=I′3－I″3=2/3－1/2=1/6（A），方向與I′3相同。R3上的電壓為綜上所述，應(yīng)用疊加原理求解各支路電流或某負(fù)載上的電壓時(shí)，可按以下步驟進(jìn)行：（1）分別畫(huà)出由每一個(gè)電源單獨(dú)作用的分圖，其余電源只保留其內(nèi)電阻。（2）計(jì)算出分圖中每一支路電流的大小，判定方向。（3）求出各電源在各個(gè)支路中產(chǎn)生的電流的代數(shù)和，此電流即是各電源共同作用時(shí)產(chǎn)生的各支路電流。（4）根據(jù)部分電路歐姆定律求出各負(fù)載上的電壓。學(xué)習(xí)單元三常用電工儀表的基本知識(shí)CONCENTS電工儀表也稱(chēng)電工測(cè)量?jī)x表，是用來(lái)測(cè)量電流、電壓、電功率、電能、電阻、電容、電感等電磁量的儀表。電工儀表是電工測(cè)量工作中使用最多的設(shè)備。在汽車(chē)維修過(guò)程中，很多故障需要對(duì)汽車(chē)電路進(jìn)行檢測(cè)。了解常用電工儀表的基本知識(shí)是掌握電工電子技術(shù)、進(jìn)行汽車(chē)電路檢測(cè)的基礎(chǔ)。電工儀表按測(cè)量方式不同可分為兩大類(lèi)：直讀式儀表和比較式儀表。直讀式儀表能夠直接指示被測(cè)量的大小，比較式儀表則需將被測(cè)量與同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較獲得其大小。常用電工儀表以直讀式儀表為主。直讀式儀表可按工作原理、測(cè)量對(duì)象、工作電流種類(lèi)、使用方法、準(zhǔn)確度等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)。一、常用電工儀表的分類(lèi)電工儀表與其他儀表一樣，由型號(hào)表示其用途、作用及工作原理。各類(lèi)產(chǎn)品的型號(hào)按有關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)編制。安裝式儀表型號(hào)的含義如圖1-26所示。電工儀表二、電工儀表的型號(hào)及標(biāo)識(shí)1.電工儀表的型號(hào)圖1-26安裝式儀表型號(hào)的含義11%64%2.電工儀表的標(biāo)識(shí)25%根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電工儀表的盤(pán)面上都刻有儀表型號(hào)、測(cè)量對(duì)象單位、準(zhǔn)確度等級(jí)、電源種類(lèi)和相數(shù)、使用條件、準(zhǔn)確度、各種額定值等指標(biāo)，這些指標(biāo)都用專(zhuān)門(mén)的圖形符號(hào)表示。幾種常用的符號(hào)見(jiàn)表1-3~表1-9。表1-3儀表工作原理的符號(hào)表1-4電流種類(lèi)的符號(hào)表1-5準(zhǔn)確度等級(jí)的符號(hào)表1-6工作位置的符號(hào)表1-6工作位置的符號(hào)表1-7絕緣強(qiáng)度的符號(hào)在實(shí)際工作中，經(jīng)常需要用儀表對(duì)電路中各物理量的數(shù)值進(jìn)行測(cè)量，下面介紹常用的電工儀表及測(cè)量方法。三、電工測(cè)量（一）電流和電壓的測(cè)量測(cè)量電路中的電流使用電流表，如圖1-27（a）所示；測(cè)量電路中的電壓使用電壓表，如圖1-27（b）所示。圖1-27電流表和電壓表按測(cè)量電路的性質(zhì)不同，電流表、電壓表可分為交流、直流兩類(lèi)。直流電流表、直流電壓表的表頭上分別標(biāo)有

，交流電流表、交流電壓表的表頭上分別標(biāo)有

。11%64%1.電流表和電壓表的使用方法及要求25%（1）應(yīng)選用量程合適的電流表和電壓表，待測(cè)電流和電壓不能超過(guò)電表的量程。為了保證測(cè)量精度，儀表指針的指示值不得小于量程的2/3。（2）測(cè)量電流時(shí)，電流表應(yīng)串聯(lián)在被測(cè)電路中，如圖1-28（a）所示。如果不慎將電流表與被測(cè)電路并聯(lián)，則電流表可能會(huì)被燒壞。如果被測(cè)電流過(guò)大，須用一個(gè)分流電阻與表頭并聯(lián)。1.電流表和電壓表的使用方法及要求圖1-28負(fù)載電流和負(fù)載電壓的測(cè)量（3）電壓表應(yīng)并聯(lián)在待測(cè)電路兩端，如圖1-28（b）所示。（4）使用儀表前，應(yīng)檢查指針是否指零。如不指零，則需要通過(guò)調(diào)零裝置把指針調(diào)到零位。20%10%35%10%25%鉗形電流表分為數(shù)字式和模擬式兩類(lèi)。鉗形電流表是由電流互感器和帶整流裝置的磁電系表頭組成的，如圖1-29所示。電流互感器的鐵心呈鉗口形，當(dāng)捏緊把手時(shí)，鐵心張開(kāi)，可以將載流導(dǎo)線通過(guò)張開(kāi)的鉗口放入鉗口內(nèi)，松開(kāi)把手后，鐵心閉合，通有被測(cè)電流的導(dǎo)線成為電流互感器的一次線圈。經(jīng)測(cè)量后，在不同的擋位得到不同的測(cè)量結(jié)果。2.鉗形電流表圖1-29互感式鉗形電流表的結(jié)構(gòu)把被測(cè)電阻接到電源上。在通電的情況下，用電流表和電壓表測(cè)出流經(jīng)電阻的電流I和電阻兩端的電壓U，然后根據(jù)歐姆定律計(jì)算出電阻（R=U/I）。測(cè)量電路的連接方式通常有電流表外接法和電流表內(nèi)接法兩種，如圖1-30所示。1.用伏安法測(cè)量電阻圖1-30用伏安法測(cè)量電阻三、電工測(cè)量（二）電阻的測(cè)量2.用電阻表測(cè)量電阻電阻表（也稱(chēng)歐姆表）是一種自帶電源、可直接測(cè)量電阻的儀表。用電阻表測(cè)量電阻時(shí)，要將待測(cè)電阻與外電路斷開(kāi)，直接將其接在電阻表的兩個(gè)表筆之間，讀出讀數(shù)即可。由于電阻表自帶的電池在使用過(guò)程中電動(dòng)勢(shì)將逐漸降低，所以在每次使用電阻表前都要先校準(zhǔn)零點(diǎn)。圖1-31兆歐表的外形和標(biāo)尺3.用兆歐表測(cè)量絕緣電阻兆歐表又稱(chēng)搖表，其外形和標(biāo)尺如圖1-31所示。兆歐表是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量絕緣電阻的便攜式儀表，它由手搖發(fā)電機(jī)、測(cè)量機(jī)構(gòu)和倍率旋鈕組成。電器絕緣性能的好壞直接關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行和人身安全。（1）低壓電氣設(shè)備選擇低壓兆歐表（500V以下），并選擇合適的量程（電壓和測(cè)量范圍）。（2）高壓電氣設(shè)備選擇1000～2500V的高壓兆歐表。（3）測(cè)量前，需要斷開(kāi)被測(cè)量設(shè)備的電源，并要事先放電。（4）測(cè)量絕緣電阻過(guò)程中，搖動(dòng)手柄應(yīng)該由慢變快，達(dá)到120r/min的速度后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，1min后的穩(wěn)定測(cè)量值方為正確讀數(shù)；搖動(dòng)手柄時(shí)，不能忽快忽慢。（5）接“L”和“E”端子，緩慢搖動(dòng)手柄，看指針是否指在標(biāo)尺的“0”位。（6）要求以120r/min的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，觀察指針是否處于“∞”位置。需要注意的事項(xiàng)如下：在測(cè)量技術(shù)中，由于電橋法測(cè)得的電阻值比較精確，所以應(yīng)用較為廣泛。如圖1-32所示，調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭D的位置，使檢流計(jì)G的示數(shù)為零，此時(shí)檢流計(jì)兩端的B、D兩點(diǎn)電位相等，則可知將兩式相比，得由電阻R及R1、R2的值即可得出待測(cè)電阻Rx的值。由于電阻R及R1、R2均采用標(biāo)準(zhǔn)電阻，所以測(cè)量結(jié)果的精度較高。4.用電橋法測(cè)量電阻圖1-32用電橋法測(cè)量電阻萬(wàn)用表三、電工測(cè)量（三）萬(wàn)用表的使用萬(wàn)用表是一種多用途電表，它的特點(diǎn)是量程多、用途廣，選擇合適的擋位可以測(cè)量電流、電壓、電阻等參數(shù)。有些萬(wàn)用表還能測(cè)量電感、電容、電功率、晶體管參數(shù)等。萬(wàn)用表由于使用、攜帶方便，價(jià)格便宜，在對(duì)測(cè)量精確度要求不高的場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)的萬(wàn)用表分為指針式（圖1-33）和數(shù)字式（圖1-34）兩類(lèi)。指針式萬(wàn)用表只要將左右兩個(gè)旋鈕置于測(cè)量擋位，儀表便可使用，使用結(jié)束將兩個(gè)旋鈕置于“●”位置。數(shù)字式萬(wàn)用表的開(kāi)、關(guān)均直接受“ON/OFF”按鈕的控制。圖1-33指針式萬(wàn)用表圖1-34數(shù)字式萬(wàn)用表1.直流電流的測(cè)量如圖1-35（a）所示，用指針式萬(wàn)用表測(cè)量直流電流時(shí)，可先將紅表筆插入“+”插孔中，黑表筆插入“-”插孔中（有些標(biāo)有“COM”）；將左、右旋鈕分別置于“A”和直流電流估測(cè)擋位上，再將表筆串接在被測(cè)電路中，讀取指針指示值即可。如圖1-35（b）所示，用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量直流電流時(shí)，可先將紅表筆插入“mA”插孔內(nèi)，黑表筆插入“COM”插孔中，將中間功能旋鈕置于“DCA”量程擋，并將表筆串接在被測(cè)電路中，讀取顯示屏顯示的數(shù)值即可。圖1-35萬(wàn)用表測(cè)電流2.直流電壓的測(cè)量如圖1-36（a）所示，用指針式萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓時(shí)，可先將紅表筆插入“+”插孔中，黑表筆插入“-”插孔中；將左右旋鈕分別置于“V”和直流電壓估測(cè)擋位上，再將表筆并接在被測(cè)負(fù)載或信號(hào)源上；讀取指針指示值即可。刻度線應(yīng)和所選擋位相對(duì)應(yīng)。如圖1-36（b）所示，用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓時(shí)，可先將紅表筆插入“V/Ω”插孔中，將黑表筆插入“COM”插孔中，將中間功能旋鈕置于“DCV”量程擋，并將表筆并接在負(fù)載或信號(hào)源上；讀取顯示屏顯示的數(shù)值。數(shù)字式萬(wàn)用表顯示電壓數(shù)值的同時(shí)也會(huì)顯示紅表筆的極性。圖1-36萬(wàn)用表測(cè)電壓如圖1-37（a）所示，用指針式萬(wàn)用表測(cè)量電阻時(shí)，可先將紅表筆插入“+”插孔中，黑表筆插入“-”插孔中；將左、右旋鈕分別置于“Ω”和電阻估測(cè)擋位上；將兩個(gè)表筆短接，使指針向滿(mǎn)刻度方向偏轉(zhuǎn)，然后調(diào)節(jié)電位器旋鈕，使指針指示在“Ω”刻線的零位置上；再用表筆測(cè)量被測(cè)電阻的阻值。如圖1-37（b）所示，用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量電阻時(shí)，可先將紅表筆插入“V/Ω”插孔內(nèi)，將黑表筆插入“COM”插孔中，將中間功能旋鈕置于“Ω”量程擋，并將表筆跨接在被測(cè)電阻兩端；讀取顯示屏顯示的數(shù)值。電阻的測(cè)量3.電阻的測(cè)量需要注意的事項(xiàng)如下：（1）將指針式萬(wàn)用表表筆短接時(shí)，若調(diào)節(jié)電位器不能使指針指示到刻度零位置，表示表內(nèi)電池電壓不足；將數(shù)字式萬(wàn)用電表的“ON/OFF”按鈕按下，若屏幕上出現(xiàn)電池符號(hào)，表示表內(nèi)電池電壓不足。（2）測(cè)量在路電阻時(shí)，須確認(rèn)被測(cè)量的電路已切斷電源，同時(shí)確認(rèn)電容已放完電。圖1-37萬(wàn)用表測(cè)電阻xx%xx%xx%xx%直流電路汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表在普通萬(wàn)用表原有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，充分展現(xiàn)了功能更加完善、性能更加可靠等特點(diǎn)，具有汽車(chē)專(zhuān)用項(xiàng)目的測(cè)試功能。（四）汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表的使用（1）對(duì)汽車(chē)信號(hào)的適應(yīng)性不同。檢測(cè)汽車(chē)電控系統(tǒng)的各個(gè)端口、傳感器及執(zhí)行器時(shí)，要求儀表對(duì)電控系統(tǒng)的信號(hào)影響越小越好，否則會(huì)造成汽車(chē)電控系統(tǒng)電路元件和傳感器的損壞。汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表具有很高的內(nèi)阻、很寬的頻帶和很高的靈敏度。（2）對(duì)汽車(chē)電磁環(huán)境的適應(yīng)性不同。汽車(chē)上的電磁干擾很強(qiáng)，如汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器的電流斷續(xù)控制等，均會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁輻射，汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。（3）汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表相比于普通萬(wàn)用表功能更完備。1.汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表與普通萬(wàn)用表的區(qū)別汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表因型號(hào)不同，其面板布置形式各異，一般由液晶顯示屏、功能按鈕、選擇開(kāi)關(guān)和表筆插孔等部分組成。3.汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表的面板2.汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表的主要用途（1）測(cè)量充電電流、發(fā)電機(jī)電流、電路負(fù)載等。（2）檢測(cè)接地電壓、接頭連續(xù)性、線束、電纜、繼電器、燈、開(kāi)關(guān)等。（3）檢測(cè)發(fā)電機(jī)、二極管、繼電器、冷凝器、點(diǎn)火線圈、高壓線等。圖1-38

KM300型車(chē)用數(shù)字萬(wàn)用表

1—直流/交流按鈕；2—保持按鈕；3—量程按鈕；4—車(chē)速按鈕；5—選擇開(kāi)關(guān)目前常用的汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表有EDA系列、OTC系列、VC400型和KM300型等?，F(xiàn)以美國(guó)艾克強(qiáng)公司的產(chǎn)品KM300型汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表為例介紹其使用方法。如圖1-38所示，KM300型汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表由液晶顯示屏、功能按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、表筆插孔等組成。表筆插孔由公共座孔（用于測(cè)量電壓、電阻、頻率、閉合角、頻寬比、轉(zhuǎn)速等）、搭鐵座孔、電流測(cè)量孔、溫度測(cè)量孔等構(gòu)成。4.汽車(chē)專(zhuān)用萬(wàn)用表的測(cè)量方法（1）將萬(wàn)用表選擇開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到直流電壓（DCV）位置，此時(shí)萬(wàn)用表進(jìn)入自動(dòng)選擇量程方式，能自動(dòng)選擇最佳測(cè)量量程。也可以按下量程（RANGE）按鈕，選擇手動(dòng)選擇量程方式，每按動(dòng)量程按鈕一次，即可選擇更高的量程。（2）紅色測(cè)針的導(dǎo)線插入V/Ω插孔中，黑色測(cè)針的導(dǎo)線插入COM插孔中。紅、黑測(cè)針接到被測(cè)電路上，如圖1-39所示。（3）要注意萬(wàn)用表的“+”“-”測(cè)針應(yīng)與電路測(cè)量點(diǎn)的“+”“-”極性一致。（4）讀取被測(cè)直流電壓值。1）測(cè)量直流電壓圖1-39測(cè)量直流電壓（1）按下“直流/交流按鈕”，選擇直流擋。（2）根據(jù)被測(cè)電流的大小，將選擇開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到15A、15mA或15μA位置，如果不能確定所需電流量程，應(yīng)先從15A開(kāi)始選擇。（3）紅色測(cè)針的導(dǎo)線插入所選定的15A（mA/μA）插孔內(nèi)，黑色測(cè)針的導(dǎo)線插入COM插孔內(nèi)。紅、黑測(cè)針接到被測(cè)電路上，與電路串聯(lián)，如圖1-40所示。（4）接通被測(cè)電路。（5）讀取被測(cè)直流電流值。2）測(cè)量直流電流（1）將選擇開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋，此時(shí)萬(wàn)用表進(jìn)入自動(dòng)選擇量程方式，能自動(dòng)選擇最佳測(cè)量量程。也可以按下量程（RANGE）按鈕，選擇手動(dòng)選擇量程方式，按動(dòng)量程按鈕選擇適當(dāng)?shù)牧砍?。?）紅色測(cè)針的導(dǎo)線插入V/Ω插孔中，黑色測(cè)針的導(dǎo)線插入COM插孔中。紅、黑測(cè)針接到被測(cè)元件上，如圖1-41所示。（3）讀取被測(cè)電阻值。測(cè)量電阻時(shí)不可帶電操作，否則易燒毀萬(wàn)用表。3）測(cè)量電阻圖1-40測(cè)量直流電流圖1-41測(cè)量電阻（1）驗(yàn)證基爾霍夫定律，加深對(duì)KCL方程、KVL方程的理解。（2）加深對(duì)電流、電壓參考方向的認(rèn)識(shí)。（3）進(jìn)一步掌握電流表、電壓表、萬(wàn)用表、直流穩(wěn)壓電源的正確使用方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）直流穩(wěn)壓電源2臺(tái)。（2）直流電流表3臺(tái)。（3）萬(wàn)用表1臺(tái)。（4）100Ω、50Ω、30Ω的電阻各1個(gè)。二、實(shí)驗(yàn)器材【實(shí)訓(xùn)】基爾霍夫定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路圖基爾霍夫定律的驗(yàn)證原理圖如圖1-42所示。三、實(shí)驗(yàn)電路圖圖1-42基爾霍夫定律的驗(yàn)證原理圖四、實(shí)驗(yàn)步驟（1）用萬(wàn)用表檢驗(yàn)電路中各元件。①用電壓擋測(cè)量2個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)。②用電阻擋測(cè)量3個(gè)電阻的阻值。③將測(cè)得結(jié)果填入表1-10。（2）驗(yàn)證基爾霍夫電流定律。①按圖1-42接好電路（電流表的“+”“-”端按選定的電流參考方向連接），檢查無(wú)誤后接通電源。②讀出3個(gè)電流表的數(shù)值，若發(fā)現(xiàn)電流表指針?lè)雌?，?yīng)立即切斷電路，將電流表的“+”“-”端調(diào)換后再測(cè)，并將電流記為負(fù)值。③將測(cè)量結(jié)果填入表1-11，并驗(yàn)算其代數(shù)和是否為零。四、實(shí)驗(yàn)步驟（3）驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律。①沿回路Ⅰ測(cè)各段電壓Uab、Ubc、Uca，沿回路Ⅱ測(cè)各段電壓Uad、Udb、Uba。測(cè)量時(shí)注意參考方向，若電表指針正向偏轉(zhuǎn)，讀數(shù)記為正值，若指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)，則應(yīng)將電壓表的“+”“-”端調(diào)換后再測(cè)，并將電壓記為負(fù)值。②將測(cè)量結(jié)果填入表1-12，并驗(yàn)算其代數(shù)和是否為零。③用支路電流法列出方程，計(jì)算出I1、I2、I3的理論值，將結(jié)果填入表1-11，將此結(jié)果與測(cè)得的數(shù)值進(jìn)行比較，如有誤差，分析其產(chǎn)生原因。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1-10～表1-12所示。表1-10用萬(wàn)用表檢測(cè)電路中各元件表1-11驗(yàn)證基爾霍夫電流定律表1-12驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律THANKYOU模塊二交流電路11%64%25%目前，汽車(chē)中的發(fā)電機(jī)幾乎都采用三相同步交流發(fā)電機(jī)，再通過(guò)整流將交流電變?yōu)橹绷麟姽┯秒娫O(shè)備使用。要掌握汽車(chē)電路的維修及檢測(cè)方法，必須學(xué)習(xí)和掌握交流電路的有關(guān)知識(shí)。本模塊主要學(xué)習(xí)交流電的基本概念及基本理論，這些基本概念和基本理論是后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)。理解交流電、正弦交流電的概念。理解正弦交流電的三要素。了解交流電路中的參數(shù)及相互之間的關(guān)系。理解正弦交流電的相量表示法。掌握單相交流電路的有關(guān)規(guī)律。掌握三相交流電路的有關(guān)規(guī)律。掌握三相交流電路中負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。學(xué)習(xí)目標(biāo)技能目標(biāo)學(xué)習(xí)單元一交流電的基本知識(shí)CONCENTS在生產(chǎn)和生活實(shí)際中，交流電的應(yīng)用更為廣泛。在電網(wǎng)中，由發(fā)電廠發(fā)出的電是交流電，輸電線路上輸送的是交流電，各種交流電動(dòng)機(jī)使用的也是交流電，一些需要直流電的場(chǎng)合，也往往是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電使用。為什么交流電的應(yīng)用要比直流電廣泛？交流電有什么特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)？大小和方向隨時(shí)間做周期性變化，并且在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為零的電壓、電流和電動(dòng)勢(shì)統(tǒng)稱(chēng)交流電。圖2-1（a）所示為直流電的波形圖，圖2-1（b）、圖2-1（c）、圖2-1（d）分別為正弦波、方波及三角波交流電的波形圖。一、交流電的概念與特點(diǎn)1.交流電的概念圖2-1直流電與各種交流電的波形從圖2-1中交流電的波形圖可以看出，交流電隨時(shí)間的變化進(jìn)行周期性的重復(fù)。交流電完成一次周期性變化所需要的時(shí)間稱(chēng)為交流電的周期。為了區(qū)別交流電和直流電，直流電的物理量用大寫(xiě)英文字母表示，如US、I、U等；交流電的物理量用小寫(xiě)英文字母表示，如eS、i、u等。交流電動(dòng)勢(shì)的圖形符號(hào)也與直流電動(dòng)勢(shì)不同，如圖2-2所示。由于交流電的實(shí)際方向不斷反復(fù)變化，圖中標(biāo)出的電動(dòng)勢(shì)eS、電流i和電壓u的方向?yàn)閰⒖挤较颍?dāng)各參數(shù)的實(shí)際方向與參考方向相同時(shí)為正值，反之為負(fù)值。圖2-2交流電路2.交流電的表示11%64%3.交流電的特點(diǎn)25%與直流電相比，交流電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)電、配電和傳遞信息方面。（1）交流發(fā)電機(jī)可以很方便地把機(jī)械能（如水流能、風(fēng)能等）、化學(xué)能（如石油、天然氣等）等其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，設(shè)備設(shè)施方面更加經(jīng)濟(jì)。（2）交流電可以方便地通過(guò)變壓器升壓和降壓，給配送電能帶來(lái)極大的方便，且能量損失少。（3）用來(lái)傳遞信息（如聲音、圖像等）的電信號(hào)也必須是變化的交流電，不可能是恒定的直流電。因此，在實(shí)際生產(chǎn)生活中，交流電的應(yīng)用更為廣泛。（1）最大值。正弦交流電的最大值是指交流電瞬時(shí)值所能達(dá)到的最大值。在正弦交流電的表達(dá)式中，Em、Um、Im分別是正弦交流電動(dòng)勢(shì)、正弦交流電壓、正弦交流電流的最大值。（2）有效值。交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的。把某一交流電與直流電分別通過(guò)兩個(gè)相同的電阻，如果在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生相同的熱量，則該直流電的電量值就稱(chēng)為對(duì)應(yīng)交流電的有效值。正弦交流電二、正弦交流電的三要素1.最大值和有效值工程中常用頻率或周期來(lái)表示正弦交流電變化的快慢。（1）頻率。交流電在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)稱(chēng)為正弦交流電的頻率，用f表示，單位是赫茲（Hz），簡(jiǎn)稱(chēng)赫。（2）周期。正弦交流電完成1次周期性變化所需的時(shí)間稱(chēng)為正弦交流電的周期，用T表示，單位是秒（s）。根據(jù)定義可知，周期和頻率互為倒數(shù)，即或2.頻率、周期和角頻率（3）角頻率。角頻率也是描述正弦交流電變化快慢的物理量。把交流電每秒鐘變化的電角度稱(chēng)為交流電的角頻率，用ω表示，單位是弧度/秒（rad/s）。因?yàn)榻涣麟娡瓿?次周期性變化所對(duì)應(yīng)的電角度為2π，所用時(shí)間為T(mén)，所以角頻率ω和周期T及頻率f的關(guān)系為T(mén)我國(guó)采用50Hz作為電力標(biāo)準(zhǔn)頻率，也稱(chēng)工頻，其周期是0.02s，角頻率是100πrad/s或314rad/s。11%64%3.相位、初相和相位差25%（1）相位。在正弦交流電的解析式中，正弦符號(hào)后面相當(dāng)于角度的量j=（ωt+j0）稱(chēng)為交流電的相位，又稱(chēng)相位角。它是一個(gè)隨時(shí)間變化的量，不僅決定交流電瞬時(shí)值的大小和方向，還可以用來(lái)比較交流電的變化步調(diào)。

（2）初相。t=0時(shí)的相位j0稱(chēng)為初相，它反映交流電起始時(shí)刻的狀態(tài)。初相不同，起始值就不同，到達(dá)最大值和某一特定值所需的時(shí)間就不同。圖2-3所示為初相j0不同時(shí)的波形圖。圖2-3初相的3種情況（3）相位差。兩個(gè)同頻率正弦交流電的相位之差稱(chēng)為它們的相位差，用Δj表示。設(shè)有兩個(gè)同頻率的正弦交流電的表達(dá)式為【例2-1】

已知正弦交流電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e1=311sin(314t+π/3)V。（1）求Em、ω、T、f、相位（ωt+）、初相

。（2）畫(huà)出該電動(dòng)勢(shì)的波形圖。（3）計(jì)算t1=0.01s和t2=0.02s時(shí)的瞬時(shí)值。（4）若有另一電動(dòng)勢(shì)e2=311sin（314t+π/6）V，求e1和e2的相位差。圖2-4正弦交流電動(dòng)勢(shì)e1的波形圖【例2-1】

解：（1）由解析式可知最大值Em=311V，角頻率ω=314rad/s，周期T=2π/ω=2π/314≈0.02s，頻率f=1/T=1/0.02=50Hz，相位j=（ωt+je）=（314t+π/3）rad，初相je=π/3（rad）。（2）正弦交流電動(dòng)勢(shì)e1的波形圖如圖2-4所示。（3）t1=0.01s時(shí)的瞬時(shí)值e1=311sin（314×0.01+π/3）=-269（V），t2=0.02s時(shí)的瞬時(shí)值e2=311sin（314×0.02+π/3）=269（V）。（4）相位差Δj=je1－je2=π/3－π/6=π/6（rad）。正弦交流電三、正弦交流電的表示方法解析式法就是用三角函數(shù)式表示正弦交流電與時(shí)間的變化關(guān)系的方法。正弦交流電動(dòng)勢(shì)、正弦交流電壓、正弦交流電流的常用解析式形式如下：1.解析式法波形圖法是先根據(jù)解析式計(jì)算出數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)在平面直角坐標(biāo)系中畫(huà)出曲線表示交流電的方法，如圖2-5（a）所示。2.波形圖法圖2-5正弦交流電的波形圖和旋轉(zhuǎn)相量圖11%64%3.相量表示法25%旋轉(zhuǎn)相量表示法是在平面直角坐標(biāo)系中用一個(gè)通過(guò)原點(diǎn)的、以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的相量來(lái)表示正弦交流電的方法。在直角坐標(biāo)系中，從原點(diǎn)作一個(gè)矢量，其長(zhǎng)度與正弦電流的最大值成正比，矢量與橫軸正方向的夾角等于初相。矢量以正弦量的角頻率ω沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則在任意時(shí)刻t，旋轉(zhuǎn)相量在縱軸上的投影就等于正弦交流電的瞬時(shí)值。1）旋轉(zhuǎn)相量表示法由于在交流電路的分析計(jì)算中，主要討論同頻率正弦交流電的有效值和它們的相位關(guān)系，所以相量圖一般采用有效值相量圖（簡(jiǎn)稱(chēng)相量圖）。相量的長(zhǎng)短表示有效值的大小，相量與橫軸正方向的夾角等于初相j0，相量旋轉(zhuǎn)的角速度不再標(biāo)出。有效值相量常用EUI表示。例如，3個(gè)同頻率的正弦量分別為它們的相量圖如圖2-6所示。用有效值相量圖表示正弦量后，煩瑣的正弦量的三角函數(shù)加、減運(yùn)算可轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)便、直觀的矢量的幾何運(yùn)算。2）相量圖表示法【例2-2】已知u1=20sin(314t+π/6)V，u2=15sin(314t－π/3)V。（1）畫(huà)出u1、u2的有效值相量圖。（2）求u=u1+u2的瞬時(shí)表達(dá)式。解：（1）u1、u2的有效值相量圖如圖2-7所示。（2）應(yīng)用平行四邊形法則作出總相量U，如圖2-7所示，由圖可知：所以圖2-6正弦交流電的相量圖圖2-7

【例2-2】有效值相量圖學(xué)習(xí)單元二單相交流電路CONCENTS由正弦交流電源供電的電路稱(chēng)為正弦交流電路。交流電路按電源中交變電動(dòng)勢(shì)的個(gè)數(shù)分為單相交流電路和三相交流電路。單相交流電路只有一個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)，三相交流電路有三個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)。本學(xué)習(xí)單元從理想的單一參數(shù)元件（純電阻、純電感和純電容）電路入手，研究單一元件電路中電壓和電流的大小關(guān)系和相位關(guān)系以及電路的功率。由純電阻元件（平時(shí)所用的白熾燈、電爐、電烙鐵等可以理想地看作純電阻元件）和交流電源組成的電路稱(chēng)為純電阻電路，圖2-8所示就是一個(gè)純電阻電路。假設(shè)加在電阻R兩端的電壓為根據(jù)部分電路歐姆定律，通過(guò)電阻的電流為一、純電阻電路圖2-8純電阻電路示例最大值關(guān)系為將上式兩邊同除以2，則得到電壓和電流的有效值關(guān)系為1.電壓和電流的關(guān)系由電壓和電流的瞬時(shí)表達(dá)式還可看出，在純電阻電路中，電壓和電流同相位，即1）最大值關(guān)系2）有效值關(guān)系3）相位關(guān)系上式稱(chēng)為純電阻電路中的歐姆定律，它與直流電路中歐姆定律形式相同。所不同的是，純電阻電路中的電壓和電流是指交流電壓、電流的有效值。用相量表示，則電壓和電流的相量關(guān)系為上式是純電阻電路中歐姆定律的相量表達(dá)式。根據(jù)上述結(jié)論，可作出純電阻電路中電流和電壓的波形圖與相量圖，如圖2-9所示。1.電壓和電流的關(guān)系4）相量關(guān)系圖2-9純電阻電路中電壓和電流的波形圖和相量圖2.功率由功率的定義式可知，電壓瞬時(shí)值uR和電流瞬時(shí)值iR的乘積為瞬時(shí)功率，用p表示，即圖2-10純電阻電路瞬時(shí)功率變化曲線1）瞬時(shí)功率純電阻電路瞬時(shí)功率變化曲線如圖2-10所示。由于純電阻電路中電壓和電流同相，所以始終有p≥0，表明電阻總是向電源取用功率，即電阻元件是一種耗能元件。由于瞬時(shí)功率隨時(shí)間做周期性變化，測(cè)量和計(jì)算都不方便，所以在實(shí)際應(yīng)用中常用平均功率來(lái)表示電阻所消耗的功率。瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值稱(chēng)為平均功率，也稱(chēng)有功功率，用字母P表示，單位為瓦特（W）。我們平時(shí)所說(shuō)的負(fù)載消耗的功率，如40W日光燈、100W電烙鐵、2kW電爐等都是指平均功率。平均功率等于瞬時(shí)功率最大值的一半，即可見(jiàn)，平功功率不隨時(shí)間變化，這與直流電路中電阻元件的功率表達(dá)式相同，但上式中的UR、IR分別為正弦交流電壓、電流的有效值。2）平均功率【例2-3】一只標(biāo)有“220V，2000W”的電爐接在電源電壓為u=311sin(314t+π/6)V的電路中。（1）求該電爐的電阻。（2）求該電爐中通過(guò)的電流，寫(xiě)出其瞬時(shí)表達(dá)式。解：又因?yàn)殡妷汉碗娏魍?，所以電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i=9.12sin(314t+π/6)A。通過(guò)以上分析，可得出純電阻電路有以下特點(diǎn)：（1）在純電阻電路中，電壓與電流同頻率、同相位，電壓與電流的瞬時(shí)值、最大值、有效值都遵循歐姆定律。（2）電阻對(duì)直流電和交流電的阻礙作用相同。電阻是耗能元件，直流電和交流電通過(guò)電阻時(shí)，電流都要做功，把電能轉(zhuǎn)化為熱能。（3）純電阻電路的平均功率等于電流的有效值和電阻兩端電壓有效值的乘積。由交流電源和純電感元件組成的電路稱(chēng)為純電感電路。它是一個(gè)理想電路的模型，實(shí)際的電感線圈都用導(dǎo)線繞制而成，總有一定的電阻。但當(dāng)其電阻很小，影響可忽略不計(jì)時(shí)，可近似看作純電感元件。二、純電感電路在圖2-11所示的純電感電路中，用手搖發(fā)電機(jī)或超低頻交流信號(hào)發(fā)生器作為電源給純電感電路通低頻交流電時(shí)，可以看到，電壓表和電流表的指針擺動(dòng)的步調(diào)是不同的。（1）有效值關(guān)系。有效值關(guān)系為或上式稱(chēng)為純電感電路的歐姆定律表達(dá)式。把它和電阻元件的歐姆定律表達(dá)式相比較，可以看出XL相當(dāng)于電阻R，表示電感對(duì)交流電的阻礙作用，稱(chēng)為感抗，單位也是歐姆（Ω）。1.電壓和電流的關(guān)系圖2-11純電感電路（2）最大值關(guān)系。將上式變形可得或上式說(shuō)明，在純電感電路中，電壓與電流的最大值之間也遵從歐姆定律。（3）相位關(guān)系。相位關(guān)系為要特別注意的是，在純電感電路中，由于電壓和電流的相位不同，所以電壓和電流的瞬時(shí)值之間不遵從歐姆定律。電壓和電流的相量圖如圖2-12（a）所示。圖2-12純電感電路的電壓、電流及功率的關(guān)系2.感抗在圖2-11所示的電路中，如果保持電源頻率和輸出電壓不變，將鐵心插入空心線圈，使電感L增大，可以看到電流表讀數(shù)減小，這表明當(dāng)電感L增大時(shí)，感抗XL也增大。若保持電源輸出電壓和線圈電感不變，改變電源的頻率大小，觀察電流表的變化，可以看到，當(dāng)頻率增大時(shí)，電流表的讀數(shù)減小，說(shuō)明感抗增大；當(dāng)電源頻率減小時(shí)，電流表讀數(shù)增大，說(shuō)明感抗減小。以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，感抗XL的大小與線圈電感L和交流電的頻率f有關(guān)，它們之間的關(guān)系式為（1）瞬時(shí)功率。假設(shè)電流瞬時(shí)值為則電壓瞬時(shí)值為所以純電感電路的瞬時(shí)功率為由上式可知，純電感電路的瞬時(shí)功率是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的，其波形圖如圖2-12（b）所示。從圖中可以看出，功率曲線一半為正，一半為負(fù)，它與時(shí)間軸所包圍的面積為零。3.功率（2）無(wú)功功率。為反映電感元件與電源之間能量交換的規(guī)模，把瞬時(shí)功率的最大值稱(chēng)為無(wú)功功率，用QL表示，其單位是乏（var），即無(wú)功功率中“無(wú)功”是相對(duì)于“有功”而言的，其含義是“交換”而不是“消耗”，其實(shí)質(zhì)是表征儲(chǔ)能元件在電路中能量交換的規(guī)模。通過(guò)以上討論，可看出純電感電路具有以下特點(diǎn)：①電壓和電流同頻率而不同相位，電壓超前電流π/2。②電壓與電流的最大值和有效值之間遵從歐姆定律，但瞬時(shí)值由于相位不同，所以不遵從歐姆定律。③純電感電路的有功功率為零，即電感是儲(chǔ)能元件，不消耗功率。④純電感電路的無(wú)功功率等于電感兩端電壓有效值和電流有效值的乘積。3.功率【例2-4】

一個(gè)電阻可以忽略的線圈L=0.35H，接到uL=2202sin（100πt+π/6）V的交流電源上，試求線圈的感抗、電流的有效值、電路的有功功率和無(wú)功功率。解：由電壓的瞬時(shí)表達(dá)式可知：感抗為電流的有效值為電路的有功功率為電路的無(wú)功功率為【例2-5】

一個(gè)線圈接到頻率為50Hz、電壓為220V的交流電源上，通過(guò)線圈的電流為22A，試求線圈的電感。如果電源電壓仍為220V，而頻率變?yōu)?00Hz，求通過(guò)線圈的電流和無(wú)功功率。解：當(dāng)電源頻率f=50Hz時(shí)，電路的感抗為因?yàn)樗援?dāng)電源頻率f=500Hz時(shí)，電路的感抗為線圈的電流為無(wú)功功率為由交流電源和純電容元件組成的電路稱(chēng)為純電容電路，如圖2-13所示。三、純電容電路1.電壓與電流的關(guān)系圖2-13純電容電路若在純電容元件的兩端加上一個(gè)正弦電壓uC=UCmsin（ωt+ju），用雙蹤示波器觀察電壓和電流的波形可發(fā)現(xiàn)：在純電容電路中，電壓滯后電流π/2，正好和純電感電路情況相反。連續(xù)改變電壓的大小，記下幾組電壓和電流的值，可發(fā)現(xiàn)電壓和電流成正比。（1）有效值關(guān)系。有效值關(guān)系為上式稱(chēng)為純電容電路的歐姆定律表達(dá)式。（2）最大值關(guān)系。在上式的兩端同乘以2，得（3）相位關(guān)系。相位關(guān)系為在純電容電路中，由于電壓和電流的相位不同，所以電壓和電流的瞬時(shí)值之間也不遵從歐姆定律。電壓和電流的相量圖如圖2-14（a）所示。圖2-14純電容電路電壓、電流及功率關(guān)系20%10%35%10%25%如果在圖2-13所示的電路中，先保持電源頻率和電壓不變，換用不同的電容器做實(shí)驗(yàn)，可以看到，電容越大，電流表讀數(shù)越大，即容抗越小。然后保持電源電壓和電容不變，改變交流電頻率，可以看到，交流電頻率越高，電流表讀數(shù)越大，即容抗越小。以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，容抗XC的大小與電容器的電容C和交流電的頻率f有關(guān)，它們之間的關(guān)系式為式中，ω為交流電的角頻率，rad/s；C為電容器電容，F(xiàn)；f為交流電頻率，Hz；XC為容抗，Ω。由上式可知，對(duì)于直流電，f=0，XC=∞，即對(duì)于直流電，電容相當(dāng)于開(kāi)路；當(dāng)電容器的電容一定時(shí)，對(duì)于低頻交流電（f值?。?，容抗XC就大；而對(duì)于高頻交流電（f值大），容抗XC就很小。2.容抗（1）瞬時(shí)功率。純電容電路的功率與純電感電路的功率規(guī)律相似，其瞬時(shí)功率為（2）無(wú)功功率。電容元件瞬時(shí)功率的最大值稱(chēng)為無(wú)功功率，用QC表示，即通過(guò)以上討論，可看出純電容電路具有以下特點(diǎn)：3.功率①電壓和電流同頻率而不同相位，電流超前電壓π/2。②電壓與電流的最大值和有效值之間遵從歐姆定律，但瞬時(shí)值由于相位不同，所以不遵從歐姆定律。③純電容電路的有功功率為零，即電容器是儲(chǔ)能元件，不消耗功率。④純電容電路的無(wú)功功率等于電容端電壓有效值和電流有效值的乘積?！纠?-6】把C=40μF的電容器接到utC=2202sin(100/3)Vπ?π的電源上。（1）求電容的容抗、電流的有效值、電流的瞬時(shí)值、電路的有功功率和無(wú)功功率。（2）畫(huà)出電壓和電流的相量圖。解：由utC=2202sin(100/3)Vπ?π可知?jiǎng)t電流的瞬時(shí)值為電路的有功功率為無(wú)功功率為電壓和電流的相量圖如圖2-15所示。圖2-15

【例2-6】圖前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了最簡(jiǎn)單的交流電路——單一參數(shù)的交流電路中電流與電壓之間的關(guān)系，而實(shí)際電路多為含有兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)的復(fù)雜電路，當(dāng)不同性質(zhì)的元件串聯(lián)在交流電路中時(shí)，是否還服從直流電路中的有關(guān)定律？下面將利用所學(xué)知識(shí)來(lái)分析電阻、電感串聯(lián)的交流電路（RL串聯(lián)電路）的規(guī)律。四、RL串聯(lián)電路功率因數(shù)在RL串聯(lián)電路中，既有耗能元件（電阻），又有儲(chǔ)能元件（電感），因此電源既要提供有功功率P，又要提供無(wú)功功率Q，電源提供的視在功率S>P。為了表示電源或供電設(shè)備容量的利用率，引入了功率因數(shù)這個(gè)物理量。功率因數(shù)是指有功功率P與視在功率S的比值，用λ表示，即分析上式可知，當(dāng)視在功率一定時(shí)，電路的功率因數(shù)越大，用電設(shè)備取用的有功功率就越大，供電設(shè)備容量的利用率也越高。從前面學(xué)習(xí)的知識(shí)可知，功率因數(shù)的大小是由電器的主要參數(shù)R和L決定的。2.功率因數(shù)1）功率因數(shù)的引入總電壓的有效值可用相量表示為根據(jù)上式作出總電壓的相量圖，如圖2-16（a）所示。從總電壓的相量圖中可以看出，RL串聯(lián)電路中電壓與電流有如下相位關(guān)系：總電壓的相位總是超前總電流

一個(gè)

角。圖2-16（b）所示為RL串聯(lián)電路中各電壓之間的相量圖，從圖中可以看出，構(gòu)成直角三角形，稱(chēng)為電壓三角形，電壓間的關(guān)系為式中，U為電路中總電壓的有效值，V；UR為電阻兩端電壓的有效值，V；UL為電感兩端電壓的有效值，V。圖2-16

RL串聯(lián)電路的相量圖和電壓三角形從電壓三角形中可得出總電壓與各部分電壓之間的關(guān)系為其中，j為總電壓超前電流的相位，由電壓三角形可以得出

。在RL串聯(lián)電路中，電阻兩端的電壓UR=RI，電感兩端的電壓，根據(jù)RL串聯(lián)電路電壓間的關(guān)系可得上式可整理為式中，U為電路中總電壓的有效值，V；I為電路中總電流的有效值，A；Z為電路中的阻抗，Ω，且Z表示RL串聯(lián)電路對(duì)交流電的總的阻礙作用。阻抗Z的大小取決于電路中的電阻R及XL的大小，因XL的大小取決于L及交流電的頻率，因此，阻抗的大小決定于電路中的參數(shù)R、L及電源頻率。2）RL串聯(lián)電路的阻抗將圖2-16(b)所示電壓三角形的三邊同時(shí)除以電流I，可得到阻抗Z、感抗XL、電阻R組成的三角形，該三角形稱(chēng)為阻抗三角形，如圖2-17所示。阻抗三角形和電壓三角形是相似三角形，阻抗三角形中Z與R的夾角和電壓三角形中總電壓與電阻兩端電壓的夾角相等，j稱(chēng)為阻抗角，即電路中電壓與電流的相位差。圖2-17阻抗三角形將圖2-16（b）所示電壓三角形的三邊同時(shí)乘以電流I，可得到RL串聯(lián)電路的功率三角形，如圖2-18所示，功率三角形和電壓三角形也是相似三角形。從功率三角形中可以看出，RL串聯(lián)電路的功率分為P、Q、S三種。其中，P為有功功率，是指電路中電阻消耗的功率。有功功率等于電阻兩端的電壓UR與電路中電流I的乘積。3）RL串聯(lián)電路的功率圖2-18功率三角形Q為無(wú)功功率，是電路中電感與電源之間交換的能量，電感無(wú)功功率等于電感兩端的電壓UL與電路中電流I的乘積。S為視在功率，等于電路中總電壓U與電流I的乘積，單位為伏安（V·A）。視在功率具有實(shí)際意義。例如，交流電源的額定視在功率等于額定電壓與額定電流的乘積，即SN=UNIN，代表電源的容量；電氣設(shè)備的額定視在功率等于其額定電壓與額定電流的乘積，稱(chēng)為電氣設(shè)備的容量。從功率三角形還可得出有功功率P、無(wú)功功率Q和視在功率S之間的關(guān)系如下：1）功率因數(shù)的引入RL串聯(lián)電路中，既有耗能元件（電阻），又有儲(chǔ)能元件（電感），因此電源既要提供有功功率P，又要提供無(wú)功功率Q，電源提供的視在功率S>P。為了表示電源或供電設(shè)備容量的利用率，引入了功率因數(shù)這個(gè)物理量。功率因數(shù)是指有功功率P與視在功率S的比值，用λ表示，即2.功率因數(shù)11%64%25%交流電路中功率因數(shù)的高低是供電系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)于非電阻性負(fù)載電路，供電設(shè)備輸出的視在功率S中，一部分為有功功率P，另一部分為無(wú)功功率Q。電路的功率因數(shù)越小，電路中的有功功率越小，而無(wú)功功率就越大，無(wú)功功率越大即電路中能量互換的規(guī)模越大，因能量互換而損耗的能量也越多。例如，我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姶沛?zhèn)流式日光燈，其功率因數(shù)cosφ=0.5（感性），若不提高線路的功率因數(shù)，其與電源間的無(wú)功互換規(guī)模可達(dá)50％。2）提高功率因數(shù)的意義圖2-19（a）所示為日光燈電路，該電路是典型的感性負(fù)載電路。并聯(lián)電容之前，電路中的電流滯后電壓φL，φL=arctan（XL/R）。當(dāng)在感性負(fù)載（日光燈）兩端并聯(lián)電容器后，電容支路的電流超前電壓π/2，圖2-19（b）所示為總電流與電壓的相量圖。從相量圖可以看出，總電流與電壓間的夾角減小了，即j<jL，達(dá)到了提高功率因數(shù)的目的。電路的功率因數(shù)也不是越高越好，若使功率因數(shù)接近1，則需要的成本會(huì)隨之增加，經(jīng)濟(jì)效果并不顯著，因此，在具體的電路中，功率因數(shù)一般為0.95左右比較適宜。圖2-19日光燈電路及感性負(fù)載并聯(lián)電容后電壓與