汽車電工與電子技術(shù) 課件 項(xiàng)目1、2 直流電路、正旋交流電路

項(xiàng)目一直流電路1.1電路的基本概念與基本元件1.2電路的基本分析方法1.3技能訓(xùn)練本章小結(jié)主要內(nèi)容能正確描述電路的基本概念以及電流、電壓、電位和電功率等基本物理量。掌握電阻、電感、電容三個(gè)基本元件的特性及其在汽車電路中的應(yīng)用。會(huì)用萬用表測(cè)量直流電路中的電阻、電壓及電流。能正確應(yīng)用基爾霍夫定律分析電路。熟悉支路電流法、電源等效變換以及疊加定理，會(huì)分析計(jì)算較復(fù)雜的電路。學(xué)習(xí)目標(biāo)電路：電流通過的路徑。圖1.1汽車照明電路簡(jiǎn)圖1.1電路的基本概念與基本元件1.1.1電路的組成及作用電路組成電源負(fù)載中間環(huán)節(jié)圖1.2倒車信號(hào)系統(tǒng)的工作電路電路作用：·輸送和轉(zhuǎn)換電能·傳遞和處理信息圖1.3電路原理圖（簡(jiǎn)稱電路圖）1.1.2電路的基本物理量1．電流及其參考方向（1）電流形成：電荷的定向移動(dòng)。設(shè)在極短的時(shí)間dt內(nèi)通過導(dǎo)體某截面的電荷量為dq,則電流強(qiáng)度為：在直流電路中：習(xí)慣上把正電荷的方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向。分類直流電流（DC）：方向不變的電流。交流電流（AC）：方向變化的電流。特恒定電流：方向大小都不變的電流。特周期交流電流：周期性變化的電流。正弦交流電流：按正弦規(guī)律變化。直流電流（DC）：方向不變的電流。交流電流（AC）：方向變化的電流。特恒定電流：方向大小都不變的電流。選擇：原則上可以任意選，但若已知實(shí)際方向，則選擇參考方向盡量與實(shí)際方向一致。參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：同正異負(fù)。當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)，電流為正值；當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)，電流為負(fù)值。（2）電流參考方向圖1.4電流方向的判斷2．電壓及其參考方向（1）電壓大?。?jiǎn)挝徽姾蓂移動(dòng)過程中能量的變化量。實(shí)際方向：規(guī)定為電場(chǎng)力的方向。選擇：原則上可以任意選，實(shí)際上盡量與實(shí)際方向一致，或者與電流參考方向一致。參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：同正異負(fù)。當(dāng)電壓的參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)，電壓為正值；當(dāng)電壓的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)，電壓為負(fù)值。（2）電壓參考方向3．電動(dòng)勢(shì)大小：非電場(chǎng)力將單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到電源正極所做的功。實(shí)際方向：由電源負(fù)極指向電源正極。4．電功和電功率電功率：P=UI電功（電能）：W=UIt5．電位電位：電路中某一點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。參考點(diǎn)（零電位點(diǎn)）：分析電位前，被選作為參考的點(diǎn)。表示：圖形符號(hào)為⊥。選擇：連線多的點(diǎn)或接地、接機(jī)殼的點(diǎn)。結(jié)論：電位具有相對(duì)性，電壓具有絕對(duì)性。電壓的實(shí)際方向是由高電位指向低電位。

任意兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)電位的差。1.1.3

電路的工作狀態(tài)有載狀態(tài)開路狀態(tài)1.1.3

電路的工作狀態(tài)短路狀態(tài)1.1.3

電路的工作狀態(tài)汽車電路發(fā)生斷路故障時(shí)，通常用試燈或萬用表（直流電壓擋）去尋找電路的斷路點(diǎn)。

在汽車電路故障診斷維修工作中，為了快速尋找故障點(diǎn)，經(jīng)常采用短路的方法，將某兩接線柱短路。為了和事故性短路相區(qū)別，常把這種短路稱為短接。1.1.4

基本元件1．電阻元件（1）電阻的相關(guān)概念大?。悍诸愓郎囟认禂?shù)電阻和負(fù)溫度系數(shù)電阻線性電阻和非線性電阻（2）電阻串并聯(lián)電路的應(yīng)用2．電感元件（1）電感的相關(guān)概念大?。涸谥绷鞣€(wěn)態(tài)電路中，電感線圈相當(dāng)于短路。

（2）電感元件在汽車電路的應(yīng)用圖1.14笛簧開關(guān)電流傳感器3．電容元件（1）電容的相關(guān)概念大?。涸谥绷鞣€(wěn)態(tài)電路中，電容相當(dāng)于開路。

（2）電容器的充電和放電圖1.17電容器的充電圖1.18電容器的放電（2）電容器的充電和放電電容器充放電過程的快慢由電阻R和電容C的乘積決定，RC越小，則充放電過程越快。經(jīng)過5RC的時(shí)間，就可認(rèn)為充放電過程結(jié)束。改變RC，就可改變充放電所需的時(shí)間。（3）電容元件在汽車電路中的應(yīng)用電容器能吸收電路中的尖峰電壓。電容器能迅速停止電路斷開時(shí)的自感電流。電容器儲(chǔ)存高壓電荷后可根據(jù)需要釋放。1.2電路的基本分析方法1．基本概念

支路：電路中流過同一電流的分支稱為支路，流過支路的電流叫做支路電流。1.2.1基爾霍夫定律及其應(yīng)用

節(jié)點(diǎn)：電路中三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。

回路：電路中任一閉合路徑都稱為回路。

網(wǎng)孔：不含交叉支路的回路稱為網(wǎng)孔。2．基爾霍夫電流定律（KCL）

內(nèi)容：在任何時(shí)刻，通過電路中任一節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零。

表達(dá)式：

推廣：包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面。圖1.21廣義節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用2．基爾霍夫電流定律（KCL）3．基爾霍夫電壓定律（KVL）

內(nèi)容：在任一回路中，從任一點(diǎn)以順時(shí)針或逆時(shí)針方向沿回路繞行一周，則所有支路或元件上電壓的代數(shù)和等于零。

表達(dá)式：

另一種表述：沿任一回路繞行一周，電位升之和必等于電位降之和。

推廣：回路的部分電路（廣義回路），用于求回路的開路電壓。圖1.23廣義回路的應(yīng)用3．基爾霍夫電壓定律（KVL）4．支路電流法支路電流法是以復(fù)雜電路中各支路電流作為未知量，根據(jù)基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律分別對(duì)節(jié)點(diǎn)和回路列出所需的方程組，從而求出各未知的支路電流。

標(biāo)出各支路的電流方向和回路繞行方向。

用基爾霍夫電流定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程式。

用基爾霍夫電壓定律列出回路電壓方程式。4．支路電流法解題步驟

代入已知數(shù)，解聯(lián)立方程式求出各支路的電流，并根椐其正負(fù)確定各支路電流的實(shí)際方向。圖1.24圖1.241．電壓源1.2.2電壓源、電流源及其等效變換實(shí)際電源可以用E和Ro串聯(lián)的電源模型來代替，即電壓源來代替。理想電壓源：內(nèi)阻為零的電壓源。是一種理想的情況，實(shí)際電源不可能如此。1．電壓源2．電流源實(shí)際電源也可以用IS和Ro并聯(lián)的電源模型來代替，即電流源來代替。理想電流源：內(nèi)阻為無窮大的電流源。是一種理想的情況，實(shí)際電源不可能如此。2．電流源3．電壓源與電流源的等效變換RLR0UR0UISI+–電流源IRLR0+–EU+–電壓源等效變換條件:E=ISR0①電壓源和電流源的等效關(guān)系只對(duì)外電路而言，對(duì)電源內(nèi)部則是不等效的。

注意事項(xiàng)：②等效變換時(shí)，電流源的恒流的參考方向與電壓源的電動(dòng)勢(shì)參考方向一致。③理想電壓源與理想電流源之間無等效關(guān)系。④任何一個(gè)電動(dòng)勢(shì)E和某個(gè)電阻R串聯(lián)的電路，都可化為一個(gè)電流為IS和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。例：當(dāng)RL=時(shí)，電壓源的內(nèi)阻R0

中不損耗功率，而電流源的內(nèi)阻R0

中則損耗功率。1.2.3疊加定理

內(nèi)容：在線性電路中，如果有多個(gè)電源同時(shí)作用，那么任何一條支路的電流或電壓，等于電路中各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)對(duì)該支路所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。當(dāng)某電源單獨(dú)作用時(shí)，其他電源除去，稱為“除源”，即對(duì)電壓源來說，看成“短路”；對(duì)電流源來說，看成“開路”。①疊加定理只能疊加電路中的電流或電壓，不能對(duì)能量和功率進(jìn)行疊加。

注意事項(xiàng)：②不作用的電壓源短接，不作用的電流源斷開，電阻不動(dòng)。③應(yīng)用疊加定理時(shí)，要注意各電源單獨(dú)作用時(shí)所得電路各處電流、電壓的參考方向與原電路各電源共同作用時(shí)各處所對(duì)應(yīng)的電流、電壓的參考方向之間的關(guān)系，以便正確求出疊加結(jié)果（代數(shù)和）。1.3技能訓(xùn)練1.3.1直流電壓和電位的測(cè)量1.3.2汽車溫度傳感器熱敏電阻的檢測(cè)1.3.3電容器的簡(jiǎn)易檢測(cè)1.3.4基爾霍夫定律的驗(yàn)證1.3.5疊加定理的驗(yàn)證TheEnd!項(xiàng)目二

正弦交流電路理解正弦交流電三要素的概念，掌握正弦量的相量表示方法。掌握單一參數(shù)正弦交流電路電壓與電流的關(guān)系及功率計(jì)算，了解電阻、電感和電容元件在交流電路和直流電路中的不同特性。掌握串聯(lián)交流電路性質(zhì)的判斷方法，并會(huì)用相量圖分析串聯(lián)交流電路。了解感性負(fù)載提高功率因數(shù)的方法。了解三相電源的工作原理，掌握三相電源星形聯(lián)接的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)用萬用表的交流電壓擋測(cè)量線電壓、相電壓的數(shù)值，能解決三相對(duì)稱負(fù)載的星形、三角形聯(lián)接問題，并會(huì)分析計(jì)算簡(jiǎn)單的三相電路。2.1單相交流電路2.1.1正弦交流電的基本概念1．正弦交流電的產(chǎn)生圖2.2交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。2．正弦交流電的參考方向正弦交流電的方向只有正半周方向和負(fù)半周方向兩種，習(xí)慣上把正半周的方向作為其參考方向。3．正弦交流電的三要素最大值、角頻率和初相位為正弦量的三要素。

平常所說的交流電流、電壓和電動(dòng)勢(shì)的大小，交流測(cè)量?jī)x表的讀數(shù)以及各種交流電氣設(shè)備的銘牌所標(biāo)注的額定值，均是指有效值。

（1）瞬時(shí)值、最大值和有效值（2）周期、頻率和角頻率周期：正弦量變化一周所用的時(shí)間。頻率：每秒鐘內(nèi)變化的周期數(shù)。角頻率：正弦量在每秒鐘內(nèi)變化的電角度。車速越高，輸出軸轉(zhuǎn)速也越高，感應(yīng)電壓頻率也越高，電控單元根據(jù)該電壓的頻率就可以計(jì)算出汽車行駛的速度。（3）相位、初相和相位差相位：正弦交流電隨時(shí)間變化的電角度。初相位：t=0時(shí)的相位。（3）相位、初相和相位差相位差：同頻率正弦量之間的相位差等于它們的初相之差。4．正弦量的相量表示法正弦量的表示方法波形圖三角函數(shù)表達(dá)式相量法4．正弦量的相量表示法令相量長(zhǎng)度等于正弦量的最大值，相量初始位置與橫軸正向的夾角等于初相角，同時(shí)令相量的旋轉(zhuǎn)速度等于正弦量的角頻率。

旋轉(zhuǎn)相量法只適用于同頻率的正弦交流電的加減。合成正弦量的最大值應(yīng)等于各正弦量最大值的相量和。只需畫出起始時(shí)各相量的位置就可以進(jìn)行計(jì)算。旋轉(zhuǎn)相量的加減運(yùn)算相量的長(zhǎng)度表示正弦交流電的有效值。相量與水平方向的夾角仍表示正弦交流電的初相，沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為正，反之為負(fù)。在僅僅為了表示幾個(gè)正弦交流電的相位關(guān)系時(shí)，既可以選橫軸的正方向?yàn)閰⒖挤较?，也可任意選一個(gè)相量作參考相量，并取消直角坐標(biāo)軸。有效值相量的加減運(yùn)算根據(jù)有效值相量圖，求得合成相量的大小和初相位后，就可以寫出對(duì)應(yīng)的正弦交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式。2.1.2

單一參數(shù)的正弦交流電路1．純電阻電路（1）電壓與電流的關(guān)系電壓和電流的頻率相同。電壓和電流的的初相位相同，相位差為0。電流與電壓的數(shù)值之間符合歐姆定律。（a）純電阻電路（b）R上的電壓、電流相量圖（c）R上u、i、p的變化曲線純電阻電路圖2.12純電阻電路電壓、電流和功率1．純電阻電路（2）電阻的功率電阻是耗能元件。有功功率：交流電的功率規(guī)定為一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)功率的平均值。一般交流電器上所標(biāo)的功率，通常指的是有功功率。2．純電感電路（1）電壓與電流的關(guān)系電壓與電流同頻率。電壓與電流的數(shù)值關(guān)系為：電壓超前電流90°。電感具有“通直阻交”的作用。

（a）純電感電路（b）L上的電壓、電流相量圖（c）L上u、i、p的變化曲線純電感電路圖2.13純電感電路電壓、電流和功率2．純電感電路（2）電感的功率電感是儲(chǔ)能元件。無功功率：交換功率的最大值。有功功率為零。3．純電容電路（1）電壓與電流的關(guān)系電流超前電壓90°。電容具有“隔直通交”的作用。

電壓與電流同頻率。電壓與電流的數(shù)值關(guān)系為：（a）純電容電路（b）C上的電壓、電流相量圖（c）C上u、i、p的變化曲線純電容電路圖2.15純電容電路電壓、電流和功率3．純電容電路（2）電容的功率電容是儲(chǔ)能元件。無功功率：交換功率的最大值。有功功率為零。2.1.3RLC串聯(lián)交流電路1．電壓與電流的關(guān)系（1）頻率關(guān)系電流與電壓的頻率相同。（2）相位關(guān)系

若XL>XC

,則

>0,表示電壓u超前電流i一個(gè)

角，此時(shí)電感的作用大于電容的作用。感性電路

若XL<XC,則

>0,表示電壓u

滯后電流i一個(gè)

角，此時(shí)電容的作用大于電感的作用。

若XL=XC,則

=0,表示電壓u與電流i同相位,為串聯(lián)諧振。容性電路阻性電路（3）大小關(guān)系2．RLC串聯(lián)電路的功率（1）視在功率（2）有功功率（3）無功功率2．RLC串聯(lián)電路的功率（4）功率因數(shù)當(dāng)電源提供的視在功率一定時(shí)，功率因數(shù)越大，說明用電器的有功功率越大，電源的功率利用率就越高。2.1.4

功率因數(shù)的提高提高功率因數(shù)的方法很多，通常采用在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)電容器的方法。減小輸電線路的功率損失。能充分利用電源設(shè)備的容量。提高功率因素的意義：2.2三相交流電路2.2.1三相交流電的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)

定子轉(zhuǎn)子三相

U相V相W相2.2.1三相交流電的產(chǎn)生2.2.2三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的表示三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)：三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的最大值相等、頻率相同，而初相依次互差120°。1．三角函數(shù)式2.2.2三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的表示2．波形圖和相量圖三相電動(dòng)勢(shì)最大值出現(xiàn)的次序稱為相序。2.2.3

三相繞組的聯(lián)接三相繞組通常采用星形接法。中性線或零線相線或端線或火線1．電源相電壓各相繞組的首端與末端之間的電壓