项目一 汽车照明电路设计

汽车照明电路设计第1章汽车照明电路设计•1.1电路与电路模型•1.2电路的基本物理量•1.3功率和电能•1.4电压源和电流源•1.5受控电源•1.6常见电路负载元件•1.7汽车照明电路设计汽车照明电路设计本章学习目的及要求本章内容是贯穿全课程的重要理论基础，要求在学习中给予足够的重视。通过本章学习要求理解理想电路元件和电路模型的概念；理解电压、电流及其参考方向的概念；深刻理解和掌握参考方向在电路分析中的应用。在实际应用中，利用电路元件的基本连接方法，进行电动车照明电路的设计。汽车照明电路设计1.1电路与电路模型电力系统中:负载：1.1.1电路电路——由实际元器件构成的电流的通路。电路组成电源：可将其他形式的能量转换成电能、向电路提供电能的装置。可将电能转换成其他形式的能量、在电路中接收电能的设备。中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件统称为中间环节，如导线、开关及各种继电器等。电路的功能电子技术中:电路可对电信号进行传递、变换、储存和处理。电路可对电能进行传输、分配和转换。汽车照明电路设计1.1.2电路模型在电路分析中，为了方便于对实际电气装置的分析研究，通常在一定条件下需要对实际电路采用模型化处理，即用抽象的理想电路元件及其组合近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。电源负载负载电源开关ISUS+_R0中间环节手电筒的实体电路RL+U–导线手电筒的电路模型汽车照明电路设计白炽灯的电路模型可表示为：实际电路器件品种多，电磁特性多元而复杂，直接画在电路图中困难而繁琐，且不易定量描述。iRRL消耗电能的电特性可用电阻元件表征产生磁场的电特性可用电感元件表征由于白炽灯中耗能的因素远大于产生磁场的因素，因此L可以忽略。理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性惟一、精确，可定量分析和计算。白炽灯电路汽车照明电路设计理想电路元件分有有源和无源两大类RC+US–电阻元件只具耗能的电特性电容元件只具有储存电能的电特性理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定L无源二端元件有源二端元件电感元件只具有储存磁能的电特性IS汽车照明电路设计电路模型研究问题的特点1.主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路，其中电磁现象可以用数学方式来精确地分析和计算；2.研究与实际电路相对应的电路模型，实质上就是探讨各种实际电路共同遵循的基本规律。1.元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行,其次要因素可以忽略的理想电路元件；2.任何时刻从元件两端流入和流出的电流恒等且元件端电压的值确定。集总参数电路元件的特征汽车照明电路设计电路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？何谓理想电路元件？其中“理想”二字在实际电路的含义？集总参数元件有何特征？如何在电路中区分电源和负载？试述电路的功能？何谓“电路模型”？汽车照明电路设计电流(强度)—单位时间内通过导体横截面的电荷。电流的大小：稳恒直流情况下：1.2电路的基本物理量1.2.1电流idqdt=……（1-1）电流的单位及换算：安培(A)=库仑(C)/秒(s)1A=103mA=106μA=109nAIQt=……（1-2）电流是一个有方向的物理量，仅指出大小是不够的，规定以正电荷移动的方向为电流的真实方向。汽车照明电路设计(1)分析电路前应选定电压电流的参考方向，并标在图中；(2)参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。(4)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进行，实际方向由计算结果确定。(3)电阻（或阻抗）一般选取关联参考方向，独立源上一般选取非关联参考方向。(5)在分析、计算电路的过程中，出现“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几个名词概念时，切不可把它们混为一谈。汽车照明电路设计1.2.2电压Ia电位V是相对于参考点的电压。参考点的电位:Vb=0；a点电位：Va=E-IR0=IRERL+_R0S电压U是反映电场力作功本领的物理量，是产生电流的根本原因。电压的正方向规定由“高”电位指向“低”电位。电动势E只存在于电源内部，其大小反映了电源力作功的本领。其方向规定由电源“负极”指向电源“正极”。b+U–汽车照明电路设计电压的定义式为：uab=dwdq单位换算：1V=10-3KV=103mV=106uv电压和电流一样，也是一个有方向的物理量。（1）实际正方向：规定为从高电位指向低电位。（2）参考正方向：任意假定的方向。注意：必须指定电压参考方向，这样电压的正值或负值才有意义。（1-4）汽车照明电路设计列写电路方程时，电压、电流的正、负是以电路图上预先假定的参考方向为依据的，若计算结果为正值，说明电压、电流的真实方向与参考方向相符，否则相反。注意汽车照明电路设计定义：电位是一种由电路中的位置所确定的势能，具有明显的相对性——其高低正负取决于电路参考点。1.2.3电位理论上电路参考点的选取是任意的，但实际应用中经常以大地作为零电位点。汽车照明电路设计•有些场合下，设备和仪器的底盘或机壳与接地装置相连时，也常选取与接地装置相连的机壳作为电路参考点；电子技术中为方便于问题的分析和研究，还常常把电子设备的公共连接点作为电路参考点。某点电位在数值上等于该点与参考点之间的电压。当电路参考点改变时，该电位随参考点发生变化，但它与原来参考点之间的差值不会发生改变。电位的定义式为：Va=Wa－W0q汽车照明电路设计电压和电位是衡量电场力作功本领的物理量；电路中两点间电压的大小只取决于两点间电位的差值，是绝对的量；电位是相对的量，其高低正负取决于参考点。电压和电位的区别汽车照明电路设计电源和负载的区分U、I非关联方向时，假定元件是电源。元件I+U–元件I–U+为了便于分析电路，应预先在电路图上标示出电压、电流的方向，电路图上的电压、电流方向称为参考方向，原则上可以任意假定。元件究竟是电源还是负载，应由元件上电压、电流的实际方向决定：实际方向关联时，元件是负载；实际方向非关联时，元件是电源。U、I关联方向时，假定元件是负载。汽车照明电路设计电路如图所示，分别以A、B为参考点计算C和D点的电位及C和D两点之间的电压。10V2+–5V+–3BCDIA以A为参考点时I=10+53+2=3AVC=33=9VVD=32=–6VUCD=VCVD=15V以B为参考点时VD=–5VVC=10VUCD=VC–VD=15V练一练汽车照明电路设计1.2.3功率和电能单位时间内电流做的功称为电功率，用“P”表示：•在直流电路中功率可表示为：P=UIP=Wt=UItt=UI……（1-6）汽车照明电路设计•当电压和电流为关联参考方向时，用公式p=ui或P=UI计算；当电压和电流为非关联参考方向时，用公式p=−ui或P=－UI计算。•当计算的功率p0时，表明该时刻二端元件实际吸收（消耗）功率；当计算的功率p0时，表明该时刻二端元件实际发出（产生）功率。汽车照明电路设计电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，说明电流具有做功的本领。电流做的功称为电功。电流做功的同时伴随着能量的转换，因此电功的大小可以用能量来量度，即：W=UIt式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】若U【KV】；I【A】；t【h】时，电功W为度【KW·h】。汽车照明电路设计1度电的概念1000W的电炉加热1小时；100W的灯泡照明10小时；40W的灯泡照明25小时。日常生活中，家用电度表就是用来测量电功的装置。只要用电器工作，电度表就会转动并且显示电流作功的多少，即电功的大小不仅与电压、电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。汽车照明电路设计【例1-1】如图1-8所示的电路，已知元件A的电压U=−5V，电流I=2A；已知元件B的电压U=4V，电流I=−2A，试求元件A、B的功率是多少，并说明是吸收还是发出功率。图1-8例1-1图汽车照明电路设计解：•图1-8（a）中元件上的电压与电流为关联参考方向，在关联参考方向下显然是把元件假想为一个负载，因此元件吸收的功率为5V2A10WPUI元件吸收负功率，实际上发出功率，因此该元件实际上是一个电源。汽车照明电路设计•图1-8（b）中元件上的电压与电流为非关联参考方向，在非关联参考方向下显然是把元件假想为一个电源，因此元件发出的功率为4V(2)A8WPUI元件发出正功率，实际上吸收功率，因此图1-8（b）中元件实际上是一个负载。汽车照明电路设计p吸=uip吸0，说明元件实际发出功率10W。+–iu+–iu例U=10V，I=-1AP吸=UI=10×(-1)=-10W练一练1.u、i取关联参考方向2.u、i取非关联参考方向p吸=－ui例U=10V，I=-1AP吸=－UI=－10×(-1)=10Wp吸0，说明元件实际吸收功率10W。汽车照明电路设计1.4电压源和电流源电源中能够独立向外提供电能的电源成为独立源（电压源和电流源）；不能向外提供电源的称为非独立源（受控源）汽车照明电路设计3.伏安特性：平行于电流轴的一条直线。端电压是一定值，即US恒定。I由电源和外电路共同决定。2.基本特点：电路符号US1.4.1电压源能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。1.定义及符号：USUI0汽车照明电路设计开路4.理想电压源的开路与短路：I=0US+_RL+_U=USI=∞US+_RL短路+_U=0理想电压源不允许短路！5.理想电压源上的功率计算：关联参考方向下+UI+UIP发=－UIP吸=UI非关联参考方向下P发=UIP吸=－UI汽车照明电路设计1.4.2电流源2.基本特点：ISIU03.伏安特性：电路符号IS1.定义及图符号：能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。电源供出的电流恒定，电源两端的电压由它和外电路共同决定。平行于电压轴的一条直线。汽车照明电路设计开路4.理想电流源的开路与短路：I=IS+_U=∞短路+_U=0理想电流源内阻无穷大ISRLISRLI=IS理想电流源不允许开路！光电池、稳流三极管一般可视为实际电流源。汽车照明电路设计5.理想电流源上的功率计算：关联参考方向下P发=－ISUP吸=ISU非关联参考方向下+UIS+UISP发=ISUP吸=－ISU汽车照明电路设计理想电压源和理想电流源的串、并联1.理想电压源的串联US=USkUS2+_－+US1+_USºº注意参考方向US=US1－US2串联汽车照明电路设计2.理想电压源的并联电压相同的电压源才能并联，且每个电源的电流不确定。5V+_+_5VI5V+_I并联汽车照明电路设计IS1IS2IS3IS3.理想电流源的串联与并联：IS=ISk注意参考方向IS=IS1+IS2－IS3电流相同的理想电流源才能串联，且每个恒流源的端电压均由它本身及外电路共同决定。串联并联汽车照明电路设计【例1-2】图1-13所示电路，IS=1A，试分析电路中各元件的功率。图1-13例1-2图【解】流过电压源的电流由和它相连的电流源决定，IS=1A。电压源的电压和通过的电流为关联参考方向，其功率为P=UI=10×1=10W，大于0，所以，电压源吸收的功率为10W。汽车照明电路设计P=−UI=−30×1=−30W，小于0，电流源吸收的功率−30W，即发出了30W的功率。因此，整个电路中的总功率为零。电流源的端电压与它相连的电压源决定，电流源的电压电流为非关联参考方向，其功率为电阻的功率为P=UI=20×1=20W，大于0，即电阻吸收了20W的功率。汽车照明电路设计1.5受控电源+–受控电压源受控电流源1.定义2.电路图符号受控源的电压或电流不像独立源是给定函数，而是受电路中某个支路的电压（或电流）的控制。受控源和独立源的相同点：两者都是电源，可向负载提供电压或电流。受控源和独立源的不同点：独立电源的电动势或电流是由非电能量提供的，其大小、方向和电路中的电压、电流无关；受控源的电动势或电流，受电路中某个电压或电流的控制，它不能独立存在，其大小、方向由控制