汽车电工与电子技术课件-章ppt

汽车电工与电子技术教学课件第一章直流电路与分析1.1电路与电路模型1.4基尔霍夫定律1.5电路的一般分析1.3电压源、电流源及其等效变换1.2电路的三种状态本章要求:1、理解电路模型、电流、电压及其参考方向的概念，理解电位及其参考点的概念，会计算电路中各点的电位。2、了解实际电压源与电流源及其等效变换，理解等效概念。3、理解电能及电功率概念、电路的三种状态和电器设备的额定值。4、熟练掌握基尔霍夫定律。5、能运用基尔霍夫定律、叠加定理进行直流线性电阻电路的一般分析与计算。第一章直流电路与分析1.1电路与电路模型1.1.1电路电路是电流的流通路径,它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。干电池开关小灯泡(a)S(b)－＋RiRUs1、电路的组成负载:吸收电能的装置电源:提供电能的装置传输控制器件导线和开关2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒2、电路的作用1）实现电能的传输、分配与转换发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线2、电路的作用电源: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发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线直流电源直流电源:提供能源负载信号源:提供信息2、电路的作用放大器扬声器话筒信号处理：放大、调谐、检波等3、电路元件与电路模型手电筒的电路模型为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。例：手电筒手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。+R0R开关EI电珠+U干电池导线手电筒的电路模型电池是电源元件，其参数为电源电压US和内阻Ro；灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。+R0R开关USI电珠+U干电池导线汽车电路举例：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，从而影响驾驶员的视线。为了避免水蒸气凝结，设置了除霜（雾）装置，需要时可以对风窗玻璃加热。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）。２４１５。。。。。５简化电路后窗除霜电路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）。1.1.2电压和电流及其参考方向1.电路基本物理量1）电流dtdqitQI电流的实际方向为正电荷的运动方向。带电粒子（电子、离子等）的定向运动,称为电流。用符号i表示,即当电流的量值和方向都不随时间变化时,称为直流电流,简称直流。直流电流常用英文大写字母I表示。电荷在电路中运动，必定受到力的作用，也就是电场力对电荷做了功，或者说带电粒子在电场中运动必然要做功。电场力做功的能力用电压来度量，电压的方向规定为由高电位点指向低电位点，并定义为：单位正电荷在电场力作用下，由a点运动到b点电场力所做的功，称为电路中a点到b点间的电压，即dqdwuabab电荷的运动EU+内电路外电路+Iab+－电源在直流时，上式可写成：QWUabab2）电压1.1.2电压和电流及其参考方向1.1.2电压和电流及其参考方向物理中对基本物理量规定的方向3）电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电压U(电位降低的方向)高电位低电位单位kA、A、mA、μAkV、V、mV、μV(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压：(1)参考方向I在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab双下标4）电路基本物理量的参考方向箭标abRI正负极性+–abUU+_+R0U3V注意：在参考方向选定后,电流(或电压)值才有正负之分。实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。5)实际方向与参考方向的关系I=0.28AI=–0.28A电源电压为US=3VU++R0US3VU´+例:电路如图所示。电流I的参考方向与实际方向相同，I=0.28A,反之亦然。电压U´的参考方向与实际方向相反,U´=–2.8V;即:U=–U´电压U的参考方向与实际方向相同,U=2.8V2.8V–2.8V元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的,称为关联参考方向。i＋－u电流和电压的关联参考方向6）电位在电路中任选一点,叫做参考点,则某点的电位就是由该点到参考点0的电压。如果已知a、b两点的电位各为Va,Vb,则此两点间的电压0aaUVbababaabVVUUUUU0000即两点间的电压等于这两点的电位的差,1.1.3电功率和电能传递转换电能的速率叫电功率,简称功率,用p或P表示。iupdtdqdqdwdtdwpdqdwudtdqi,1、电功率在直流情况下功率的单位为瓦［特］,简称瓦,符号为W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。UIPttpdtW0从t0到t时间内,2、电能直流时，有)(0ttPW电能的SI主单位是焦［耳］,符号为J,在实际生活中还采用千瓦小时（kW·h）作为电能的单位,简称为1度电。JhkW63106.33600101所有元件接受的功率的总和为零。这个结论叫做“电路的功率平衡”。3、电源与负载的功率判别U、I参考方向不同，P=UI0，电源；P=UI0，负载。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；P=UI0，电源。1）根据U、I的实际方向判别2）根据U、I的参考方向判别电源：U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出，（发出功率）；负载：U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。（吸收功率）。例示为直流电路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件接受或发出的功率P1、P2和P3,并求整个电路的功率P。解P1的电压参考方向与电流参考方向相关联,故P1=U1I=4×4=16W(接受16W)P2和P3的电压参考方向与电流参考方向非关联,故P2=U2I=(-8)×4=-32W(接受32W)P3=U3I=6×4=24W(发出24W)整个电路的功率P,设接受功率为正,发出功率为负,故P=16+32-24=24WU1＋－I－＋U2＋－U3P1P2P3图1.5例1.1图1.2.1电阻元件描述消耗电能的性质iRu根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系线性电阻SlR金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关，表达式为：电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。Riu+_1.2电路的三种状态电路端电压与电流的关系称为伏安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：常数即：IUR线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。1、欧姆定律U、I参考方向相同时U、I参考方向相反时RU+–IRU+–I表达式中有两套正负号：(1)式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；(2)U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、I参考方向相同。U=IRU=–IR解:对图(a)有,U=IR例:应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–IRΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以RU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A电流的参考方向与实际方向相反电压与电流参考方向相反2、电阻的串、并联1）电阻的串联特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；两电阻串联时的分压公式：URRRU2111URRRU2122R=R1+R23)等效电阻等于各电阻之和；4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。R1U1UR2U2I+–++––RUI+–2)各电阻中通过同一电流；应用：降压、限流、调节电压等。2）电阻的并联两电阻并联时的分流公式：IRRRI2121IRRRI211221111RRR(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。特点:(1)各电阻联接在两个公共的结点之间；RUI+–I1I2R1UR2I+–(2)各电阻两端的电压相同；应用：分流、调节电流等。1.2电路的三种状态1、电源有载工作0SUIRR负载端电压U=IR1）电压电流关系1.2.2电路的三种状态(1)电流的大小由负载决定。2、在电源有内阻时，IU。或U=US–IR0电源的外特性USUI0当R0R时，则UE，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。R0USR+–I电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值1.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。例：一只220V,60W的白炽灯,接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。A0.273A22060UPI解:通过电灯的电流为电气设备的三种运行状态欠载(轻载)：IIN，PPN(不经济)过载(超载)：IIN，PPN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠)在220V电压下工作时的电阻0680.273220IUR一个月用电W=Pt=60W(330)h=0.06kW90h=5.4kW.h特征:开关断开2、开路I=0电源端电压(开路电压)负载功率U=U0=USP=0(1)开路处的电流等于零；I=0(2)开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoRUSU0电源外部端子被短接3、电源短路特征:0SRUIIS电源端电压负载功率短路电流（很大）U=0P=0(1)短路处的电压等于零；U=0(2)短路处的电流I视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IRRoUS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电压源与电流源及其等效变换1.3.1电压源电压源模型由上图电路可得:U=US–IR0若R0=0理想电压源:UUSU0=US电压源的外特性IUIRLR0+-USU+–电压源是由电源电压US和内阻R0串联的电源的电路模型。OSREI若R0RL，UUS，可近似认为是理想电压源。理想电压源O电压源理想电压源（恒压源）例1：(2)输出电压是一定值，恒等于电动势。对直流电压，有UUS。(3)恒压源中的电流由外电路决定。特点:(1)内阻R0=0IUS+_U+_设US=10V，接上RL后，恒压源对外输出电流。RL当RL=1时，U=10V，I=10A当RL=10时，U=10V，I=1A外特性曲线IUUSO电压恒定，电流随负载变化1.3.2电流源0SRUIIIRLU0=ISR0电流源的外特性IU理想电流源OIS电流源是由电流IS和内阻R0并联的电源的电路模型。由上图电路可得:若R0=理想电流源:IIS若R0RL，IIS，可近似认为是理想电流源。电流源电流源模型R0UR0UIS+－理想电流源（恒流源)例1：(2)输出电流是一定值，恒等于电流IS；(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。特点:(1)内阻R0=；设IS=10A，接上RL后，恒流源对外输出电流。RL当RL=1时，I=10A，U=10V当RL=10时，I=10A，U=100V外特性曲线IUISOIISU+_电流恒定，电压随负载变化。1.3.3电压源与电流源的等效变换由图a：U=US－IR0由图b：U=ISR0–IR0IRLR0+–USU+–电压源等效变换条件:US=ISR00SREIRLR0UR0UISI+–电流源US②等效变换时，两电源的参考方