汽车电工电子基础课件

汽车电工电子技术大家好！非常荣幸有机会与同学们一起学习和探讨汽车电工电子技术课程三、电的的基础知识1、电是怎样产生的？(1)摩擦(2)电磁感应2、电是怎样生产的？(1)水力发电(2)火力发电(3)风力发电(4)核能发电(5)太阳能发电(6)其它形式能发电生产电的基本工作原理是：电由发电机产生，发电机由原动机带动(水轮机或汽轮机，也可以是柴、汽油发动机)，原动机由各种能源驱动。电力也是一种能源它可以把其它形式的能源很方便的进行转换，而且便于远距离传送，是近代使用最广泛的能源之一。如图1-1所示：图1-1从发电到用户的送电过程示意图电力系统和电力网示意图3、电路及电路的构成通常把电能的通路称为电路。电路通常由电源、连接导线和用电设备等构成。4、电路模型在研究电路时，为了便于电路的描述，把实际的元件抽象成为理想化的模型，用规定的图形符号来表示，并使用这种理想化的元件模型近似地代替实际元件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。图1-2实际电路图图1-3电路模型图表1-1常用理想电路元件符号5、电路的基本物理量在电路分析中，主要涉及的物理量包括电流、电压（电位、电动势）、电功率等，学习电路基础的基本任务就是分析和计算电路中的基本物理量。⑴电流和电流的参考方向电流的定义：电荷的定向移动形成电流。表示电流强弱的物理量称为电流强度，简称电流，通常用符号表示，我们把电流强度的大小定义为在单位时间内通过某一导体横截面的电荷量。ti设在单位时间内通过横截面的电荷为，则通过该截面的电流为dtdqtidqS若电流的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流。用大写的字母I表示，并有式中，Q是在时间t内通过导体横截面的电量。tQI在国际单位制()中，电流的单位是安培，简称安()。对大电流以千安()为单位，小电流以毫安()或微安()为单位，其换算关系为SIAkAmAAAkA3101AmA3101AA6101电流的参考方向：我们规定电流的实际方向为正电荷运动的方向，但在电路分析中，往往并不能预先知道电流的实际方向或电流的实际方向不断的发生变化(如交流电路中的电流)，因此很难在电路中标明电流的实际方向。为此，在电路中引入人为假定的电流方向，称之为电流的“参考方向”。如图1-4所示，在分析计算电路之前，任意选择支路电流的参考方向(图中以实线箭头表示)。通过计算，如果所得的电流正值(I＞0)，说明电流实际方向与参考方向一致；若为负值(I＜0)，则电流实际方向与参考方向相反。引入电流参考方向后，根据电流的正负，便可以确定其实际方向(图中以虚线箭头表示)。图1-4电流的参考方向与实际方向（a）I＞0时（b）I＜0时电流的参考方向在电路中一般用箭头表示，也可以用双下标表示，“”表示参考方向由“”指向“”。参考方向是电路中一个重要的概念，学习时应注意以下两点：①电流的参考方向可以任意设定，但一经设定就不得改变；②不标参考方向的电流没有任何意义，只有在指定电流参考方向的前提下，电流值的正、负才能反映出电流的实际方向。abiab⑵电压和电压的参考方向电压的定义：电荷在导体中运动需要电场力的作用。若电荷在电场力作用下沿着导体从点移到点时所需要的电能为，则点对点的电压为QaabbabWabudqdWuabab大小和方向都不随时间变化的电压称为直流电压，用表示，即abUqWUabab在国际单位制()中，电压的单位是伏特，简称伏()。对大电压以千伏()为单位，小电压以毫伏()或微伏()为单位，其换算关系为SIVkVmVVVkV3101VmV3101VV6101电压的参考方向：电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，即电压降的方向。与电流一样，为方便电路分析，需选定一个电压的参考方向。设定参考方向后，若计算所得电压为正值（＞0），则实际方向与电压的参考方向一致；若电压为负值（＜0），则电压的实际方向与电压的参考方向相反。在选定的电压参考方向下，根据电压值的正负，就可以确定电压的实际方向。uu电压参考方向可用箭头来表示，如图1-5(a)所示；或用极性符号来表示，“+”表示高电位，“一”表示低电位，如图1-5(b)所示；也可用双下标表示，表示“”为高电位，“”为低电位，如图1-5(e)所示。abuab图1-5电压的参考方向（a）用箭头表示（b）用极性符号表示（c）用双下标表示⑶关联参考方向和非关联参考方向一段电路或一个元件上的电压参考方向和电流参考方向可以分别独立地加以任意指定。当电流、电压的参考方向选得一致时，称之为关联参考方向，如图1-6(a)中的和，反之称为非关联参考方向，如图1-6(b)中的和。一般来说，对负载采用关联参考方向，电源采用非关联参考方向。UUII图1-6关联参考方向与非关联参考方向（a）关联参考方向（b）非关联参考方向⑷电位如果选择电路中的某点0为零电位参考点，则点对0点的电压称为点的电位，记作（单位也是伏特）。零电位参考点是可以任意选取的，因此电位的高低是相对的，与设定的零电位参考点有关。当＞0时，点电位为正电位；当＜0时，点电位为负电位。电路中，任意两点、间的电压可以由这两点对零电位参考点的电位之差(电位差)来计算，即aa0auaVaaaVabUbbaabVVU参考点与电位的相互关系为：(1)电位参考点可以任意选择，参考点一经选定，电路中各点的电位值就是唯一的。(2)参考点不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点间的电位差(电压)不变。⑸电动势水泵的作用是把低处的水抽到高处，因为有了水泵，广场的喷泉中才有源源不断的水流。在电路中，正电荷是从高电位流向低电位的，因此要维持电路中的电流就必须也有这样一个“水泵”，它就是电源。电源能把正电荷从低电位移至高电位，电源的内部存在非电场力。非电场力把单位正电荷从电源内部由低电位端移到高电位端所作的功，称为电动势，用字母或表示。其单位与电压相同，用伏特表示。eSU设在电源内部非电场力把正电荷从低电位端移到高电位端所做的功为，则电源的电动势为dqdWdqdWte图1-7电动势的表示电动势是衡量电源做功能力的物理量，这和前面所述的电压是衡量电场力做功能力的物理量是相似的。它们的区别在于电场力能够在外电路中把正电荷从高电位端(正极)移向低电位端(负极)，电压正方向规定为自高电位端指向低电位端，是电位降低的方向；而电动势能把电源内部的正电荷从低电位端(负极)移向高电位端(正极)，电动势的正方向规定为在电源内部自低电位端指向高电位端，也就是电位升高的方向，如图1-7所示。⑹电功率与电能电路是电流流过的路径，也是电能流动的路径。电场力做功的过程就是能量转化的过程。①电功率：电功率简称功率，它指的是单位时间内电场力做的功，即单位时间内电路吸收或释放的电能，通常用表示。在单位时间内，正电荷在电场力作用下，从点移动到点所做的功为，则有tpdqabdWdtdWtp由电流和电压的数学表达式可知titudtdWtp在直流电路中，电流、电压均为常量，故有UIP以上各式均是按电流和电压为关联参考方向表示的电路消耗的功率有以下几种情况：（A）P＞0，说明该段电路消耗功率为P，为负载性质；（B）P=0，说明该段电路不消耗功率，为导线性质；（C）P＜0，说明该段电路消耗功率为-P，发出(或提供)功率为P，为电源性质。在国际单位制（SI）中，功率的单位是瓦特，简称为瓦（W）。对大功率，以千瓦（kW）或兆瓦（MW）为单位；对小功率，以毫瓦（mW）或微瓦（uW）为单位，其换算关系为WkW3101WMW6101WmW3101WW6101②电能：电流流过负载时，负载将电能转化成其他形式的能。电流所做的功称为电能，用符号W表示。在直流电路中，电流、电压均为恒值，在0～t时间内电路消耗的电能为UItW在国际单位制（SI）中，电能W的单位是焦耳，简称为焦(J)，此时，电压U的单位为伏(V)，电流的单位为安(A)，时间t的单位为秒(S)。日常生活中，常用“度”来衡量使用电能的多少，功率为1kW的设备用电1小时所消耗的电能为1度，即1度=1千瓦×1小时=3．6×106J6、电路的工作状态电路的三种工作状态分别为通路、开路和短路，如图1-8所示。图1-8电路的三种工作状态（a）通路状态（b）开路状态（c）短路状态7、电路常用术语⑴支路：同一电流所流经的路径。图1-9中共有三条支路，即acb支路、ab支路、adb支路。⑵节点：三条或三条以上支路的连接点。图1-9中有a、b两个节点。⑶回路：由若干支路组成的闭合路径。图1-9中有三个回路，即abca、abda、adbca三个回路。⑷网孔：不含支路的闭合路径。在图1-9中，有abca、abda两个网孔。图1-98、电路元件电路元件通常是指用电设备，电路元件分为实际元件和理想元件。实际元件通常都含有电阻、电感和电容成分，进行电路分析时很不方便。为此我们在对实际电路进行分析时，都把实际元件用理想元件代替。⑴理想电阻元件纯消耗电能、具有两个端钮的理想元件。单位：欧姆Ω用字母R表示。电气图形符号：⑵理想电容元件纯储能、不消耗电能、具有两个端钮的理想元件。单位：法拉F用字母C表示。电气图形符号：⑶理想电感元件纯储能、不消耗电能、具有两个端钮的理想元件。单位：亨利H用字母L表示。电气图形符号：9、电源电源是能将其他形式能量转换成电能的装置。通常分为实际电源和理想电源两种。⑴实际电源现实生活中的电源都是实际电源，分实际电压源和实际电流源两种。实际电源都有内阻，功率是有限的。电气符号：实际电压源实际电流源⑵理想电源现实生活不存在理想电源，为了便于电路分析，常将大容量和小内阻的实际电源用理想电源进行理想化代替。理想电源也分理想电压源和理想电流源两种，理想电源都没有内阻，功率无穷大。电气符号：理想电压源理想电流源10、电路的连接在电路中，由于不同的工作需要，常将许多元件按不同的方式连接起来，组成一个较复杂的电路网络。电路的连接方式多种多样，其中最简单的是串联和并联。⑴串联电路两个或两个以上的电气设备依次连接，中间无分支的连接方式称为串联电路。⑵并联电路两个或两个以上电气设备接在电路中相同的两点之间的连接方式称为并联电路。⑶混连电路既有串联又有并联的电路称为混连电路。⑷电阻的串联和并联①电阻串联几个电阻的串联，其等效电为：②电阻并联几个电阻的并联，其等效电阻为：nRRRRR321nRRRRR1111132111、电路的基本公式和定律⑴欧姆定律在一段没有电动势而只有电阻的电路中，电流I的大小与电阻R两端的电压U成正比，与电阻值R的大小成反比。在电压、电流的关联方向下，一段电阻电路的欧姆定律表达式为IRU⑵全欧姆定律在闭合电路中，E为电源的电动势；R0为电源的内阻；E与R0构成了电源的内电路，R为负载电阻，是电源的外电路，外电路和内电路共同组成了闭合电路。为使电压平衡，有:0IREU⑶电功率计算公式UIPcosUIP（直流）（交流）⑷基尔霍夫定律基尔霍夫定律包含电流定律和电压定律。①基尔霍夫电流定律是用于确定连接于同一节点的各支路之电流间关系的。由于电流是电荷连续运动形成的，电路中的任一节点都不可能堆积电荷，即电流有连续性。因此，对电路中任一节点而言，任一时刻流人某节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，这就是基尔霍夫电流定律，数学表达式为0IIi或0I②基尔霍夫电压定律是用于确定某一回路中各段电路之电压间关系的。对于电路中的任一回路，在任一瞬时，沿闭合回路绕行一周的电位升Ur之和等于电位降Uf之和，数学表达式为frUU0U或12、交流电电的分类直流电（DC）：大小和方向都不改变交流电（AC）非周期性交流电周期性交流电：正弦交流电（变化规律呈正弦波）（a）直流电（b）正弦交流电（c）矩形波交流电⑴电力工业生产的交流电电力工业生产的交流电通常是由三相同步发动机产生的，在电力系统中，发电和输配电一般都采用三相制供电，工厂生产用电是三相交流电。三相交流电路如图1-10所示。三相交流电源是由三个