汽车电工电子直流电

总目录上页章目录下页返回第1章直流电路1.1电路的基本概念及基本定律1.2电路的基本分析方法1.3电容器总目录上页章目录下页返回第1章直流电路本章要求:理解电路的基本概念，掌握电路的基本定律掌握电路中电位的意义及计算理解电源的等效变换法，掌握电阻串并联的特点及电路的计算了解电容器的充放电特性，理解电容C的意义总目录上页章目录下页返回1.1电路的基本概念及基本定律电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1.1.1电路概述1.电路的作用（1）电能的产生、传输控制和转换电工电路总目录上页章目录下页（2）电信号的产生、传输处理和变换2.电路的组成电子电路电源负载中间环节信号源负载处理电路返回3.电路模型基本的理想元件有如下五种：理想元件是指只有一种电磁性质的假想元件。电阻元件是具有消耗电能性质的假想元件，其性质用参数R表示；总目录上页章目录下页返回电感元件是具有将电能转换成磁场能并储存起来性质的假想元件，其性质用参数L表示；电容元件是具有将电能转换成电场能并储存起来性质的假想元件，其性质用参数C表示；理想电压源的输出电压恒定不变，也称为恒压源，其恒压性用E或US表示；理想电流源的输出电流恒定不变，也称为恒压源，其恒流性用IS表示；将实际元件用理想元件或其组合等效替代，所得到的电路称为实际电路的电路模型，简称电路。总目录上页章目录下页返回总目录上页章目录下页返回汽车照明电路的电路模型1.电流大小：单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流是电荷在电场力的作用下作定向运动形成的,其大小和方向都与电荷有关。1.1.2电路的基本物理量tQIdtdqi直流交流单位：A、KA、mA、μA实际方向：正电荷的运动方向。总目录上页章目录下页返回2.电压大小：在电路中，任意两点a、b的电压Uab等于电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功。直流交流单位：V、KV、mV实际方向：高电位低电位即电位降落的方向。QWUabdqdwuab电荷运动回路总目录上页章目录下页返回3.电动势大小：电源的电动势Eba等于电源力将单位正电荷从负极b经电源内部移到正极a所做的功。单位：V、KV、mV实际方向：低电位高电位即电位升高的方向。电荷运动回路QWEba电流的实际方向可用箭头、双下标；电压、电动势用正负极性、箭头、双下标。Iab总目录上页章目录下页返回（1）电流、电压、电动势的参考方向参考方向的表示方法：总目录上页章目录下页返回参考方向：在分析、计算电路时，人为假定的方向。aRbIE+_U+_电流：电压、电动势：Iab双下标箭标abRIUab双下标Eba正负极性+–abUE+_（2）实际方向与参考方向的关系总目录上页章目录下页返回实际方向与参考方向一致，电量值为正值；实际方向与参考方向相反，电量值为负值。若I=5A，则电流从a流向b；若I=–5A，则电流从b流向a。若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。例：abRIabRU+–（2）实际方向与参考方向的关系总目录上页章目录下页返回若E=5V，则电动势的实际方向从b指向a；若E=–5V，则电动势的实际方向从a指向b。+–abE注意：在参考方向选定后，电流、电压、电动势的值才有正负之分。在电路分析中，如果没有特别指明，所标的电量方向均指参考方向。4.导体的电阻总目录上页章目录下页返回电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量。电阻定律说明：①不同的导体其电阻率不同，用途也不同。②导体电阻还与温度有关，通常用电阻温度系数α表示。部分导体电阻率和温度系数如下页表所示。SlRρl—导体长度（m）；S—导体截面积(m2);ρ—导体电阻率（Ω·m）单位：Ω、KΩ、MΩ总目录上页章目录下页返回材料名称电阻率ρ/Ω·m电阻温度系数α/1/℃用途银铜铝0.0165×10-60.0175×10-60.0283×10-60.00380.00400.0042导线线圈引线触点锰铜康铜镍铬铁铬铝碳0.42×10-60.4~0.51×10-61.1×10-61.4×10-610.0×10-60.0000050.0000050.000130.00005-0.0005电阻器电热丝部分导体的电阻率ρ和电阻温度系数α1.1.3欧姆定律总目录上页章目录下页返回1.部分电路欧姆定律U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RUIRUI通常取U、I参考方向相同，称为关联参考方向。RU+–IRU+–I总目录上页章目录下页返回解：对图(a)有,I=U/R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,I=–U/RΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以RU6V+–2AR+–U6VIa)b)I–2A总目录上页章目录下页返回2.全电路欧姆定律E、I参考方向相同时，E、I参考方向相反时，0RREIL0RREIL通常取E、I参考方向相同。RLR0EIURLR0EIU总目录上页章目录下页返回解：例：已知E=3V，R0=0.4Ω,RL=9.6Ω,求电流I、内阻压降IR0及电源端电压U。Α3.04.06.930LRREIV12.04.03.00IRVL88.26.93.0IRUΑ3.04.06.930LRREIV12.04.03.00IRVL88.26.93.0IRURLR0EIURLR0EIU1.1.4功率及其计算总目录上页章目录下页返回1.实际方向下功率的计算电功：t时间内，电场力（或电源力）做的功，用WR(或WE)表示。根据电压定义EItEQWE单位时间内电场力（或电源力）所做的功称为电功率，用PR（或PE）表示。EIPEUItUQWR根据电动势定义电阻的功率电源的功率RURIUIP22R总目录上页章目录下页返回功率单位：瓦（W）、千瓦（KW）、毫瓦(mW)电功单位：焦（J），千瓦·时（kW·h)1kW·h=3.6×106J2.参考方向下功率的计算U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，UIPUIPP0元件吸收功率，是负载P0元件发出功率，是电源。正负值的意义：IAU+–IBU+–总目录上页章目录下页返回解：对图(a)有,P=UI=-10W，A发出功率，是电源。例：计算图中各元件的功率，并指出各元件的性质。对图(b)有,P=–UI=20W，B吸收功率，是负载。I-1AAU10V+–a)b)I2AB+–U-10V总目录上页章目录下页返回3.电流的热效应电流的热效应：电流通过金属导体会发热的现象。RtIQ2电流热效应应用广泛。汽车上的照明灯、熔断器、双金属片式断路器、电热式机油压力表和水温表的指针偏转等。焦（J）电流热效应的存在容易使导线发热，老化绝缘外皮，严重时引起漏电或短路事故。焦耳定律：电流通过金属导体产生的热量Q与电流的平方I2、导体电阻R以及通电时间t成正比。1.1.5电路的三种状态总目录上页章目录下页返回1.通路通路：电流通过电源和负载形成回路的状态。UIR0RLES通路状态下，电源被接上负载，此时电源的工作状态称为有载状态。2.开路（断路）开路：电路中的某处被断开时的状态。特征：电路中没有电流流动。电源的负载被断开，此时的电源状态称空载状态。总目录上页章目录下页返回开路可以分为控制性开路和故障性开路。控制性开路是利用开关将处于通路状态的电路断开。故障性开路是一种突发性、意想不到的断路状态。例如，在汽车电路中，电源与负载之间的连接线松脱，负载与导体的金属部分接触不良，都会引起断路故障。所以在接线时要牢固可靠，尽量避免断路故障发生。在汽车电路发生断路故障时，通常用试灯或万用表（直流电压挡）去寻找电路的断路点。总目录上页章目录下页返回方法：将试灯一端（或电压表负表笔）接在电源负极，另一端依次触及电路接线点a、b、c、d。如果灯亮说明此接线点至电源正极间无断路，如果灯不亮说明此接线点与前一接线点间有断路。用这种办法逐步缩小查找范围，直至找到断路点。总目录上页章目录下页返回3.短路U=0短路：电路的任意两端被导体接通时的状态。电源短路时，流过大电流，烧损电源及导线，为避免该情况的发生，在电源附近要安装短路保护器。特征：被接通的两端电压为零。IR0RLEab短路可能发生在电源上，也会发生在负载上，前者称为电源短路，后者称为负载短路。图中的短路为电源短路。总目录上页章目录下页返回短路除了有害的一面以外，还有有利的一面。在汽车上利用短路法能快速的找到故障点。若按下起动按钮，起动机不转。经查电源、熔断器FU及搭铁线均无故障。于是就可采用短接法查找故障所在位置。汽车起动系统原理图1.1.6基尔霍夫定律总目录上页章目录下页返回支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。baE2R2R3R1E1I1I2I3123总目录上页章目录下页返回1.基尔霍夫电流定律(KCL定律)在任一瞬间，流向任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。I1+I2=I3电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。(1)定律I1I2I3baE2R2R3R1E1即:Ｉ入=Ｉ出结点a:结点b:I3=I1+I2实质:电流连续性的体现。总目录上页章目录下页返回电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。（2）推广I=?I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V总目录上页章目录下页返回解：例：已知I1=2A，I2=-3A，I3=-2A，求I4根据基尔霍夫电流定律得42IIII31A33)3()2(2214IIII总目录上页章目录下页返回对任一回路，沿假定的绕行方向走一周，回路中各段电压的代数和恒等于零。（1）定律I1R1+I3R3–E1=0I2R2+I3R3–E2=0基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。2.基尔霍夫电压定律(KVL定律)I1I2I3baE2R2R3R1E112即：U=0对回路1：对回路2：总目录上页章目录下页返回①列方程前标注回路绕行方向；U=0I2R2–E2+UBE=0②应用U=0列方程时，项前符号的确定：如果规定电压方向与绕行方向相同时取正号，则相反时就取负号。③开口电路可按回路处理（2）注意：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_绕行总目录上页章目录下页返回解：例：已知一闭合电路，其组成元件为任意的，若UAB=5V，UBC=-4V，UDA=-3V，求UCD，UCA对回路ABCDA有0DACDBCABUUUUVDAABBCCD2)3(5)4(UUUU0CABCABUUUVBCABCA1)4()5(UUU对开口电路ABCA有总目录上页章目录下页返回1.1.7电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。通常设参考点的电位为零。1.电位的概念电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。总目录上页章目录下页返回2.举例求图示电路中各点的电位及电压。解：设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca=4×20=80VVd=Uda=6×5=30V设b为参考点，即Vb=0VVa=Uab=10×6=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90Vc204A610AE290VE1140V56Adba总目录上页章目录下页返回结论：(1)电位值