1、学习任务学习任务2 电工基本知识电工基本知识情景描述情景描述情景描述情景描述汽 该车 如自 何燃 预事 防故 呢？是如何产生的？学习目标学习目标n导入n汽车上的车灯有哪些？汽车上的车灯有哪些？n这些灯（大灯，转向灯，示廓灯等）都起这些灯（大灯，转向灯，示廓灯等）都起到什么作用呢？到什么作用呢？n示廓灯有一只不亮是什么原因呢？示廓灯有一只不亮是什么原因呢？知识准备一 直流电路的基本知识1.1 电路的作用与组成部分(1)实现电能的传输、分配与转换 (2)实现信号的传递与处理放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒1.电路的作用 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。发电机
2、发电机点火线圈点火线圈升压升压变压变压分电器分电器火花塞火花塞高压线高压线2.电路的组成部分电源: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发电机点火线圈点火线圈升压升压变压变压分电器分电器火花塞火花塞高压线高压线2.电路的组成部分汽车照明电路包括以下四个部分：(1)电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如蓄电池、发电机等)。2.电路的组成部分汽车照明电路包括以下四个部分：(2)负载：消耗电能的设备和器件(灯泡等用电器)。2.电路的组成部分汽车照明电路包括以下四个部分：(3)控制器件：控制电路工作状态的设备和器件(如开关等)。2.电路的组成部分汽车照明
3、电路包括以下四个部分：(4)导线：将电器设备和元器件按一定方式连接起来(如各种铜、铝电线等)，提供电流的通路1.2 电路的状态(1)通路(闭路)：电源与负载接通电路中有电流通过，使电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。(2)开路(断路)：电路中没有电流通过，又称为空载状态。(3)短路(捷路)：电源两端的导线没有经过负载而直接连接输出电流过大。对电源来说，属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。1.2 电路的状态短路、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
4、接）故障（下图）3接触不良（接触电阻过大）故障1.3 电路符号1.3 电路符号1.3 电路符号汽车电路举例：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，从而影响驾驶员视线。为了避免水蒸气凝结，设置了除霜（雾）装置，需要时可对风窗玻璃加热。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）。1.3 电路符号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）。1.4 汽车电路的特点(1)低压：汽车电气系统的额定电压主要有12V和24V两种。(2)直流：汽本电源由蓄电池及发电机供电，为直流电路。(3)单线制：为节
5、省导线和便于安装、维修，汽车上电源和用电器之间只用一根导线连接另一根导线由发动机、车架等金属机体代替而构成回路。这种方式称为单线制。(4)负搭铁：采用单线制时电源的一端必须可靠地接到车架上，俗称搭铁，用符号“”表示。按电源搭铁的极性，可分为正极搭铁和负极搭铁。由于负极搭铁对无线电干扰较小，所以大多数国家包括我国的汽车都采用负极搭铁。1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.1 负载的选择电气设备的额定值额定值:电气设备长期安全工作时的规定使用值1.额定值反映电气设备的使用安全性；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。额定值表示电气设备的使用能力。负载的工作状态:满载
6、:在额定功率下工作轻载:低于额定功率的工作状态过载(超载):超过额定功率的工作状态解根据功率和电压可以求出额定电流)(88.2501222 PUR 即即在使用时电流 现有一个汽车前照灯，灯上标有50 w,12v字样。请估算一下这只灯的灯丝电阻值为多少?如在12v电压下工作，流过的电流是多大?例题)(17.41250AUPI正确选取电路熔断器。如上例中一个50 w大灯流过417A，如同时开四个灯，则应选取20A的熔断器。1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.2 车用熔断器 保险丝也被称为熔断器，保险丝是汽车上不可缺少的元件，失去它汽车将无法正常工作，它的主要作用是保护电路（线路）及用电设备。
7、保险丝是由电阻率比较大而熔点较低的银铜合金制成的导线 1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.2 车用熔断器保险丝的位置大多数汽车的保险丝盒位于驾驶室内，图中以一汽大众的宝来为例，保险丝盒安装在仪表台侧面，打开塑料盖板就可以看到了。1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.2 车用熔断器更换保险丝 更换保险丝时一定要选用与原配保险丝一致的规格，不能任意加大保险丝的额定规格，更不能用其它导电物代替。http:/ 负载的额定值及导线的选择n1.5.3 导线的选择材料:铜线、铝线电压：低压导线、高压导线绝缘：裸线、绝缘线（1）导线分类:普通低压导线：适用于汽车低压电路作一般电器连接。电缆线：适用于
8、汽车起动及蓄电池搭铁等大电流的场合组合使用。一天，小王和师傅在修理汽车电路师傅让小王去取一根大灯用的导线，小王取了一根线给师傅，可师傅说；“这线太细了。小王想：我怎么这么没用，取根线都不会。其实，导线的选用是一门学问。该如何选用合适的导线和电器元件呢？1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.3 导线的选择低压线的选用原则：（2）导线选用原则导线的温升。电流通过导线时，它的热效应会使导线温度升高。一般在炎热的夏季里当发动机周围的温度高达70一90时该环境温度下的导线温升不得大于10。因而必须以电流大小选择合适的导线截面积1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.3 导线的选择低压线的选用原则：
9、（2）导线选用原则导线的电压降。通常整车电路的总电压降不得大于0.8V，起动机的起动瞬时导线的电压降不得大于0.5V，以保证起动机顺利起动。从压降的角度看，导线长度越短越好。导线的机械强度。车用导线应有足够的机械强度，即使电流很小的负载电路，其导线横截面积也不应小于0.5mm2。12伏电系主要线路导线截面积推荐值，如表l4所示。1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.3 导线的选择低压线的选用原则：（2）导线选用原则1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.3 导线的选择高压线的选用原则：（2）导线选用原则耐压为依据要求绝线性能的耐压应在15kv以上。对阻尼点火线，要求每I m长的线电阻不应
10、超过20k。1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.3 导线的选择（3）导线颜色1.5 负载的额定值及导线的选择n1.5.3 导线的选择（3）导线颜色例 在汽车电路图中，标注有1.5Rw的字样，它表示什么意义?解：1.5表示导线的截面积为1.5(mm2)；R表示导线表面的主色为红色；w表示导线表面的辅色为白色。n学会电路的基本定律；学会电路的基本定律；n学会利用电位化简电路。学会利用电位化简电路。知识准备二电路的基本定律和电位的计算 2.1 基尔霍夫定律 用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。注基尔霍夫电流定律应用于结点基尔霍夫电压定律应用于回路
11、2.1 基尔霍夫定律支路：每一个包含电路元器件的不分支的电路。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：由支路组成的任意闭合路径。网孔：不可再分的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E11 12 23 3例1：支路：ab、bc、ca、（共6条）回路：abda、abca、adbca （共7 个）结点：a、b、c、d (共4个）网孔：abd、abc、bcd （共3 个）电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR电路分析中的参考正方向问题的提出：在
12、复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？(1)在解题前任选某一个方向为参考方向，或称正 方向；(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；解决方法2.1.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律)n1定律 即:入=出 在任一瞬间，流入任一结点的电流等于流出该结点的电流。或:=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1对结点 a：I1+I2=I3或 I1+I2I3=0 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=?例:广义结点I
13、=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I5 1 1 5 6V12V 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。2.1.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律)1定律即：U=0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路1：对回路2：E1=I1 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或 I1 R1+I3 R3 E1=0 或 I2 R2+I3 R3 E2=0 I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E11 12 21列方程前标注回路循行方向；电位升=电位降 E2=UBE +I2R2 U=0 I2R2 E2+UB
14、E=02应用 U=0列方程时，项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3.开口电压可按回路处理 注意：1 1对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。对上图电路支路数：b=3 结点数：n=2回路数=3 单孔回路（网孔）=2若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程1.在图中标出各支路电流的参考方向以及回路循行方向。2.应用 KCL 对结点列出(n1)个独立的结点电流 方程。3.应用 KVL 对回路列出 b(n1)个独立的回路 电压方程（通常可取网孔列出）。4.联立求解 b 个方程，求出各支路电流
15、。对结点 a：例1：I1+I2I3=0对网孔1：对网孔2：I1 R1+I3 R3=E1I2 R2+I3 R3=E2支路电流法的解题步骤:2.叠加原理 叠加原理：对于线性电路，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。叠加原理2121RREII+由图(c)，当 IS 单独作用时SIRRRI2121+-S21221111IRRRRREIII+-+同理：I2=I2+I2由图(b)，当E 单独作用时SIRRRI2112+S21121IRRRRRE+根据叠加原理 叠加原理只适用于线性电路。不作用电源的处理：E=0，即将E 短路；Is=0
16、，即将 Is 开路。线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算，但功率P不能用叠加原理计算。例：注意事项：12112112111211)(RIRIRIIRIP +解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方 向相反时，叠加时相应项前要带负号。E1=18V,E2=9V,R1=R2=1,R3=4,求I3 任选电路中某一结点为零电位参考点(用 表示)，其他各结点对参考点的电压，称为结点电压。结点电压的参考方向从结点指向参考结点。结点电压法适用于支路数较多，结点数较少的电路。结点电压法：以结点电压为未知量，列方程求解。在求出结点电压后，可应用基尔霍夫定律或欧姆定律求
17、出各支路的电流或电压。在左图电路中只含有两个结点，若设 b 为参考结点，则电路中只有一个未知的结点电压。例：试求电流 I1。解法1：用支路电流法对大回路：解得：I1=1.4 A 2I1 I2+2I1=10对结点 a：I1+I2=3 解法2：用叠加原理电压源作用：2I1+I1+2I1=10I1=2A电流源作用：对大回路：2I1+(3 I1)1+2I1=0 I1=0.6AI1=I1+I1=2 0.6=1.4A试求各支路电流。解：求结点电压 UabRIREU1Sab +V18V316112171242+A2 A1218421242ab1-UIA3 A618 6 ab2-UIA6 3183ab3 UI
18、 应用欧姆定律求各电流2.3 电路中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。例题2.举例 求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：设 a为参考点，即Va=0VVb=Uba=106=60VVc=Uca=420=80 VVd=Uda=65=30 V设 b为参考点，即Vb=0VVa=Uab=106=60 VVc=
19、Ucb=E1=140 VVd=Udb=E2=90 Vbac20 4A6 10AE290V+-E1140V5 6A+-dUab=106=60 VUcb=E1=140 VUdb=E2=90 VUab=106=60 VUcb=E1=140 VUdb=E2=90 V 结论：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。n借助电位的概念可以简化电路作图bca20 4A6 10AE290V+-E1140V5 6A+-d+90V20 5+140V6 cd 稳定状态：在指定条件下电路中电压、电流
20、已达到稳定值。暂态过程：电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。2.4 电路的暂态分析电路暂态分析的内容(1)暂态过程中电压、电流随时间变化的规律。(2)影响暂态过程快慢的电路的时间常数。1.利用电路暂态过程产生特定波形的电信号 如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。研究暂态过程的实际意义 2.控制、预防可能产生的危害 暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使 电气设备或元件损坏。直流电路、交流电路都存在暂态过程,我们讲课的重点是直流电路的暂态过程。2.4.1 换路定则与电压和电流初始值的确定1.电路中产生暂态过程的原因电流 i 随电压 u 比例变化。合S后：所以电阻电路不存在暂态过
21、程(R耗能元件)。图图(a)：合合S前：前：0032 RRuui 例：IO(a)UR2+-S+-R32图(b)Cu所以电容电路存在暂态过程uCC(b)+-SR,0 Ci0 CuU暂态稳态otCu 产生暂态过程的必要条件：L储能：储能：221LLLiW 换路:电路状态的改变。如：电路接通、切断、短路、电压改变或参数改变不能突变不能突变Cu不不能能突突变变Li C 储能：储能：221CCCuW 产生暂态过程的原因：由于物体所具有的能量不能跃变而造成在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变若若cu发生突变，发生突变，dtduiCC不可能！不可能！一般电路一般电路则则(1)电路中含有储能元件(内因)(2)电
22、路发生换路(外因)0()0(-+CCuu注：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中 uC、iL初始值。设：设：t=0 表示换路瞬间表示换路瞬间(定为计时起点定为计时起点)t=0-表示换路前的终了瞬间表示换路前的终了瞬间 t=0+表示换路后的初始瞬间（初始值）表示换路后的初始瞬间（初始值）2.换路定则)0()0(-+LL 3.初始值的确定求解要点：(2)其它电量初始值的求法。初始值：电路中各 u、i 在 t=0+时的数值。(1)uC(0+)、iL(0+)的求法。1)先由t=0-的电路求出 uC(0)、iL(0)；2)根据换路定律求出 uC(0+)、iL(0+)。1)由t=0+的电路求其它电量的初
23、始值；2)在 t=0+时的电压方程中 uC=uC(0+)、t=0+时的电流方程中 iL=iL(0+)。暂态过程初始值的确定例1)0(-Cu0)0(-Cu0)0()0(-+CCuu已知：换路前电路处稳态，C、L 均未储能。试求：电路中各电压和电流的初始值。00-)(Cu,00-)(L,ARUC05.01005)0()0(22 +)0)0(-C(2)由t=0+电路，求其余各电流、电压的初始值由例题看出，换路后的初始值与电容、电感的大小无关结论1.换路瞬间，uC、iL 不能跃变,但其它电量均可以跃 变。3.换路前,若uC(0-)0,换路瞬间(t=0+等效电路中),电容元件可用一理想电压源替代,其电压
24、为uc(0+);换路前,若iL(0-)0,在t=0+等效电路中,电感元件 可用一理想电流源替代，其电流为iL(0+)。2.换路前,若储能元件没有储能,换路瞬间(t=0+的等 效电路中)，可视电容元件短路，电感元件开路。)0()()e1e1(-ttRCtUUuC RCtCUUu e-暂态分量稳态分量电路达到稳定状态时的电压-UCu Cu+UCu仅存在于暂态过程中63.2%U-36.8%UtCuo2.4.2 RC电路的充放电过程充电过程U0.632U1 2 3 321 Cu当 t=5 时,暂态基本结束,uC 达到稳态值。tCuO0.368U23Cu 1URC tRCtUUuC-ee321 t0uc2.4.3 RL电路的过渡过程)e1(tLRLRURiu-)e1(tLRLRUi-tLRtLUUdtdiLu-ee RuLiLuRuOutLuULiOtRU)0)0(0(-LiULuU+-SRLt=0LiRu+-+-断开电源
