第1章汽车电工

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,1,章 直流电路,实用汽车电工电子技术,知识目标,技能目标,1.,理解电路的电位、电压、电动势等几个基本物理量。,2.,掌握电路的欧姆定律及电阻元件的电压、电流关系。,3.,掌握电源的断路、短路、有载三种状态及电源的外特性。,4.,掌握电阻负载串联、并联、混联电路的特点和计算方法。,5.,理解基尔霍夫定律,掌握电路中某点电位的意义及计算。,6.,掌握电桥的平衡条件。,7.,了解电容器充放电过程的特点。理解电容,C,的含义。,1.,掌握常用电工仪表的基本知识和使用方法,。,2.,掌握常用电工工具的使用和导线连接方法,。,3.,掌握直流电路的检修方法,。,1.1,电路的基本结构,电路的基本组成,电流流经的路径称为电路。电路一般是由,电源、负载,(,用电器,),、导线和控制装置,四部分组成。,1.1,电路的基本结构,电路图,电路图有,实物接线图,和,电路原理图,之分,，如右图所示。,电路原理图是把电路中的实物,用国家统一颁布的简单图形符号表示和绘制出来的电路连接图。在汽车电器电路维修中经常使用的是电路原理图。,1.1,电路的基本结构,汽车电路的单线制,电源和用电设备之间是用两根导线构成回路的，这种连接方式称为双线制。在汽车上，为了节省导线和便于安装、维修，电源和用电设备之间通常只用一根导线连接，另一根导线则由发动机、车架等金属机体代替而构成回路。这种连接方式称为单线制。,1.2,电路的基本物理量,1.2.1,电流,电流的定义,电流是电荷的定向移动形成的。在金属导体中,电流实质上是带负电荷的自由电子在电源电场力的作用下运动所形成的。,电流方向,正电荷移动的方向为电流的方向。因此带负电荷的自由电子和负离子移动的方向与电流的方向相反。,1.2,电流的基本物理量,电流的计算,电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。,表示为,I,=,Q,t,1.2,电路的基本物理量,1.2.2,电位和电压,电位,电路中某点的电位在数值上等于电场力将单位正电荷从该点移动到参考点（零电位点）所做的功。,电路中某点电位为,V,A,=,W,Q,1.2,电路的基本物理量,电压,电路中某两点间的电压就是该两点间的电位差。它实际上是电场力将单位正电荷从某点移动到另一点所做的功。,电路中某两点间的电压大小与参考点的选择无关。电压用字母,U,表示。例如,A,、,B,两点间的电压为,U,AB,=,V,A,-,V,B,1.2,电路的基本物理量,1.2.3,电动势,电动势定义：电动势就是在电源内部，电源力克服电场力的阻力，将单位正电荷从电源的负极经电源内部移动到电源的正极所做的功，常用,E,表示。,电动势计算,：,E=,W,E,/,Q,1.2,电路的基本物理量,1.2.4,电功和电功率,电功：电场力移动的电荷所做的功。,电功率：,电场力在单位时间内所做的功,叫做电功率。用字母,P,表示：,W,=,U,AB,Q,=,UIt,P,=,UI,1.3,欧姆定律,1.3.1,部分电路欧姆定律,不含电源的一段电路称为部分电路，如图所示。实验证明，在部分电路中，流过电阻的电流与电阻两端所加的电压成正比，与电阻成反比。这个结论叫做欧姆定律。即,I,=,U,/,R,或,U,=,IR,1.3,欧姆定律,1.3.2,全电路欧姆定律,含有电源的闭合电路称为全电路。如图所示，全电路是由电源内部电路,(,简称内电路,),和外电路两部分组成的。,I,=,E,/(,R,+,R,0,),1.4,导体电阻及电阻元件,1.4.1,导体电阻,导体能够导电,但同时对电流又有阻碍作用。这种阻力是自由电子在定向移动时与导体的原子发生碰撞而产生的。通过实验可知,在一定的温度下，导体电阻的大小与导体的材料长度和截面积有关,用公式表示为,R,导体的电阻，,；,L,导体的长度，,m,；,S,导体的截面积，,mm,2,；,导体的电阻率，,mm,2,/m,R,=,L,/,S,1.4,导体电阻及电阻元件,1.4.2,电阻元件,利用不同导体具有不同的电阻率的特性,制成用来限制或调节电路电流的元件，称为电阻器,(,简称电阻,),。常用的电阻器一般可以分为固定电阻器和可变电阻器两大类，外形及电路符号如图所示。,固定电阻器,可变电阻器,1.5,电路的状态,1.5.1,开路,电路处于开路状态,可分为控制性开路和故障性开路两种。控制性开路是根据需要人为地将开关断开,使电路切断；而故障性开路是意想不到发生的断路。,根据全电路欧姆定律,电路处于开路时的特征,：,I,=0,U,=,E,U,L,=0,由于电路断路,电流为零,电源不输出电能。当然，负载也不消耗电能,即电路不发生能量转换。,1.5,电路的状态,1.5.2,短路,当电源两端被电阻接近于零的导体接通时,这种情况叫做电源被短路。如图所示。,产生短路的原因往往是由于导线绝缘损坏引起的。错误的接线或误操作也常导致电源短路。,图中折线是指明短路点的符号,熔断器,1.5,电路的状态,1.5.2,短路,当电源两端被短路时,若忽略导线的电阻，全电路中只存在电源的内阻,R,0,，由于内阻,R,0,很小，所以短路时电流,I,S,很大,如果不及时切断电路，很大的短路电流将烧毁电源导线以及回路中接有的电流表、开关等,甚至引起火灾。所以,电源短路是一种严重事故,应严加防止。,短路时电路特征,I,S,=,E,/,R,0,U,=0,1.5,电路的状态,1.5.3,有载,右图所示电路中,把开关,S,闭合,使电源与负载接通,电路中就有电流流过,电源就向负载输出电功率。这就是电路的有载工作状态,。,1.5,电路的状态,1.5.3,有载,有载状态公式,:,由全电路欧姆定律来表示：,I,=,E,/(,R,0,+,R,),E,=,IR,0,+,IR,1.6,简单电路,1.6.1,电阻的串联电路,把两个或两个以上电阻依次连成无分支的电路叫做电阻的串联。,电阻串联电路特点：,流经各电阻的电流,I,均相同。,串联电路的总电阻,(,等效电阻,),等于各个串联电阻之和。,R,=,R,1,+,R,2,串联电路总电压等于各个串联电阻上的电压之和。,U,=,U,1,+,U,2,1.6,简单电路,串联电路中的电压分配,因,R,1,/(,R,1,+,R,2,),和,R,2,/(,R,1,+,R,2,),均小于,1,故,U,1,、,U,2,均小于端电压,U,。,串联电路中,阻值较大的电阻分得电压高,阻值较小的电阻分得的电压低。,串联电路等效电阻的电功率等于各个串联电阻电功率之和。,1.6,简单电路,串联电路的应用,用于降压,。当某一用电器的额定电压低于电源电压时,可在电路上串联一个适当电阻,(,降压电阻,),。根据串联的电压分配规律,使分得的电压为额定工作电压。这里要注意与负载相串联的电阻,实际电功率不应超过它的额定功率。,用来控制负载,。电流负载的工作状况与电流大小有直接关系。如直流电动机的转速与电流大小有关。捷达、桑塔纳轿车空调中的鼓风机电路就串联三个电阻。通过鼓风机开关可以改变串接电阻的个数,达到改变鼓风机的转速。,用电位器改变输出电压,。现代汽车电控系统不少传感器是利用电位器原理制成的,电位器是应用分压原理进行工作的。,1.6,简单电路,1.6.2,电阻的并联电路,把两个或两个以上的电阻的两端,连接在电路的相同的两点间,使每个电阻处于同一电压作用下,这种连接称为电阻的并联电路。如图所示。,1.6,简单电路,电阻并联电路的特点,各并联支路两端的电压相等。,电路内的总电流等于各支路电流之和,即,I,=,I,1,+,I,2,并联等效电阻。用一个电阻代替相互并联的各电阻,在电路端电压作用下电路的总电流保持不变,这个电阻就叫做并联电阻的等效电阻。如图所示。,并联电阻的等效电阻值的倒数,等于各个并联电阻值的倒数之和。,1.6,简单电路,并联电路中的电流分配,在两个电阻并联时,某一支路中的电流等于总电流乘以一个分数。这个分数就是这个支路的分流比例系数。系数的分母是两并联电阻之和,分子是另外一条并联支路的电阻,。,I,1,=,IR,1,/(,R,1,+,R,2,),I,2,=,IR,2,/(,R,1,+,R,2,),1.6,简单电路,并联电路的应用,并联电路在实际生产、生活中应用十分广泛。如日常生活中的照明、各种家用电器都是并联接在,220V,的交流电源上。汽车上的用电器,如喇叭、照明灯、电动机等也都是并联接在同一直流电源上。,并联电路的优点就在于各用电器能单独控制,独立工作,互相不影响。所以,几个额定电压相同的负载,只要电源能满足全部负载的电流,就可以把它们并联接在同一电压的电源上。,除此之外,如某一电阻值偏大,可通过并联电阻的方法,使总电阻减小,以满足电路需要。电流表可以用并联电阻分流的办法来扩大量程。,1.6,简单电路,1.6.3,电阻的混联电路,既有电阻的串联,又有电阻的并联,这样的电路叫做混联电路。对于混联电路的计算,可以先应用串、并联等效电阻加以简化,最后应用欧姆定律求解。,对于较复杂的混联电路,一时不易判别出电阻的串、并联关系可通过节点命名法,对原电路进行简化、整理,画出能较为方便地判别出串、并联关系的电路图，然后再进行计算。,1.7,基尔霍夫定律,1.7.1,基尔霍夫电流定律,(KCL),因为电流具有连续性,在电路的任一节点上均不可能发生电荷堆积现象，所以流入某节点的电流,I,入,之和必等于从该节点流出的电流,I,出,之和,即,I,入,=,I,出,这一关系称为基尔霍夫电流定律,通常又称为基尔霍夫第一定律。,1.7,基尔霍夫定律,1.7.2,基尔霍夫电压定律,(KVL),基尔霍夫电压定律通常又称为回路电压定律。此定律是用来确定回路中各部分电压之间关系的。,对于电路中任一回路,沿任一指定方向,(,顺时针或逆时针,),绕行一周,回路中的各电位升之和必定等于各电位降之和,即,U,升,=,U,降,。,E,=,IR,此式是基尔霍夫电压定律的另一表示形式,即在电路中,沿任一闭合路径电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。电动势的方向与回路绕行方向一致时,电动势取正号,反之取负号。,1.8,电路中电位的计算,要计算电路中某点的电位,简单地说：就是从该点出发,沿着任意选择的一条路径,“,走,”,到零电位点,所经过的电位降,(,即电压,),的代数和。具体方法和步骤：,若电路没有已知的接地点,(,零电位点,),则可任意选取一点作为接地点,标上符号,“,”,。,由已知电源电动势和各电阻的阻值计算出电流的大小和方向。,标出电动势和负载电压的极性。电动势,E,的方向是从负极指向正极,即电位升高的方向,电源正极标,“,+,”,负极标,“,”,。对于负载电压,电流流入端标,“,+,”,流出端标,“,”,，,即沿着电流的方向电位是降低的。,求,A,点电位时,选定一条从,A,点到零电位点的路径,(,尽可能选最简单的路径,),。,从,A,点出发沿此路径,“,走,”,到零电位点,所经过的无论是电源还是负载,只要从正到负,则电位降为正值。反之,从负到正则电位降为负值,(,实际为电位升,),。然后将全部电位降相加,(,取代数和,),就得到,A,点的电位。即,V,A,=,U,1.9,电桥电路,1.9.1,电桥电路的两种状态,电桥有两种工作状态：平衡状态与不平衡状态。当电桥接通电源后,如果桥路两端没有电压输出,当然也没有电流通过,这时就称电桥处于平衡状态,(,也叫平衡电桥,),。反之,称电桥处于不平衡状态,(,也叫不平衡电桥,),。,电桥电路,1.9,电桥电路,电桥的平衡及平衡条件,R,1,R,3,=,R,2,R,4,此式就是电桥平衡时应具备的条件。它表明,相对桥臂电阻的乘积相等时,桥路中电流为零。,平衡电桥,1.9,电桥电路,不平衡电桥的电位分析,一个原来处于平衡工作状态的电桥,如果某一桥臂电阻值发生了变化,破坏了平衡条件,电桥就会由平衡状态转变为不平衡状态。这时,桥路两端存在着电位差,(,即桥路电压,又称为电桥输出的信号电压,),桥路中有电流通过,电流的大小和方向则取决于桥路两端电压