直流电路（汽车电工与电子技术）

1、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1.1 电路的基本结构 1.1.1 电路组成 电路是电流的流通路径, 它是由电源、负载、导线和控制装置四部分组成。1、 电路的组成负载: 吸收电能的装置电源: 提供电能的装置控制装置导线和开关导线1）作用： 电源：提供电能 负载：用电设备 导线：连接电源和负载 控

2、制装置：接通、断开和保护电路 2）电路图:实物图和电路图之分。2、汽车电路的接线方式：双线制和单线制 双线制式：电源、用电设备用两根导线构成 回路。（家庭） 单线制式：电源和用电设备之间通常只用一根导线连接，另一根导线由发动机、车架等金属机体代替而构成回路。（汽车）3、搭铁： 正极搭铁 负极搭铁：干扰小，汽车常采用。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）。 。 简化电

3、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）。 小结：1）汽车电路的两个电源是？2）汽车起动机将（ ） 能转为 （ ）能，去完成对发动机的起动。 而点火装置是将（）能转为（）能，去点燃气缸内的可燃混合气。 1. 2 电路的基本物理量1. 电路基本物理量：电流、电压、电位、电动势、电功和电功率1）电流 电流的实际方向为正电荷的运动方向。电路中,电流从正极流出,负极入. 用符号 I 表示, 标准单位：A。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。（电池、蓄电池）2）电流表：测量电流的大小。 问：电流表和电压表是如何接入电路中？ 1

4、、单位：都是伏V 2、电位：用字母V表示；选一参考点（零电位点），电路中各点 的数值。 电压：用字母U表示；指两个点之间的电位差，与参考点无关。 3、电压方向：高电位到低电位3）电位和电压4）电动势：用字母E表示。单位都是伏。 只能对于电源来说。 5）电功：用字母W，单位：焦或千瓦时 1千瓦时=1度 6）电功率：用字母P,单位：瓦 W=P*t1）汽油发动机起动时，蓄电池需向发动机提供（ ）A的电流，柴油发动机起动时，蓄电池又需向发动机提供（ ）A的电流。 1.在汽车电路中常以( )作为参考点.A.方向盘 B.轮胎 C.车架 D.座椅2.参考点的电位为( )伏.A.0 B.1 C.2 D.33.

5、张三同学有一台25寸的彩电，它的额定功率为200W，若他每天开电视5小时，每度电的电费为0.64元，那他一个月（30天）需要多少电费？P5页 电流热效应习题: 1. 3 欧姆定律一、复习： 比较电位、电压、电动势的异同。名称位置参考点方向公式单位电位某一点有无伏电压两点电位差无高电位到低电位Uab=Ua-Ub伏电动势电源无低电位到高电位伏一、部分电路欧姆定律（不含电源） 公式： 二、全电路欧姆定律（含电源） 公式：U：负载两端电压 R：电阻 I：流过负载的电流 E：电源电动势 R+R0：电路的总电阻 R0:电源内阻 I：总电流三、例题 一白炽灯上标注着220V,100W.该灯的额定工作电流为多

6、大?其发光时的热态电阻是多少?若将它接在110V的电源上,消耗的电功率是多少?P7页 汽车蓄电池的使用 1. 4 导体电阻及电阻元件1.4.1 导体电阻 R 1.电阻的作用:限制电流,降压分压作用. 2.电阻的大小:与导体的材料、长度和截面积有关, 但与电流电压无关 (电阻率越大、导体长度越大、横截面积越小则电阻越大；反之越小。) 3.电路中导线均由铜或铝制造.1.4.2 电阻元件 1、常用电阻器：可以分为固定电阻器和可变电阻器 2、汽车不少传感器是利用电位器的原理制成。 如：冷却水温传感器利用热敏电阻 3、电阻还可以分为：线性电阻和非线性电阻 线性电阻：恒定阻值 非线性电阻：阻值变（半导体二

7、极管内阻、 半导体热敏电阻等） 4、电阻实物展示一.电路的状态有:开路(断路),短路,有载1.5 电路的状态1.开路(断路)IRoR+ -U SU0+ -1)分类:控制开路(人为) 和故障开路(意外)2)特征:I = 0电源端电压=电源电压 ( 开路电压 )(负载电压等于0)U = E UL=03)寻找故障的方法 P9页 A.试灯法:灯一端接电源负极,另一端接触接线点a,b,c,d 亮：所接触的点与电源正极无断路不亮：所接触的点与前一接线点间有断路B、电压表检测法：电压表黑表笔接电源负极， （直流电压档） 红表笔分别接触接线点a,b,c,d试灯指针摆动：所接触的点与电源正极无断路不摆动：所接触

8、的点与前一接线点间有断路2、 短路IRRo+ -U S1）分类： 负载短路 电源短路：电源两端被电阻接近于零导体接通2）原因： 导线绝缘损坏、老化（常见） 误接线 误操作3）电源短路的特征：短路电流（很大） 电源端电压U=04）防止短路： 接入熔断器FU 熔点低 易熔断 保护电路5）故障诊断维修： 短接法：在电源、熔断器、搭铁线都无故障的情 况下才能用 例P10页 3、 有载1）有载：即是电路正常工作。 电源与负载接通，有电流流过。 正常工作有全电路欧姆定律：2）讨论：电路处于有载状态时，电源电压一定， 输出的电流大小取决于外电路负载的大小。并联用电器越多时，则总电阻和总电流如何变化？越小越大

9、P11页3）总结：负载增大：即当用电器多时，总电阻越小， 则电流越大，功率越大负载减少：即当用电器少时，总电阻越大， 则电流越小，功率越小短路、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 1.6简单电路（串、并、混联）1.6.1 电阻的串联电路R1U1UR2U2I+RUI+一、串联特点:1)电流处处相等（两电阻串联时的分压公式）：R =R1+R23)总电阻等于各电阻之和；2)总电压等于各电压之和；二、电压分配1）U1及U2都小于U2）有分压作用（阻值越大，分得的电压越高）3）串联电路中， 总功率=各功率之和三、串联电路

10、的应用： 降压 控制电流（串的电阻越大越多，电流则越小） 改变输出电压（传感器）四、例题:P13页例1.51.6.2电阻的并联两电阻并联时的分流公式：(3)总电阻的倒数等于各电阻倒数之和；(4)并联电阻上电流的大小与电阻成反比。特点:(1)支路电压处处相等RUI+I1I2R1UR2I+(2)总电流=各支路电流之各和应用： 分流、调节电流等。思考: 串联电路中,串的电阻越大,则分得到的电压( )? 并联电路中,并的电阻越大,则分得到的电流( )?例题:P15页 例1.6 1. 7 基尔霍夫定律一、概念： 支路：电路中通过同一电流的每一个分支。 节点：三条或三条以上支路的连接点。(a,b)回路：闭

11、合路径。I1I2I3123ba+-E2R2+ -R3R1E1电流定律KCL电压定律KVL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）adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR11.4.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律)1定律 即: 入= 出 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。对节点 a：I1+I2 = I3ba+-U2R2+ -R3R1U1I1I2I3 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:I = 0IA + IB + IC = 012+_+_I611

12、53V12VIAIBICAIBCIABACBIC广义结点 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。1.4.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律)1定律即： U = 0对回路1：对回路2：I1 R1 +I3 R3 U1 = 0 I2 R2+I3 R3 U2 = 0 12I1I2I3ba+-U2R2+ -R3R1U11列方程前标注回路绕行方向（顺时针）； U = 0 I2R2 U2 + UBE = 02应用 U = 0列方程时，等号右边写0，左边要注意电压的符号：对于电源：从正极到负极取+号，反之取-号。对于电阻：电流方向与绕行方向相同取+号，反之取-号3. 开口电压可按回路处

13、理 注意：1对回路1：U1UBEE+B+R1+U2R2I2_例题：P18页 例1.91.5.3 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。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

14、 VVd =Uda= 65 = 30 V设 b为参考点，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AU290VU1140V56AdUab = 106 = 60 VUcb = U1 = 140 VUdb =U2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = U1 = 140 VUdb = U2 = 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。借

15、助电位的概念可以简化电路作图bca204A610AU290VU1140V56Ad+90V205+140V6cd2kA+I12kI26V(b)例1: 图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点 的电位VA解: (1)当开关S断开时(2) 当开关闭合时,电路 如图（b）电流 I2 = 0电位 VA = 0V 电流 I1 = I2 = 0，电位 VA = 6V 。2k+6VA2kSI2I1(a)电流在闭合路径中流通例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 U = 0对回路 ad

16、bca，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用 U = 0列方程对回路 cadc，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + U = 0adbcU+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I一、特点:1)电流处处相等（两电阻串联时的分压公式）：R =R1+R23)总电阻等于各电阻之和；2)总电压等于各电压之和；二、电压分配1）U1及U2都小于U2）有分压作用（阻值越大，分得的电压越高）3）串联电路中， 总功率=各功率之和 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 = IRRU6V+2

17、AR+U6V I(a)(b)I2A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：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。 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

18、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。解: 通过电灯的电流为电气设备的三种运行状态欠载(轻载)： I IN ，P IN ，P PN (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一个月用电W = Pt = 60W(3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h1.3 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IUIR

19、LR0+-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。 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 = 10 A，接上RL 后，恒流源对外输出电流。RL当 RL= 1 时， I = 10A ，U = 10 V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

20、 = US IR0由图b： U = ISR0 IR0IRLR0+USU+电压源等效变换条件:US = ISR0RLR0UR0UISI+电流源US 等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言， 对电源内部则是不等效的。 注意事项：例：当RL= 时，电压源的内阻 R0 中不损耗功率， 而电流源的内阻 R0 中则损耗功率。 任何一个电源电压 US和某个电阻 R 串联的电路， 都可化为一个电流为 IS 和这个电阻并联的电路。R0+USabISR0abR0+US abISR0ab例1:求下列各电路的等效电源解:+abU25V(

21、a)+abU5V(c)+a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU 5A23b+(a)a+5V32U+a5AbU3(b)+例2:试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。解:9V+24V+3I(d)1由图(d)可得6V2+12V2A2122I(a)3A2224V+I6A21(b)9A1324V+I(c)2A1A1A+5V4V+1V1、 支路电流法1、为每条支路设定电流并标出参考方向2、列结点电流方程（n个结点列n-1个方程） 3、对单孔回路列电压方程(内部不含任何支路的回路) 4、联立求解5、检验对未用过的回路列回路电压方程支路电流法以每个支路的电流为求解的未知量1.5 电路的一般分

22、析支路电流法叠加定理1.5.1 支路电流法支路电流法：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 =212ba+-U2R2+ -R3R1U1I1I3I23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，对选定的回路 标出回路循行方向。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。ba+-U2R2+ -R3R

23、1U1I1I3I2对结点 a：例1 ：12I1+I2I3=0对网孔1：对网孔2：I1 R1 +I3 R3=U1I2 R2+I3 R3=U2支路电流法的解题步骤: 支路数b =4，但恒流源支路的电流已知，则未知电流只有3个，能否只列3个方程？例2：试求各支路电流。baI2I342V+I11267A3cd12支路中含有恒流源。可以。注意： (1) 当支路中含有恒流源时，若在列KVL方程时，所选回路中不包含恒流源支路，这时，电路中有几条支路含有恒流源，则可少列几个KVL方程。 (2) 若所选回路中包含恒流源支路，则因恒流源两端的电压未知，所以，有一个恒流源就出现一个未知电压，因此，在此种情况下不可少

24、列KVL方程。(1) 应用KCL列结点电流方程 支路数b =4，但恒流源支路的电流已知，则未知电流只有3个，所以可只列3个方程。(2) 应用KVL列回路电压方程(3) 联立解得：I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 例3：试求各支路电流。对结点 a： I1 + I2 I3 = 7对回路1：12I1 6I2 = 42对回路2：6I2 + 3I3 = 0baI2I342V+I11267A3cd 当不需求a、c和b、d间的电流时，(a、c)( b、d)可分别看成一个结点。支路中含有恒流源。12 因所选回路不包含恒流源支路，所以，3个网孔列2个KVL方程即可。(1) 应用KCL列结点电流方程 支

25、路数b =4，且恒流源支路的电流已知。(2) 应用KVL列回路电压方程(3) 联立解得：I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 例3：试求各支路电流。对结点 a： I1 + I2 I3 = 7对回路1：12I1 6I2 = 42对回路2：6I2 + UX = 0baI2I342V+I11267A3cd12 因所选回路中包含恒流源支路，而恒流源两端的电压未知，所以有3个网孔则要列3个KVL方程。3+UX对回路3：UX + 3I3 = 0解得I1=10A, I2=-5A, I3=5A。例 4 所示电路中, Us1=130V、R1=1为直流发电机的模型, 电阻负载R3=24, Us2=117V、R2=0.6为蓄电池组的模型。 试求各支路电流和各元件的功率。解 以支路电流为