汽车维修电工基础整本书课件电子教案

汽车维修电工基础

目录直流电路1正弦交流电路2三相交流电路3电磁学的应用4发电机与电动机5安全用电6半导体二极管7晶体管的应用8集成运算放大器及其应用5数字电路基础6

项目一认识直流电路

知识目标

1.电路的组成及各个部分的作用

2.能够应用基尔霍夫定律进行复杂电路计算能力目标

1.能用万用表测量电路中电阻、电压及电流值

2.解决直流电路中的连结问题电路及其组成1电压源与电流源的等效变化2电路分析计算3电路的暂态分析4直流电路电路及其组成电路是电流的通路，它是为了实现某种功能，由各种电气设备和器件，按一定方式互相连接的电流通路。导线电阻电源电路主要物理量电流电压电位和电动势弱电电路CommunalVoice电流定义所谓电流就是单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。i=dq/dtI=Q/t直流在国际单位制（SI)中，规定电流的单位是安培（A）。电流方向

1.

实际方向习惯上规定正电荷移动的方向或者负电荷移动的反方向为电流的方向（实际方向）.如下图所示的电流。

2.

参考方向

电流参考方向是假定的电流流向。当电流参考方向与实际方向一致时，电流为正值。当电流参考方向与实际方向相反时，电流为负值。如下图

在电路中，如果设正电荷由A点移动到B点时电场力所做的功为dw，则A、B两点间的电压为

UAB=dw/dq

U=W/Q

在国际单位制种，电压的单位是伏特（V）。电压定义直流电路方向一致，U>0方向不一致，U<0方向电压实际方向：习惯上规定从高电位点指向低电位点的方向为电压方向（实际方向）电压参考方向：电压参考方向是假定电压方向，在电路中可以任意选定。电流和电压常取一致的参考方向，称为关联参考方向。当U、I为关联参考方向时，则电压与电流的关系为U=RI，则电压与电流的关系是U=-RI。

关联参考方向

100m30m>100mAOCBW1W2W3电位定义电位定义电场力把单位正电荷从电路中某点移动到参考点所做的功，用大写字母V表示。参考点在电路中选定某一点A为电位参考点，就是规定该点的电位为零结论

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定义在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功电动势用字母E来表示，单位也是伏特（V）方向

在电源内部由低电位指向高电位端电动势电源中间环节负载供应电能的设备，它能将非电形式的能量，如机械能、化学能转换电能。电源导线导线的面积导线标称截面是经过换算的线心截面积，而不是实际几何面积。汽车常用的导线

1．低压导线2．高压导线在汽车点火线圈至火花塞之间的电路使用高压点火线，简称高压线。

标称截面积/mm2用途0.5尾灯、顶灯、指示灯、仪表灯、牌照灯、刮水器、时钟、燃油表、水温表、油压表等电路0.8转向灯、制动灯、停车灯、断电器等电路1.0前照灯、电喇叭（3A以下）电路1.5前照灯、电喇叭（3A以上）电路1.5～4.0其它5A以上电路4～6柴油车电热塞电路6～25电源电路16～95起动电路导线颜色负载电容电感电阻负载负载电阻元件是反映电流热效应这一物理现象的理想电路元件。用字母R表示。

u=Ri电阻定义

在关联参考方向下，若R=u/i为常数，也称其为线性电阻，其伏安特性曲线如下图特性曲线电阻型号命名方法按阻值分：固定电阻，可变电阻按材料分：碳膜电阻，金属膜电阻，线绕电阻按功率分：1/16W,1/8W等额定功率的电阻按精确度分：等普通电阻，等精密电阻分类

1）直标法：电阻值直接用数字与字母印在电阻上举例：3Ω3I表示3.3Ω

2）色标法：将不同颜色的色环涂在电阻上来表示电阻的标称值及误差。3）文字标号法：例3MΩ3K表示3.3MΩ电阻值的标识电容元件是反映存储电荷产生电场，储存电场能量这一物理现象的理想电路元件。实际的电容器通常由两块金属板中间介质构成。电容器极板上储存的电荷量q与外加电压u成正比，即：

式中C-电容，是表征电容元件的参数，在国际单位制中电容单位是法拉(F).

电容在下中电容上的电压与电流去关联参考方向时，有

电容元件储存的电场能量为：

电容分类按电容值分：固定电容器，可调电容器按介质分:纸介电容器，金属化纸介电容器，有机薄膜介质电容器，瓷介电容器，云母电容器，电解电容器。电容型号命名方法电容型号命名方法与电阻型号命名相似电容额定电压电容额定直流工作电压指在线路上能够长期可靠地工作而不被击穿时所能承受的最大直流电压（又称耐压）。如果电容器用在交流电路里，则应注意所加的交流电压的最大值（峰值）不能超过额定直流工作电压定义电感元件是反映电流周围存在磁场，储存磁场能量这一物理现象的理想电路元件，其相当于一个电阻为零的线圈。忽略导线电阻及线圈匝与匝之间的电容时，电感上的磁链与电流成正比，即：

式中：L—电感，是表征电感元件的特征参数。在国际单位制中，电感的单位为亨利（H）。电感如下图当电压、电流和电动势的参考方向一致，则有：

电感元件中储存的磁场能量为：

上式说明，电感元件在某时刻储存的磁场能量，只与该时刻流过的电流的平方成正比，与电压无关。电感元件不消耗能量，是储能元件。

电磁感应右手定则用右手握线圈，手指沿着电流流动的方向，大拇指便指向N极。

电阻式温度传感器的一种，分正温度系数热敏电阻与负温度系数热敏电阻两种。

热敏电阻例：冷却水温度传感器：其特性曲线如下图电压源与电流源的等效变换电压源一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。定义USui0伏安特性曲线

1.端电压始终恒定，等于直流电压。特点2.输出电流是任意的，即随负载（外电路）的改变而改变。电路符号USus+_IR5VRLUSUO+_+_电路理想电压源IRUS实际电压源USui0U=US-IR0其实，理想电压源也不存在。电流源定义一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源，即其输出电流不随负载两端的电压（亦即负载的电阻值）而变。ISui0伏安特性曲线特点1.输出电流恒定不变2.端电压是任意的,即随负载不同而不同电路符号iSUIR1AI=

IS-IR0第1章R0IR0Isba-+UIOUIIS电路实际电流源产生由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。等效变换电压源电流源U=Us

I·R0U=IR0·RIRO=

(Is

I)·R=

Is·R

I·RRRR=R0说明1）电压源模型与电流源模型互换前后电流的方向保持不变，即IS和Us方向一致。2）所谓“等效”是指“对外电路”等效（即对外电路的伏－安特性一致），对于电源内部并不一定等效。

支路：电路中每一个含有电路元件的分支，同一支路上流过的电流相同，即支路电流。回路：电路中任意闭合的路径，回路有顺时针和逆时针两个方向，可以用箭头表示回路的方向。节点：电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。电路分析与计算基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律，是分析电路的重要基础。基尔霍夫电流定律（Kirchhoff’sCurrentLaw,简写成KCL）描述了联接在同一节点上的各支路电流之间的约束关系，反映了电流的连续性，即：也就是说在任一瞬间，流入任一节点的电流之和必等于流出该节点的电流之和。

基尔霍夫电流定律（KCL）对于节点a，应用kcl有：

I1+I2=I3

I1+I2-I3=0

ΣI=0I1I3I2因此，基尔霍夫电流定律也可叙述为：在任一瞬时，电路中流入任一节点的所有电流的代数和等于零。流入节点时取正号，流出节点时取负号。流出时，电流符号则相反。

例1：

在图中，I1=5A,I2=-2A，求I3I1I2I3解：根据图示的电流参考方向，应用基尔霍夫电流定律有

I1+I2=I3

I3=I1+I2

=5+（-2）

=3A

基尔霍夫电压定律（Kirchhoff’sVoltageLaw简写为KVL）描述了闭合回路中各支路电压之间的关系。基尔霍夫电压定律指出在任一瞬时，沿闭合回路绕行一周，在绕行方向上的电位升之和必等于电位降之和。基尔霍夫电压定律（KVL）如图所示，应用kvl有：

U1+U4=U2+U3

U1-U2-U3+U4=0

ΣU=0

因此，KVL也可以描述为:在任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，回路中各部分电压的代数和恒等于零。若电位升取正号，则电位降就取负号例1：有一闭合回路如图所示，已知U1=15V，U2=-4V，U3=8V，试求电压U4和UAC。解：沿ABCDA回路，根据各电压的参考方向，应用基尔霍夫电压定律得：沿ACBA回路，应用基尔霍夫电压定律可列出：例2:

如图所示有源支路，已知E=12V，U=8V,R=5，求电流Ｉ。解：沿闭合回路顺时针方向绕行一周，应用基尔霍夫电压定律，有：电流是负值，即其实际方向与图示参考方向相反。分析计算方法：支路电流法，回路电流法，节点电位法，

支路电流法：以支路电流为未知量，应用基尔霍夫两个定律，列出所需方程，从而求出未知量。基尔霍夫定律在电路分析计算中的应用下面以下图来具体说明支路电流法其方法和步骤（1）由电路的支路数m，确定待求的支路电流数。该电路m=6，则支路电流有i1

、i2….i6六个。（2）节点数n=4，可列出n-1个独立的节点方程。对节点1，2，3列kcl有：（3）根据KVL列出回路方程。选取m-(n-1)个独立的回路，由KVL列出l个独立的回路方程，对回路1，2，3（4）将六个独立方程联立求解，得各支路电流（5）根据电路的要求，求出其他待求量，如支路或元件上的电压、功率等。例3：用支路电流法求解下图所示电路中各支路电流及各电阻上吸收的功率。解:

该电路有三条支路、两个节点。故可列出一个独立的节点方程两个独立的回路方程节点①–і1+і2+і3=0

回路17і1+11і2=6–70=–64

回路2-11i2+7i3=-6

联立求解，得到：і1=–6Aі2=–2Aі3=–4A

2）求各电阻上吸收的功率。电阻吸收的功率电阻R1吸收的功率电阻R2吸收的功率电阻R3吸收的功率电路暂态分析在自然界中，各种事物的运动过程通常都存在稳定状态和过渡状态。

稳态：在一定条件下的稳定状态，简称稳态。

过渡过程：

当条件改变时，它将从一种稳态转变到另一种新的稳态，这是需要一定时间的，这个转变过程称为过渡过程。

uC+–CiCU+–SR合S前:

合S后：

由零逐渐增加到UU稳态ot暂态暂态过程的必要条件：换路:

电路状态的改变，电路接通、切断、短路、电压改变或参数改变(1)电路中含有储能元件(内因)(2)电路发生换路(外因)换路定则换路定则：

在换路瞬间，电感电流

和电容电压

不能跃变

设：t=0—表示换路瞬间(定为计时起点)

t=0-—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）电感电路：电容电路：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。

求解要点：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+)。叠加原理

在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。概念:+BI2R1I1U1R2AU2I3R3+_+_原电路I2''R1I1''R2ABU2I3''R3+_U2单独作用+_AU1BI2'R1I1'R2I3'R3U1单独作用叠加原理“恒压源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒压源去掉，代之以导线连接。BI2R1I1U1R2AU2I3R3+_+_I2''2

6

AB7.2V3

+_+_A12VBI2'2

6

3

已知：U1=12V，U2=7.2V，R1=2

，R2=6

，R3=3

解：I2´=I2"=I2=I2´+I2

=根据叠加原理，I2=I2´+I2

1A–1A0A+-10

I4A20V10

10

用迭加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10

I´4A10

10

+-10

I"20V10

10

解：“恒流源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒流源去掉，使电路开路。1.叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令U=0；暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令Is=0。=+4.迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率，即功率不能叠加。如：5.运用迭加定理时也可以把电源分组求解，每个分电路的电源个数可能不止一个。

设：则：I3R3=+ThankYou!

项目二正弦交流电路的应（1）

知识目标1.掌握正弦交流电的基本概念2.掌握正弦交流电的相量表示法能力目标会做单相照明电路的安装和检查交流电基本概念1交流电路的R、L、C特性2正弦交流电路交流电基本概念电的种类大致分为哪三种，日常家庭用电最多是哪一种？(a)直流电

(b)交流电

(c)脉冲电1、引言直流电量电路中电压的大小和极性、电流的大小和方向都是不随时间变化的，这种恒定的电压电流统称为直流电量CommunalVoice交流电量交流电是指电压与电流大小和方向都随时间做周期性变化的电压或电流。2、正弦交流电在正弦电源激励下，电路中电压和电流均按正弦规律变化，这样的电路称为正弦交流电路。u(i)t+正弦交流电压和电流常统称为正弦电量，简称正弦量。定义

便于传输；易于变换便于运算；有利于电器设备的运行；

正弦交流电的优越性正弦交流电瞬时方向正弦交流电也要规定正方向,表示电压或电流的瞬时方向交流电路进行计算时，首先要规定物理量的参考方向，然后才能用数字表达式来描述。实际方向和假设方向一致实际方向和假设方向相反tiiuR用小写字母表示交流瞬时值Ru+_

-

_iu+_正半周负半周Ru+_表示方法1、用波形表示iu+_2、用三角函数表示角频率它在数值上等于单位时间内正弦函数辐角的增长值，称为角频率

3、交流电三要素*无线通信频率：30kHz~30GMHz*电网频率：我国50Hz，美国、日本60Hz*高频炉频率：200~300kHZ*中频炉频率：500~8000Hz幅值上式中Um是电压u的最大值，我们称之为幅值初相位：正弦波的相位角或相位。：t=0时的相位，称为初相位或初相角。(-π，π+)总结由上述可知，角频率(或频率)、幅值、初相位是确定一个正弦量的三个要素。电路中所谓求某一个正弦电量，也就是求出它的三要素而在正弦交流电路中，由于各正弦量的频率是相同的，往往只要求得幅值和初相位就可以了。4、交流电幅值、瞬时值与有效值最大值用Im、Um、Em表示瞬时值对应某一时刻的值用u、i、e表示有效值：反映正弦量做功效果的物理量用U、I、E表示若正弦交流电流i通过一个电阻R,在一个周期内产生的热量与某一直流电流I在相同时间内产生的热量相等的话，则I定义为i的有效值。有效值定义则有同理：注意：

1、在交流电路中，一般所讲电压或电流的大小都是指有效值。

2、交流电压、电流表测量数据为有效值3、交流设备铭牌标注的电压、电流均为有效值

电器~220V最高耐压

=300V

若购得一台耐压为

300V的电器，是否可用于

220V的线路上?

该电器最高耐压低于电源电压的最大值，所以不能用！有效值

U=220V

最大值

Um

=220V=311V

电源电压例1：5、相位差两同频率的正弦量之间的初相位之差。相位差：电压超前电流

电压滞后电流

>0=0<0电压与电流同相uiui

ωtO电流超前电压电压与电流同相

电流超前电压

电压与电流反相uiωtui90°OuiωtuiOωtuiuiOuiωtui

O例2：已知求u和i的初相及两者间的相位关系。

解：所以电压u的初相角为-125°,电流i的初相角为45°。表明电压u滞后于电流i170°。

例3：分别写出图中各电流i1、

i2的初相位,并说明i1与i2的相位关系表明i1于i2

90°。

解(a)由图知,

(b)由图知，表明i1于。滞后超前

,u2的初相为表明u1滞后于u2150°。例4：已知=120°-(-90°)=210°解：u1的初相为u1和u2的相位差为:表示为将试分析二者的相位关系。5、正弦量的相量表示法复数1）表示方法A.代数形式为：

A=a+jbC.指数形式：

B.三角函数形式：由欧拉公式:D.极坐标形式：2）复数四则运算加减：乘除：正弦量的相量表示所谓正弦量的向量表示就是用一个复数表示正弦量，用复数的模表示正弦量的大小，用复数的辐角表示正弦量的初相位，这种用来表示正弦量的复数称为正弦量的相量。正弦电压

最大值相量形式为

有效值相量形式为

相量的模=正弦量的有效值

相量辐角=正弦量的初相角相量的模=正弦量的最大值

相量辐角=正弦量的初相角相量图相量图：相量是一个复数，它在复平面上的图形称为相量图。正弦电流

例：其有效值相量分别为：其相量图：

解:(1)相量式(2)相量图例:

将u1、u2

用相量表示+1+j【思考题】指出下列各式的错误，并改正。①相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。？=②只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。③只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。

注意：⑤相量的书写方式

模用最大值表示，则用符号：④相量的两种表示形式

相量图:

把相量表示在复平面的图形

实际应用中，模多采用有效值，符号：可不画坐标轴相量式:交流电路的R、L、C特性1、单一参数电路元件的交流电路纯电阻电路电压与电流的关系在关联参考方向下，任意瞬时在电阻R两端施加电压为通过电阻R的电流为因此，电压与电流的瞬时值、有效值、最大值、相量形式之间均符合欧姆定律。波形图相量图【例】把一个120Ω的电阻接到频率为50Hz,电压有效值为12V的正弦电源上，求通过电阻的电流有效值是多少?如果电压值不变，电源频率改为5000Hz，这时的电流又是多少?解：电阻电流的有效值为由于电阻元件电阻的大小与频率无关,所以频率改变后，电流仍为100mA。功率（1）瞬时功率交流电路中，瞬时电压和瞬时电流的乘积为瞬时功率，用P表示，单位是W（瓦特）。从上式可以看出,表示电阻从电源吸取功率，所以说电阻是耗能元件。（2）有用功率有用功率也称作平均功率，表示瞬时功率在一个周期内的平均值对于电阻元件有：由于电压有效值

纯电感电路电压与电流的关系设任意瞬时，电压和电流在关联参考方向下的关系为如设电流为参考相量，即

则有在上式中，

称为电感元件的电抗，简称感抗；单位：欧姆[Ω]。表明，同-个电感线圈(为定值)，对不同频率的正弦电流表现出不同的感抗，频率越高，则感抗越大。因此电感线圈对高频电流的阻碍作用大。的相位差与

即电感元件上电流i比电压u滞后90º

电压和电流的相量形式【例】把一个0.2H的电感元件接到频率为50Hz，电压有效值为12V的正弦电源上，求通过电感的电流有效值是多少？如果电压值不变，电源频率改为5000Hz，这时的电流有效值又是多少？解：当f=50Hz时当f=5000Hz时由上式可见，电感元件的瞬时功率是随时间变化的正弦量，其频率为电源频率的两倍。功率(1)瞬时功率：(2)有功功率由上式可知，瞬时功率在一个周期内的平均值为零，即电感元件的有功功率为零(3)无功功率电感与电源之间进行功率的交换，并没有消耗功率，这部分功率称为无功功率。其交换功率常用瞬时功率的最大值来衡量。无功功率用表示，单位为var（乏）。【例2-3】电感元件的电感=19.1mH，接在

V的电源端。计算电感元件的感抗、电流和无功功率。解：（1）电感元件的感抗

电源电压

电感元件的电流瞬时值表达式A无功功率var纯电容电路电压与电流的关系设任意瞬时，电压和电流在关联参考方向下的关系为如设电压为参考相量，即

则有在上式中，即

的相位差

电压和电流的相量形式或在电容为的电容器两端加试求电容的电流。【例】的电压，解：电容电流的有效值为则有功率(1)瞬时功率(2)有功功率瞬时功率在一个周期内的平均值为零，即电容元件的有功功率为零,(3)无功功率【例】有

的电容接到

V的交流电源上。求（1）电容容抗，（2）电路中电流的有效值和瞬时值，（3）无功功率。解：（1）电容容抗（2）电路中电流的有效值A电流的瞬时值（3）无功功率varThankYou!

项目二正弦交流电路的应用（2）

知识目标1.掌握相电压、线电压、相电流、线电流基本概念2.掌握三角形和星形接法的应用和两种接法的关系能力目标能够解决三相负载（三相交流电动机）的星形、三角形接法的问题。三相电源三相电源就是频率、幅值相同，而相位上互差120°的三个正弦电压源按一定方式连接而成的，由三相电源供电的电路称为三相电路。由三相电源供电的体系称为三相制

。优点1）发电方面：比单相电源可提高功率50%2）输电方面：比单相电输电节省钢材25%3）配电方面：三相变压器比单相变压器更经济，并且更容易接入负载三相电源的产生1、单相电源的产生NS

AXe在两磁极中间，放一个线圈。根据楞次定律可知，线圈中产生感应电动势，其方向由A

X。让线圈以

的速度顺时针旋转。合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势。2、三相交流电源的产生三相发电机示意图在电枢上对称的安置了三个相同的绕组，即AX、BY和CZ。A、B、C三端称为“相头”，X、Y、Z三端称为“相尾”。三个相头在空间上一定要相隔120°。

定子转子3、瞬时值表达式A+–XuAB+–YuBC+–ZuC如果电压的参考方向由绕组始端(A、B、C)指向末端(X、Y、Z)，且忽略发电机绕组的阻抗可能产生的电压降，则有3、相量表示相量图4.对称三相电源的特点三相电源接法1、星型接法星形联接(Y接,WyeConnection)：把三个绕组的末端X,Y,Z接在一起，把始端A,B,C引出来。+–ANX+–BY+–CZA+–X+–+–BCYZABCNA+–X+–+–BCYZABCN中性点：三个电压源的尾端X、Y、Z联在一起，形成的节点相线：首端引出的三根输电线，俗称火线

中性线：由中性点N引出的输电线，俗称地线或零线由三个电压源的首端A、B、C和中性点N分别引出四根线对外供电，这种供电方式称为三相四线制相电压：每一相电源的电压。

相电流线电压相线与相线之间的电压线电流星形联结时相量图

由相量图可以看出：

Y形联接对称三相电源线电压与相电压有效值的关系：

UL——线电压的有效值；UP——相电压的有效值A+–X+–+–BCYZABCN三相四线制的供电系统，可以供给负载两种不同的电压。线电压例如电灯负载额定电压为220V，应接于三相电源的相线（火线）与中性线之间；若有个电焊机，其额定电压为380V，则应接于电源的两根相线（火线）之间。通常工矿企业的低压供电系统中相电压

电源做星接时相、线电流有如下关系IL——线电流的有效值；IP——相电流的有效值星形联接的对称三相电源，如图所示，已知相电压为127V，试求其线电压。若以为参考相量，写出【例】解：

若线电压2、三角形接法三个电压源的始末端依次相联，构成一个闭合回路，然后由联接点引出三条供电线只能以三相三线制方式对外供电

线电压与相电压的关系相量关系因此三个线电压也是对称的。由此可见，三相电源作三角形联接时，对外只供出三个对称的线电压，而线电压的有效值就等于一相电源的电压有效值三相负载的连接

比如：家用电器的额定电压为220V,只要将负载接到相线和中性线之间就可以了。当有多个负载时，应使它们均匀分布地接在三相电源三条相线与中性线之间。如果遇到负载电压为380V时，应将负载接在两条相线之间。通常功率较小的负载均为单相负载。为了使三相电源供电均衡，这种负载大致平均分配到三相电源的三相上。这类负载的每相阻抗一般不相等，属于不对称三相负载。三相交流电路的负载按其对电源的要求可以分为单相负载和三相负载两类。1、单相负载电气设备只需接在单相电源上就能工作，我们称为单相负载。不对称三相负载。此类负载必须接到三相电源上才能工作，通常功率较大的负载均为三相负载。这类负载的特点是三相的负载阻抗相等，称为对称三相负载。2、三相负载在实际的生活当中，单相负载和三相负载的混合接在三相电源上使用是十分常见的在三相电路中，三相负载连接方式通常分为星形联结和三角形联结。三相负载的星形联结三相负载星形联结电路图，它的接线原则与电源的星形连接相似，即将每相负载末端连成一点N（中性点N），首端U、V、W分别接到电源线上。电压、电流关系线电压：三相负载的线电压就是电源的线电压，也就是两根相线之间的电压。电压方向由相线指向相线即，

,,。相电压：每相负载两端的电压称作负载的相电压，在忽略输电线上的电压降时，负载的相电压就等于电源的相电压。相电压方向由相线指向中线，即，，。

线电流：流过每根相线上的电流叫线电流。相电流：流过每相负载的电流叫相电流。中线电流：流过中线的电流叫中线电流。若三相负载对称，则在三相对称电压的作用下，流过三相对称负载中每相负载的电流应相等，即

而每相电流间的相位差仍为120o。中线电流为零。若三相负载不对称，在这种情况下每相的电流是不相等的，中线电流不为0。电压与电流之间的关系：①相电流等于线电流，即②加在负载上的相电压和线电压之间有如下关系

③流过中性线N的电流为（2-50）将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法，称为三相负载的三角形连接，三相负载的三角形连接1）由于三角形连接的各相负载是接在两根相线之间，因此负载的相电压就是线电压。结论：2）三相对称负载采用三角形连接时线电流等于相电流的倍【例】有三个100的电阻，将它们连接星形或三角形，分别接到线电压为380的对称三相电源上，如图所示。试求：线电压、相电压、线电流和相电流各是多少。解：（1）负载作星形连接，如图2-21（a）所示。负载的线电压为负载的相电压为线电压的，即负载的相电流等于线电流（2）负载作三角形连接，如图

所示。负载的线电压为负载的相电压等于线电压，即负载的相电流为负载的线电流为相电流的倍表2-1电阻、电容、电感元件伏安关系的相量形式总结

一、填空题：1.表征正弦交流电振荡幅度的量是它的

；表征正弦交流电随时间变化快慢程度的量是

；表征正弦交流电起始位置时的量称为它的

。三者称为正弦量的

。2.电阻元件上任一瞬间的电压电流关系可表示为

；电感元件上任一瞬间的电压电流关系可以表示为

；电容元件上任一瞬间的电压电流关系可以表示为

。3.在RLC串联电路中，已知电流为5A，电阻为30Ω，感抗为40Ω，容抗为80Ω，那么电路的阻抗为

，该电路为

性电路。电路中吸收的有功功率为

，吸收的无功功率又为

。4.对称三相负载作Y接，接在380V的三相四线制电源上。此时负载端的相电压等于

倍的线电压；相电流等于

倍的线电流；中线电流等于

。5.有一对称三相负载成星形联接，每相阻抗均为22Ω，功率因数为0.8，又测出负载中的电流为10A，那么三相电路的有功功率为

；无功功率为

；视在功率为

。二、判断题：1.正弦量的三要素是指最大值、角频率和相位。（）2.电感元件的正弦交流电路中，消耗的有功功率等于零。（）3.因为正弦量可以用相量来表示，所以说相量就是正弦量。（）4.电压三角形是相量图，阻抗三角形也是相量图。（）5.正弦交流电路的视在功率等于有功功率和无功功率之和。（）6.一个实际的电感线圈，在任何情况下呈现的电特性都是感性。（）7.正弦交流电路的频率越高，阻抗越大；频率越低，阻抗越小。（）8.中线的作用就是使不对称Y接负载的端电压保持对称。（）9.三相负载作三角形联接时，总有成立。（）10.负载作星形联接时，必有线电流等于相电流。（）11.三相不对称负载越接近对称，中线上通过的电流就越小。（）12.中线不允许断开。因此不能安装保险丝和开关，并且中线截面比火线粗。（）三、选择题：1.某正弦电压有效值为380V，频率为50Hz，计时初始的瞬时值为380V，其瞬时值表达式为（）

A、V；B、V；

C、V。2.一个电热器，接在10V的直流电源上，产生的功率为P。把它改接在正弦交流电源上，使其产生的功率为P/2，则正弦交流电源电压的最大值为（）A、7.07V；B、5V；C、14V；D、10V。3.已知A，）A，则（）A、超前60°；B、滞后60°；C、相位差无法判断。4.电容元件的正弦交流电路中，电压有效值不变，频率增大时，电路中电流将（）

A、增大；B、减小；C、不变。5.在RL串联电路中，=16，=12V，则总电压为（）

A、28V；B、20V；C、2V。6.RLC串联电路在f0时发生谐振，当频率增加到2f0时，电路性质呈（）A、电阻性；B、电感性；C、电容性。7.正弦交流电路的视在功率是表征该电路的（）A、电压有效值与电流有效值乘积；B、平均功率；C、瞬时功率最大值。8.三相对称电路是指（）

A、三相电源对称的电路；B、三相负载对称的电路；C、三相电源和三相负载均对称的电路。9.三相四线制供电线路，已知作星形联接的三相负载中U相为纯电阻，V相为纯电感，W相为纯电容，通过三相负载的电流均为10安培，则中线电流为（）

A、30安；B、10安；C、7.32安。10.有“220V、100W”“220V、25W”白炽灯两盏，串联后接入220V交流电源，其亮度情况是（）A、100W灯泡最亮；B、25W灯泡最亮；C、两只灯泡一样亮。四、计算题1．电路如图2-23所示，已知伏，安，安，试求：、、并说明、的性质，绘出相量图。图2-23习题1图2．有一R、L、C串联的交流电路，已知Ω，

A，试求电压、、、和电路总阻抗。3．电路如图2-24所示，已知接至220V的电源上．试求各支路电流及总的有功功率。4．已知电路如图2-25所示，电源电压每相负载的阻抗为（1）该三相负载能否称为对称负载？为什么？（2）计算中线电流和各相电流，画出相量图；（3）求三相总功率。图2-24习题3图图2-25

习题4图5．电路如图2-26所示，在三相四线制电路中，三相负载连接成星形，已知电源线电压380V，负载电阻试求：（1）中线断开，A相又短路时的各相电流和线电流；（2）中线断开，A相断开时的各线电流和相电流。图2-26习题5图ThankYou!

项目三电磁学的应用

知识目标1.掌握磁场、磁路的基本概念2.掌握变压器结构和工作原理3.了解汽车继电器的典型应用能力目标1.能够进行磁路分析2.能够分辨直流电磁铁、交流电磁铁电磁学的应用一、电磁基础知识二、电磁感应三、变压器四、电磁铁五、继电器

历史人物法拉第——电学之父迈克尔·法拉第(MichaelFaraday,1791—1867年)是19世紀电磁学领域中最伟大的实验物理电家。由于家境贫苦，他只在7岁到9岁读过两年小学。法拉第的贡献之一是提出了场的概念。他反对超距作用的说法，设想带电体、磁体周围空间存在一种物质，起到传递电、磁力的作用，他把这种物资称为电场、磁场．1852年，他引入了电力线(即电场线)、磁力线(即磁感线)的概念，并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线形状。场的概念和力线的模型，对当时的传统观念是一个重大的突破。为了纪念他，用他的名字命名电容的单位——法拉。一、电磁基础知识1、电流的磁场磁石吸铁的性质叫做磁性，具有磁性的材料被称为磁性材料，通常所说的磁铁就是一种具有磁性的材料。一切磁现象都源于电流，永久磁铁磁性的起源于分子环流。组成一切物质的分子是一个个的小环形电流，物质被磁化后，分子环流规则排列，从而对外产生磁场。磁场方向规定为小磁针的N极在磁场中任一点所指的方向为该点的磁场方向。在研究磁场时，引入磁力线来形象地描绘磁场分布，磁力线在任一点的切线方向为该点的磁场方向。磁现象本质磁性物质的磁化1）磁感应强度B磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量。磁感应强度与产生它的电流之间的方向关系满足右螺旋法则。

若磁场强度方向与大小相同，称为均匀磁场在国际单位制中，磁感应强度的单位是T(特斯拉)，1T=1Wb/m2。在工程计算中，采用G(高斯)作为磁感应强度的单位，1G=10-4T。2、磁场的基本概念磁感应强度的数学式为2）磁通

在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该截面的磁通Ф，又称为磁通密度。

或

磁通的单位是韦伯，简称韦，用字母Wb表示。

3）磁导率μ磁导率μ是用来表征物质导磁能力的物理量，它的单位是H/m（亨/米）。实验测出，真空（或空气）的磁导率是一个常数，为H/m其他物质的磁导率μ与真空的磁导率μ0的比值，称为该物质的相对磁导率μr，即若某物质μr≥1，称为顺磁物质，如空气，μr=1.000003；若其μr≤1，则称逆磁物质，如铜，μr=0.999995。有些物质的μr非常大，我们将μr>>1的物质称为铁磁材料，如铸钢（μr≈13000），铁、钴、镍及其合金等，μr均非常大且不为常数。而将μr≤1的物质称为非铁磁物质，且μr为常数。

铁磁物质的导磁性能很好，在线圈内加上较小的电流便可产生很强的磁场。常用来作变压器、电动机等设备的激励线圈铁心。4）磁场强度H

由于磁感应强度与处在磁场中物质的磁导率有关，且铁磁物质的磁导率又不是常数，为了方便对磁场强度的分析和计算，引入了一个描述磁场强弱和方向的辅助量磁场强度H。定义它为磁场中某点的磁感应强度与磁导率之比：H与材料的磁导率无关，仅与产生磁场的电流有关。3、磁路在线圈中通入电流，线圈的周围便产生磁场，磁场的分布常用一些闭合线（磁力线）来描述，磁力线所经过的路径称为磁路。为了获得更强的磁场，常将线圈绕在一定形状的铁心上

由于铁心比空气导磁性能更好，这样电流形成的磁力线（磁通）大部分通过铁心而闭合，形成了主磁路，铁心内的磁通称为主磁通Φ0。另一少部分磁力线（磁通）经过空气而闭合形成了次磁路，经空气与线圈交链的磁通称为漏磁通Φσ，在实际应用中，由于漏磁通很少，有时为了便于分析问题，可将其忽略不计。

用于产生磁通的电流称为励磁电流，流过励磁电流的线圈称为励磁线圈。由直流电流励磁的磁路称为直流磁路，由交流电流励磁的磁路称为交流磁路。说明：磁路和电路具有相似之处,电路中的电动势是形成电流的原因,磁路中的磁动势是产生磁通的原因磁动势：

Fm=NI

式中Fm——磁动式，安培（A）

N——线圈匝数

I——通过线圈的电流。电路中有电阻,磁路中亦有磁阻。它是磁通通过磁路时受Rm的阻碍作用,磁阻Rm的大小与磁路的长度L成正比,与磁路的横截面积S成反比,并与组成磁路材料的磁导率有关。一般说来对于铁磁性材料来说磁导率磁通和磁动式磁阻之间的关系为：不是常数，所以Rm不是常数所以上述公式只能用来定性分析，不能用于磁路计算。二、电磁感应电流可以产生磁场,那么反过来,磁场是否能产生电流呢?英国物理学家法拉第于1831年发现磁在一定条件下能使导体产生电流，这一类电磁现象称为电磁感应。这一发现不仅深刻地揭示了电和磁之间的内在联系,进一步推动了电磁理论的发展,而且在生产技术上具有划时代的意义。根据电磁感应原理,入们设计并制造了发电机、感应电动机和变压器等电力设备。引言1、直导体中的感应电动势1）感应电动势的方向作切割磁力线运动的导体,其产生感应电动势的方向可用右手定则来确定:平伸右手,拇指与四指垂直,让磁感线垂直穿过手心,拇指指向运动方向,四指所指方向就是感应电动势的方向(或是感应电流方向)。需要注意的是：判断感应电动势方向时要把导体看成一个电源，在导体内部,感应电动势方向由负极指向正极。感应电流方向与感应电动势方向相同。当直导体没有形成闭合回路时,导体中只产生感应电动势,不产生感应电流。2）感应电动势的大小的正弦值成正比,即实验证明:在均匀磁场中,作切割磁力线运动的直导体,其感应电动势e的大小与磁感应强度B、导体的有效长度l、导体的运动速度v以及导体运动方向与磁感线方向之间夹角e=Blvsina

例

受外力作用的直导体AB,在匀强磁场中以v=20m/s的速度做匀速直线运动。设B=1T,导体有效长度l=0.5m,导体电阻R0=1Ω,负载电阻R=9Ω。试求导体AB中的感应电动势e和电流I。解:用右手定则确定的电动势e的方向为由下指向上。其大小为电流方向与e相同,大小为：2、线圈中的感应电动势1）感应电动势的方向线圈中的磁通量发生变化时,线圈就会产生感应电动势。感应电动势的方向由楞次定律来判定楞次定律

2）感应电动势的大小法拉第通过大量实验总结出:线圈中感应电动势的大小与线圈磁通和线圈匝数N成正比。通常把这个规律叫法拉第电磁感应定律,其数学表达式为：量的变化率3、自感1）自感现象由通入线圈的电流变化而产生感应电动势的现象叫自感现象,由自感现象产生的感应电动势叫自感电动势。显然,自感现象属于电磁感应现象。2）自感系数自感系数是用来描述线圈产生自感磁通能力的物理量。定义线圈中的磁通量与产生该磁通的电流的比值叫自感系数,又叫电感,用符号L表示,单位是亨利（H）。即由上式看出,电感表示线圈通过外电流所产生的自感磁通。电感越大,表示线圈产生自感磁通的能力越大。电感的大小与线圈的匝数、形状、大小及周围介质的磁导率有关。对给定的空心线圈,电感是常数,即不随线圈中电流变化而变化,故称线性电感。铁心线圈由于铁磁材料的磁导率不是常数,所以它的电感随外电流的变化而变化,故称非线性电感。在其他条件相同的情况下,线圈匝数越多,电感越大；有铁心的电感比空心线圈的电感大很多。3）自感电动势自感电动势的大小可由法拉第电磁感应定律求得,即即

自感电动势的大小与线圈的电感及线圈中外电流的变化率成正比。负号表示自感电动势的方向总是企图阻碍外电流的变化。4、互感互感现象是指一个线圈中的电流变化而使另一个线圈产生感应电动势的现象。互感现象产生的电动势叫互感电动势,也用符号e表示。那么

正弦交流电在交流铁芯中，电源电压u-e1磁通

则电源电压的有效值为此公式是交流发电机设置电压调节器的理论依据。电磁感应作用在导体内部感生的电流，电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。

涡流的产生：把块装金属置于随时间变化的磁场中或让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的漩涡，整块金属的电阻很小，所以涡流常常很强，这会造成很大的危害，所以要设法尽量避免。5、涡流现象三、变压器变压器的主体结构是由铁芯和绕组两大部分构成的。用硅钢片叠压成的变压器铁芯与电源相接的是一次侧绕组,与负载相接的是二次侧绕组。变压器的绕组与绕组之间、绕组与铁芯之间均相互绝缘它的基本结构形式有两种：芯式和壳式1、变压器的工作原理

1）变压器的空载运行与变换电压原理交变的磁通穿过N1和N2时,分别在两个线圈中感应电压U14.44fN1Φm4.44fN2Φm=

U20式中,k称为变压比,简称变比,显然,改变线圈绕组的匝数即可实现电压的变换。且k>1为降压器；k<1时为升压器。2）变压器的有载运行与变换电流原理i0N1为负载开路时原绕组的磁通势，一般情况下，空载电流很小，容易满足i0<<i1

，所以：变压器负载运行时,一次侧电流由i0变为i1，二次侧产生负载电流,而电压u20相应变为u2由上式得

变压器在能量传递过程中损耗很小，因此一次侧和二次侧的容量近似相等，有这是一个能量的传递过程，能量传递过程中，变压器在变换电压的同时也变换了电流。3）变压器的阻抗变换作用设变压器二次侧所接负载为,一次侧等效输入阻抗为,则有

|ZL|=U2/I2|Z1|=U1/I1|Z1|=U1/I1=kU2/(I2/k)=k2U2/I2=k2|ZL|式中k2称为负载阻抗折算到一次侧时的变换系数。

此式告诉我们:只要改变变压器的匝数比,即可获得合适的二次侧对一次侧的反射阻抗工作频率f

：变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用,这种频率称工作频率，单位Hz。中国国家标准频率f为50Hz。额定电压（kV）：变压器长时间运行时原、副绕组所能承受的工作电压U1N，U2N。在变压器的铭牌上，它通常以“U1N/U2N”的形式表示原、副绕组的额定电压之比额定电流(A):变压器的额定电流I1N和I2N是指变压器在长时连续工作运行时原、副绕组允许通过的最大电流，它们是根据绝缘材料允许的温度确定的，在三相变压器中均代表线电流。2、变压器的主要参数3、汽车上使用的变压器点火系统的基本功能是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。点火系统的类型发动机点火系统，按其组成和产生高压电方式的不同可分为传统蓄电池点火系统、电子点火系统、微机控制点火系统和磁电机点火系统。１）传统蓄电池点火系统：以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和断电器的作用，将电源提供的12V或24V的低压直流电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。２）电子点火系统：以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和由半导体器件(晶体三极管)组成的点火控制器将电源提供的低压电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。与传统蓄电池点火系统相比具有点火可靠、使用方便等优点３）微机控制点火系统：与上述两种点火系统的功能相同，也以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈将电源的低压电转变为高压电，再由分电器将高压电分配到各缸火花塞，或采用多点火线圈方式，取消高压分电器。微机控制系统根据各种传感器提供的反映发动机工况的信息，发出点火控制信号，控制点火时刻，点燃可燃混合气。４）磁电机点火系统：由磁电机本身直接产生高压电，不需另设低压电源。与传统蓄电池点火系统相比，磁电机点火系统在发动机中、高转速范围内，产生的高压电较高，工作可靠。但在发动机低转速时，产生的高压电较低，不利于发动机起动。因此磁电机点火系统多用于主要在高速、满负荷下工作的赛车发动机，以及某些不带蓄电池的摩托车发动机和大功率柴油机的起动发动机上。点火系统的基本要求点火系统应在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而准确地点火。为此点火系统应满足以下基本要求：1.提供足够高的脉冲高压，使火花塞极间放电跳火。现代汽车的点火系统都能提供20KV以上的脉冲高压。2.放电火花要有足够的能量。点火能量越大，汽油混合气的着火性能越好。目前采用的高能点火装置，点火能量超过80～100mJ。点火线圈点火线圈的工作原理四电磁铁电磁铁：是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、固定位置的一种电器直流电磁铁：铁心用整块软钢制成交流电磁铁：铁心用硅钢片叠成的电磁起重机自动变速箱换挡电磁阀1．直流铁心线圈及直流电磁铁

直流电磁铁工作原理，通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力，吸力大小：式中B0电磁感应强度，S0为铁心截面积，N为线圈匝数。直流铁心线圈特点：（1）励磁电流是由励磁线圈的外加电压U

和线圈电阻R

决定的，电流是恒定的，无感应电动势产生。（2）无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。（3）吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变（因磁动势NI

不变，磁阻Rm↓→B↑，所以吸力F↑）2．交流铁心线圈与交流电磁铁交流电磁铁及其特点

交流电磁铁也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车，传递动力的电磁离合器，液压传动中的电磁阀；交流接触器等。铁心中的磁通是交变的。交流电磁铁的吸力的瞬时值f和有效值F分别为：式中Fm为吸力最大幅值。交流电磁铁的分磁环交流电磁铁使用50Hz的交流电时,电流会交替出现过零点,此时电磁铁的吸力为零,处于释放状态。过零后电流又上升,至某值,吸力F恢复,电磁铁吸合，电流再过零,又再恢复,电磁铁一吸一放,就会引起颤动和噪音，出现吸合不牢的现象。为了解决这个问题,通常在交流电磁铁与衔铁吸合的磁极端面上，留一凹槽，套上一个铜环，又称分磁环。交流电磁铁的特点铁心中的磁通是交变的，交流电磁铁的瞬时吸力f

是交变的，存在过零值。会出现吸合不牢的现象，铁心需加分磁环；前后吸力不变；铁心和衔铁均由硅钢片叠成，可减小铁损。功率损耗主要有铜损和铁损两种。在交流铁芯线圈中，线圈电阻上的功率损耗称铜损，用

Pcu表示，设线圈电流的有效值为I，线圈电阻为R，则铜损交流磁铁的几种损耗交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电，因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势，从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗，用

Pe表示减小涡流损耗的办法：铁芯用彼此绝缘的铁磁导体薄片（如硅钢片）叠成，同时,硅钢中的硅使材料的电阻率增大,也起到减小涡流的作用。

涡流损耗减小磁滞损耗的办法：铁心尽量采用软磁材料，选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁芯，变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。磁滞损耗：由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗，用

Ph表示，单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率f，磁滞损耗转化为热能，引起铁芯发热。3、电磁铁在汽车上的应用由于直流电磁体结构简单，易于控制等特点，广泛用于汽车控制领域中，如各种电磁开关阀、喷油器、电喇叭等等。利用电磁铁在不同电流下的磁力变化使衔铁触点断开或吸合，控制发电机励磁电路的闭合与断开，达到调节发电机输出电压的目的。

双级触点式电压调节器就是控制硅整流发电机励磁电流的大小来控制发电机输出电压的触点式电压调节器

1.闭合点火开关S时

1-低速触点支架；2-活动触点臂；3-电磁线圈；4-拉力弹簧；5-磁扼；6-电刷；7-滑环；8-励磁绕组9-三相定子绕组；10-点火开关；S-点火接线柱；F-磁场接线柱；Rl-加速电阻

2.发电机转速升高时

3.发电机转速升高，发电机电压达到一级工作电压14V时

4.发电机高速运转转速超过14.5V电喇叭

汽车电喇叭靠电磁原理使膜片振动而发出声音报警信号，由电磁铁、可动的衔铁、膜片和动断的触点等构成

1-下铁心；2-线圈；3-上铁心；4-膜片；5-共鸣板；6-衔铁；7-触点；8-调整螺钉；9-铁心；10-喇叭按钮；11-锁紧螺母；四、继电器

继电器是自动控制电路中常用的一种元件，它是用较小的电流来控制较大电流的一种自动开关，在电路中起着自动操作、自动调节、安全保护等作用继电器分类：继电器主要有三类：常开（NO型）继电器，常闭（NC型）继电器和混合型继电器。1、继电器的类型与结构电磁式继电器：以电磁系统为主体构成的，成本较低，便于控制电路采用电磁继电器实物舌簧管式继电器：反应灵敏多作为传感器信号采集使用，舌簧管式继电器的触点是一个或几个舌簧管

舌