汽车电工电子技术课件 任务3常用电路元器件

1.3常用电路元器件演讲人2022-09-301.3.1基本电路元件1.电压源电源是一个电路能量的来源，也是电路的主要元件之一。在电路分析时，常用两种不同的电路模型电压源和电流源来表示电源。（1）理想电压源如图1.8（a）、（b）所示，理想电压源又称为恒压源，不管外电路如何变化，给外电路提供恒定的电压值。一节新的干电池可以看成是恒压源。

恒压源有以下特点：端电压大小为E或Us，由电源本身确定，与外电路无关；流过恒压源的电流可能是任意的，由恒压源本身和外电路共同确定；恒压源不允许短路使用。图1.8电压源1.3.1基本电路元件（2）实际电压源一般情况下，实际的电源总是有一定的内阻，如图1.8（c）所示，在电路分析时，可以用一个理想的电压源与内阻相串联的电路模型来表示一个实际的电压源。实际电压源的端电压2.电流源（1）理想电流源如图1.9（a）所示，理想电流源又称为恒流源，不管外电路如何变化，给外电路提供恒定的电流值。光电池可以认为是理想的电流源。图1.9电流源1.3.1基本电路元件恒流源有以下特点：输出电流大小为Is，由电源本身确定，与外电路无关；恒流源两端的电压可能是任意的，由恒流源本身和外电路共同确定；恒流源不允许开路使用。（2）实际电流源一般情况下，实际的电源总是有一定的内阻，如图1.9（b）所示，在电路分析时，可以用一个理想的电流源与内阻相并联的电路模型来表示一个实际的电流源。实际电流源的输出电流一个实际的电压源和一个实际的电流源都能够给外电路提供电压和电流，因此两者可以等效变换，如图1.10所示，在变换时需注意以下问题：图1.10电压源和电流源的等效变换1.3.1基本电路元件两种电源的等效变换关系为：内阻相等；大小上

或

；方向上电压源Us的正极与电流源Is的箭头一端保持一致。电压源与电流源的等效变换只对外电路等效，而对内电路不等效；理想电压源与理想电流源都没有内阻，因此它们之间不能进行等效变换。利用电压源和电流源的等效变换常常用来化简电路，可以将复杂电路逐步简化成简单电路，使电路分析变得简单。在变换过程中，若遇到两个电流源并联，则这两个电流源可合并成一个电流源，方向相同时值相加；若遇到两个电压源串联，则这两个电压源可合并成一个电压源，方向相同时值相加。电压源和电流源的内阻则按照其连接关系用电阻串、并联等效的方法去化简。还有两种特殊情况，在化简电路的过程中，若在电路中出现了理想电压源与电阻或电流源并联的结构，则可将该电阻或电流源直接开路而不影响电路的等效情况；同样的道理，若出现了理想电流源与电阻或电压源串联的结构，则可将该电阻或电压源直接用短路线代替而不影响电路的等效情况。1.3.1基本电路元件3.电阻电阻、电容及电感是电路中最基本的三种元件。实际电路中的负载一般都包括这几种元件参数的组合，例如日光灯电路就可看成是一个电阻（灯丝）和一个电感（镇流器）元件串联的电路。（1）电阻的概念当电流通过导体时，导体会对电流产生阻碍作用，将描述这种性质的参数称为电阻，用符号R表示，其国际单位是欧姆（Ω），常用的电阻单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)等，它们之间的换算关系为：图1.11电阻的符号及外形电阻的符号及几种常见电阻的外形如图1.11所示。1.3.1基本电路元件（2）电阻定律导体的电阻是客观存在的，是导体的一种基本性质，与导体本身的尺寸、材料和温度有关。实验结果表明，当温度一定时，导体的电阻与导体的长度l成正比，与导体的横截面积S成反比，还与导体的电阻率（

ρ

）有关，这种规律称为电阻定律。即（3）电阻的分类及作用

电阻是电子电路中用得最多的元件之一，根据使用场合的不同，种类也多种多样。从数值上来说电阻一般分为固定电阻和可变电阻两大类。根据材料和工艺的不同，又可分为碳膜电阻、金属膜电阻等等。在图1.11中，分别是可调电阻、色环电阻、黄金铝壳电阻、贴片电阻。电阻在电路中的主要用途是作负载元件，可以起到调节电压和限制电流的作用，在一些特殊电路中还能起到反馈、耦合、滤波、加热、隔离等作用。当电流流过电阻元件时一定是消耗电能的，因此，从能量转换的角度来说，电阻是一种耗能元件。1.3.1基本电路元件（4）色环电阻电子电路中的电阻器体积很小，一般采用色标法，色标法根据色码环数分为4环表示法和5环表示法。各颜色所代表的数值如下：黑0棕1红2橙3黄4绿5蓝6紫7灰8白9另外，金、银色表示误差，金色代表误差率为±5%，银色代表误差率为±10%。以四色环电阻为例，辨别色环时先将电阻身上有金色或银色的一端放于右边，从左边向右边起，第1环代表数值的第1位数，第2环代表数值的第2位数，第3环代表倍乘数，第4环代表电阻值的误差值。如图1.11中第一个电阻色环为：黄紫棕金第一位：4；第二位：7；第三位：10的幂为1（即10）；误差为5%，即阻值为5色环电阻的读数方法是类似的，所代表的电阻更为精密一些。它的误差环一般为棕色（±1%），除去误差环外前四环表示阻值。由于第一环可以为棕色，因此要注意区分首环和尾环，防止读反（第四环与第五环的距离略大于第一环与第二环的距离）。如图1.11中第三个电阻色环应从左至右读，结果为：棕黑黑红棕，所以该5色环电阻大小为：1.3.1基本电路元件4.电容（1）电容的概念任意两个导体中间隔一层绝缘物质就构成了一个电容，将这两个导体分别称为极板，中间的绝缘物质叫作介质。常用的介质有云母片、陶瓷、纸介质等，空气也可以用作电容器的介质。电容用字母C表示，其国际单位为法拉（F）。实际电容器的容量往往很小，因此，电容的常用单位还有微法（μF）、皮法（pF）等，其换算关系为：

电容的符号及几种常见电容的外形如图1.12所示。（2）电容的性质及作用最简单的电容是平行板电容器，它是由两块平行且靠近、彼此绝缘的金属板构成的，平行板电容器的电容大小只取决于本身，

，其中，ε是绝缘介质的介电常数，S是两极板的正对面积，d是两极板间的距离。1.3.1基本电路元件将电容的极板分别接到电源的两端，电容的两个极板上分别能储存等量的正电荷和负电荷，两个极板间产生了电场，这个过程叫做电容的充电，随着充电过程的进行，电容两端的电压越来越大，直至充满，此时电容相当于一个电源。将充满电的电容与一个电阻R构成一个回路，此时电容会对电阻R放电，随着放电过程的进行，电容两端的电压越来越小，直至为零。在充、放电的过程中，电容本身不消耗任何能量，因此，从能量转换的角度来说，电容是一种储能元件。电容储存的电场能量电容还具有通交流、阻直流的特性。因为电容的充、放电过程一般很快，在交流电路中，交流电的大小、方向不停在改变，则充、放电过程在反复进行，电容上的电流是连续变化的，意味着电容具有“通交”的作用。而在直流电路中，电容两端的电压很快被充至电源电压，电路处于断路状态，意味着电容可以“隔直”。除了上述作用外，电容还被广泛应用于耦合、旁路、滤波、调谐、移相、能量转换和控制电路等方面。有一种电容式汽车闪光器就是利用了电容的充、放电延时特性来工作的。1.3.1基本电路元件（3）电容的分类及主要参数电容的种类很多，按电容值是否可变可以分为固定电容器和可变电容器。按绝缘介质的不同可分为纸介电容器、有机薄膜电容器、云母电容器、陶瓷电容器等。按有无极性可分为无极性电容器和有极性电容器（电解电容）。还可以按用途来分类。在图1.12中，分别是电容、可变电容、电解电容的符号及贴片电容和电解电容的外形，其中，管脚较长的那一端是电解电容的正极。

电容的主要参数有两个，一个是标称容量，也就是电容值的大小，常按一定规则标注在电容器外壳上。另一个是电容器的额定工作电压，也称为电容的耐压值，指的是电容在长期连续可靠工作时，两极间能够承受的最高电压。例如2200uF/25V表示标称容量为2200uF,耐压为25V的电容器。电容在使用时，两端的工作电压一定不能超过其耐压值，若超过，电容元件会被击穿而损坏。1.3.1基本电路元件图1.12电容的符号及外形（4）超级电容利用电容能储能的特性，在新能源汽车行业发明了一种介于传统电容器与电池之间的具有特殊性能的电源，如图1.13所示，它的结构与蓄电池比较类似，但主要依靠极化电解质后形成双电层的特殊结构来储存电能。超级电容的电极多为多孔碳基材料，该材料的多孔结构使它每克重量的表面积可达几千平方米，吸附面积大，静电储存多。在相对的两个碳多孔电极之间充填电解质溶液,当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，电解质溶液中的正负离子将由于电场作用，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，从而形成两个集电层，把这种电荷分布层称之为双电层，整个电容器相当于两个电容串联，而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1纳米（nm），这样巨大的表面积加上电荷间极小的距离，使得这种电容具有很大的容量。1.3.1基本电路元件大多数超级电容器可以做到法拉级，一般情况下容值范围可达1-5000F，这就是超级电容器名称的由来，这里的“超级”指的是容量，而不是它们的物理尺寸，使得利用这种电容器进行大电量的储能成为可能。超级电容具有比功率大、充放电速度快、寿命长、能量转换效率高等优点，目前，超级电容在新能源汽车领域主要用于智能启停系统或混合动力车的能量回收系统，相信在未来，超级电容的能量密度有大幅提高后会得到非常广泛的应用！图1.13超级电容电池及模组1.3.1基本电路元件5.电感（1）电感的概念电感元件又俗称线圈，是由绝缘导线一圈一圈地缠绕在绝缘骨架上或铁芯上构成的，所缠绕的导线圈数称为匝数N。电感用字母L表示，其国际单位为亨利（H）。实际电感线圈的值一般为几十微亨（μH）或几十毫亨（mH）等，其换算关系为：

电感的符号及几种常见电感的外形如图1.14所示。

（2）电感的性质及作用一个线圈电感值的大小与线圈的匝数、尺寸以及介质的导磁性能等有关。图1.14电感的符号及外形1.3.1基本电路元件其中，μ是介质的磁导率（H/m），S是线圈横截面积（m2），N代表线圈匝数，l是线圈长度（m）。

给电感元件接通电流，由于电流的磁效应，在电感线圈周围产生了磁场，意味着电感能把电能转变为磁场能，并将能量储存在磁场中。因此，从能量转换的角度来说，电感同电容一样，也是一种储能元件。电感储存的磁场能量电感还具有通直流、阻交流的特性。在直流电路中，因为电流的大小和方向不变，所以电感元件两端电压等于0，即相当于短路。而在交流电路中，交流电的大小、方向不停在改变，则产生的磁场也是交变的，根据电磁感应原理，电感线圈两端会产生感应电动势，且这个电动势总是阻碍原来电流的变化，意味着电感具有“阻交”的作用。除了上述作用外，电感还被广泛应用于滤波、谐振、延迟、电气隔离、能量转换等方面。在汽车电路中，点火线圈、传感器、继电器等部件中都少不了线圈这个结构。1.3.1基本电路元件（3）电感的分类及主要参数电感的种类很多，按电感值是否可变可分为固定电感器和可调电感器。按绕线结构可分为单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。按有无铁芯可分为空芯线圈和磁芯线圈。还可以按用途来分类，如天线线圈、振荡线圈、扼流线圈等等。在图1.14中，分别是电感、螺线管线圈的符号及环形电感、贴片电感和色环电感的外形。电感的主要参数有两个，一个是电感值的大小，常按直标法或色标法标注在电感元件外壳上。例如在图1.14中电感元件上的220表示该电感值的大小为另一个是电感元件的额定电流，指电感在长期连续可靠工作时，允许通过的最大电流。电感在使用时，工作电流一定不能超过其额定电流，若超过，电感容易烧毁。1.3.2汽车电路常用元器件1.汽车熔断器（1）汽车熔断器的作用汽车熔断器又俗称汽车保险，其熔丝一般是由金属锌、锡、铅、铜等合金材料制成的，熔点比较低，串接在汽车电路中，当汽车电器设备发生短路或过载时能快速熔断，从而保护汽车电器和导线，是应用最普遍的一种保护器件。（2）汽车熔断器的分类汽车上用到的熔断器非常多，常用的有插片式，玻璃管式、金属丝式、平板式等几种，如图1.15所示，分别是插片式熔断器、新能源汽车专用熔断器和玻璃管式熔断器。其中，插片式熔断器在汽车上用得最多，不同颜色的保护壳体代表不同的规格，有时也在保护壳体顶端直接标注工作电流，例如，一般桔黄色代表5A，咖啡色代表7.5A，蓝色代表15A等等。1.3.2汽车电路常用元器件（3）汽车熔断器的选用汽车熔断器的选用主要是熔断器类型的选择和熔体额定电流的确定。熔断器类型的选择主要是根据使用场合的不同、电压等级、保护对象去具体选择，熔体的额定电流应根据汽车电路的负载特性、环境温度等多方面综合考虑。例如，在电动汽车上高压电路必须选用高压直流熔断器。在通常情况下，汽车上会有两个保险盒，将汽车上的熔断器集中组合安装在盒里，一个在前机舱内挨着蓄电池，一个在方向盘左边的仪表台下方，并在熔断器盒盖上注明各熔断器的编号、额定容量和位置，方便检查和更换。注意：更换熔断器时必须更换同一规格、同一型号的熔断器。图1.15常用的汽车熔断器1.3.2汽车电路常用元器件2.热敏电阻（1）电阻与温度的关系热敏电阻其实属于一种非线性电阻，导体的电阻不但与导体本身的性质和尺寸有关，还和温度有很大关系，用α定义当温度改变1度时电阻值的相对变化，称为电阻温度系数。大多数金属材料的温度系数是正值，如铜、铝、银等，随着温度的升高，它们的阻值会增加。有些金属材料的电阻温度系数很小，如锰钢和康铜，适合用来制作标准电阻。有些具有半导体性质的金属氧化物如氧化锰、氧化铝等，它们的电阻温度系数是负值，随着温度的升高，它们的阻值会下降。1.3.2汽车电路常用元器件2.热敏电阻（2）PTC热敏电阻将具有正温度系数的热敏电阻简称PTC热敏电阻。这种电阻常以钛酸钡为主要材料，采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结，可制成不同形状，适应不同场合的需要。PTC热敏电阻是一种很好的加热元件，升温迅速，在电动汽车上就采用了PTC对动力电池加热，其电动空调的制热也是采用PTC元件。PTC热敏电阻还能起到“开关”的作用，当电流通过PTC电阻后，由于电流的热效应温度会升高，则阻值增加，导致电流下降，电流的下降使得元件温度降低，电阻值又降下来，于是电路电流又增加，元件温度升高，周而复始，最终使温度能保持在一定的范围，起到了开关作用。例如汽车点烟器容易因过流损坏，使用PTC热敏电阻代替保险丝，就可以在出现故障时实施保护，而在故障排除后能自动恢复，具有不需要频繁更换的优点。1.3.2汽车电路常用元器件（3）NTC热敏电阻将具有负温度系数的热敏电阻简称NTC热敏电阻。这种电阻是利用锰、铜、硅、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷元件。广泛用于测温、控温、温度补偿等方面，在汽车上有很多的传感器如水温传感器、液位传感器等都采用的是NTC热敏电阻。如图1.16所示，分别是PTC热敏电阻、北汽纯电动汽车上的空调PTC加热器和两种不同类型的NTC热敏电阻。（4）热敏电阻的优点热敏电阻具有灵敏度较高、工作温度范围宽、体积小、制造和使用方便、稳定性好、过载能力强等优点，被广泛用作测量温度、流量、液位等参数的元件，还可以作为控制元件如热敏开关、限流器等，也是一种很好的加热元件，发展前景极其广阔。图1.16热敏电阻1.3.2汽车电路常用元器件4.汽车插接器（1）汽车插接器的作用与性能要求汽车插接器的作用是为了保证汽车线缆与电器设备之间能够方便可靠地连接与拆卸。汽车插接器选型时有以下要求：①要有良好的电气性能，尽可能降低电压降、接触电阻和温升，功率的选配还需考虑线束的整体性能。②要有良好的机械性能，插接器应耐振动和冲击，能满足部件表面温度、插拔力以及防车辆碾压等要求，还要带有自锁和防误插结构，插拔寿命达到一定要求。③要有良好的环境性能，工作温度范围宽，耐油、耐腐蚀，塑胶材质应具有阻燃性能，插接件防护等级要达到一定要求。1.3.2汽车电路常用元器件（2）汽车插接器的结构汽车插接器的结构一般包括四大部分：①插头与插座。插头指插入插座可完成电气连接的插接件，也称为插针，插头一般由黄铜、磷青铜制成，其形状为圆柱形、方柱形或扁平形。插座指接受插头形成电子连接的插接件，也称为插孔，它依靠弹性结构在与插针插合时形成紧密接触，完成连接。插孔的结构种类有圆筒型、悬臂梁型、折迭型、盒形等等。②壳体。也称为外壳，是汽车连接器的外罩，它为内装的绝缘安装板和插针提供机械保护，并提供插头和插座插合时的对准，进而将连接器固定到设备上。③绝缘体。绝缘体也常称之为汽车连接器基座或安装板，它的作用是使接触件按所需要的位置和间距排列，并保证接触件之间和接触件与外壳之间的绝缘性能。良好的绝缘电阻、耐电压性能以及易加工性是选择绝缘材料加工成绝缘体的基本要求。④附件。附件主要包括锁止机构和定位机构等。锁止机构指具有自锁和人工解锁功能并吻合于插头上的孔或凹座的插座。定位机构指插接器上的装置或某一形状以防止非正确的连接。1.3.2汽车电路常用元器件（3）北汽电动汽车插接件及解锁方法①动力电池。如图1.17所示，动力电池通过高压插接件和低压插接件与外界连接。为保证作业时人身安全，一定要先解锁低压插接