電學基礎知識課件講解

汽車電工電子與電力電子2021張程01考核方式態(tài)度紀律：根據(jù)考勤、課堂回答問題情況，由教師和學生干部評定紀律得分章節(jié)作業(yè)：根據(jù)作業(yè)完成情況，由教師評定得分期末考核20%10%50%實訓部分出勤，操作表現(xiàn)，實操考試20%目錄『CONTENT』?項目1

電學基礎知識?項目2汽車電工常用工具及安全用電?項目3整流濾波電路?項目4高壓電基礎知識?項目5電力電子器件?項目6直流/交流變換原理項目1電學基礎知識任務1常用電學參數(shù)概念一、相關(guān)知識能夠區(qū)分串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，并在新能源汽車上運用。電路概述電路是由電器元件按一定方式連接起來的整體，它是電流所通過的路徑。電路一般由電源、負載以及中間環(huán)節(jié)等部分組成。電路中供給電能的設備或器件稱為負載，中間環(huán)節(jié)如開關(guān)、導線等在電路中起到傳輸、分配和控制電能或電信號的作用。電路模型

反映實際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。用電設備或元器件在工作時表現(xiàn)出的電磁現(xiàn)象可以用下面三個理想負載元件及其組合來反映。

電阻元件—替代主要是消耗電能并轉(zhuǎn)換成其他形式能量的實際元件，用字母R表示，簡稱電阻。電感元件—替代主要是存儲磁場能量的實際元件，用字母L表示，簡稱電感。

電容元件—替代主要是存儲電場能量的實際元件，用字母C表示，簡稱電容。理想元件電阻（R）、電感（L）、電容（C）、電壓源（US）、電流源（IS）的圖形符號如圖1-2所示。理想元件圖形符號汽車電路的單線在汽車上,為了節(jié)省導線和便于安裝、維修,電源和用電器之間通常只用一根導線連接,另一根導線則由車體的金屬部分代替而構(gòu)成回路。這種連接方式稱為單線制。采用單線制時,汽車電源(是蓄電池)的一端接到車體上,稱為搭鐵,用符號⊥表示。按電源搭鐵的極性可分為正接地和負接地。由于負極搭鐵時對無線電干擾較小,對車架或車身化學腐蝕較輕,所以世界各國的汽車多采用負極搭鐵,如圖所示。8二、電路的組成雙線制例：第一節(jié)電源和負載9二、電路的組成雙線制例：第一節(jié)電源和負載電路的開路與短路

1.通路通路是指電源與負載構(gòu)成了閉合回路,電流從電源出發(fā),經(jīng)過負載后回到電源的狀態(tài)。通路狀態(tài)根據(jù)負載大小可分為以下三種情況:(1)輕載:負載低于額定功率下的工作狀態(tài)。

(2)滿載:負載在額定功率下的工作狀態(tài)。

(3)過載:負載在高于額定功率下的工作狀態(tài),又叫超載。2.斷路(開路)

斷路又稱開路,是指電源與負載沒有接成閉合通路,電路中沒有電流的狀態(tài)。斷路可以分為控制性斷路和故障性斷路。3.短路短路是指電流從電源出發(fā),不經(jīng)負載而經(jīng)導體直接回到電源的狀態(tài)。電路的開路狀態(tài)電路的短路狀態(tài)

當開關(guān)斷開時，電路電流為零，這稱為空載，也稱為開路，電源端電壓稱為開路電壓，等于電源的電動勢，負載電壓為零。I=0U1=E；U2=0PE=P2=0電路空載特征：當電路兩端的導線由于某種事故而直接相連，這時電源輸出電流不經(jīng)過負載，只經(jīng)過導線直接流回電源，這稱為短路狀態(tài)。電路短路特征：Is=E/R0U2=0PE=I2sR0=E2/R0P2=0能夠區(qū)分串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，并在新能源汽車上運用。1.原子、電子和電荷載體通常，物質(zhì)由不同的元素構(gòu)成。元素的最小組成部分是原子。原子也是可分割的，它由中子、質(zhì)子和電子組成。右圖所示的原子模型，即玻爾原子模型。它表示了電子、質(zhì)子和中子之間的關(guān)系。玻爾原子模型電路的基本物理量電子在圍繞原子核的幾個圓形或橢圓形軌道上移動。一種物質(zhì)最多有7條這樣的軌道。由內(nèi)向外用數(shù)字1～7或大寫英文字母K～Q表示。每條軌道上始終只有特定數(shù)量的電子在移動。電子多于質(zhì)子或質(zhì)子多于電子時，將原子稱為離子。陽離子：原子的質(zhì)子多于電子。陰離子：原子的電子多于質(zhì)子。至少包括兩個原子的新連接稱為分子。陽離子陰離子原子吸收能量（例如熱、光和化學能）后，價電子從原子外側(cè)殼體上脫離，形成所謂的自由電子。自由電子從一個原子移動到另一個原子時稱為電子流動或電流。電子流動包括很多自由電子。自由電子的這種移動是不定向的，即沒有任何優(yōu)先移動方向。電流：電荷載體（例如物質(zhì)或真空中的自由電子或離子）的定向移動。電路組成：電源（能持續(xù)提供電能的裝置叫電源，例如電池和發(fā)電機）、用電器（例如白熾燈泡）和導線。2.電流電路閉合時，所施加的電壓使導體和用電器的所有自由電子同時朝一個方向移動，如上圖所示。單位時間內(nèi)流動的電子（電荷載體）數(shù)量就是電流強度，俗稱電流。符號：電流強度的符號是I。電流的大?。簡挝粫r間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量。計量單位：電流強度I的計量單位是安培（A）。kA、mA、μA直流電流：在最簡單的情況下，電流流動不隨時間而改變，這種電流稱為直流電流（DC）將電路內(nèi)部的電流方向規(guī)定為從正極流向負極，即正電荷的運動方向。在一個閉合電路內(nèi)，負極排斥自由電荷載體（電子），正極吸引自由電荷載體（電子），因此產(chǎn)生一個從負極流向正極的電子流。該電流方向為物理電流方向，又稱為電子移動方向。兩種電流方向，如右圖所示。交流電流（AC）：以周期方式改變極性（方向）和電流值（強度）的電流。該定義也適用于交流電壓。交流電流的特點：其電流方向呈周期性變化，如下圖所示。電流變化頻率：（通常也稱電源頻率）表示每秒內(nèi)電流朝相同方向流動的次數(shù)。t—交流電變化周期i—瞬時電流ieff—有效電流iss—電流強度幅值ispos—正向最大電流isneg—反向最大電流3.電壓電壓電源始終具有帶有不同電荷的兩極，一側(cè)是缺少電子的正極，另一側(cè)是電子過剩的負極。在負極與正極之間有一種電子補償趨勢，即兩極連接起來時，電子由負極流向正極，這種電子補償趨勢稱作電壓?？砂匆韵路绞矫枋鲭妷海弘妷菏鞘┘釉谧杂呻娮由系膲毫蜃饔昧?。電壓是產(chǎn)生電流的原因。兩點或兩極之間產(chǎn)生電荷差時就會形成電壓（壓力）。電壓的大?。簡挝徽姾蓂從電路中一點移至另一點時電場力做功（W）的大小。符號：電壓的符號是U。計量單位：電壓U的計量單位是伏特（V），kV、mV、μV。實際方向：電位真正降低的方向。參考方向：任意假定的方向變動電壓：電壓的大小及方向隨時間變化。交流電壓：對電路分析來說，一種最為重要的變動電壓是正弦交流電壓，簡稱交流電壓。交流電壓的特點：大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律周期性變化。交流電壓的瞬時值要用u或u（t）表示。右圖展示了正弦交流電壓（u）隨時間（t）變化的情況。交流電壓直流電壓直流電壓：電壓值和極性保持不變的電壓稱為直流電壓，如右圖所示。電壓可分為：高電壓、低電壓和安全電壓。高低電壓間的區(qū)別：能源部1991年發(fā)布的電力行業(yè)標準DL408-91《電業(yè)安全工作規(guī)程》規(guī)定：低壓——指設備對地電壓在250V及以下者；高壓——指設備對地電壓在250V以上者；設計、制造和安裝規(guī)程通常是以1000V為界限來劃分電壓高低的，一般規(guī)定：低壓——指額定電壓在1000V及以下者；高壓——指額定電壓在1000V以上者；通常超高壓指220KV或330KV及以上電壓，特高壓指1000KV及以上的電壓。。安全電壓：人體較長時間接觸而不致產(chǎn)生觸電危險的電壓。我國對工頻安全電壓規(guī)定了五個等級，即42V、36V、24V、12V及6V。安全電壓為不高于36V，持續(xù)接觸安全電壓為24V，安全電流為10mA通常汽車中的搭鐵點就是電路的參考點，電路中任一點的電位就是相對于搭鐵點的電壓。電力系統(tǒng)中，通常以大地作為參考點；

電子電路中，一般選擇電子設備的金屬機殼或某公共點作為參考點。

4.電位

為了方便分析電壓這個物理量，電路中引入電位的概念。電位：國際單位是伏特，符號V。為了計算電位的高低，需要找一個基準點，即參考點。通?；鶞庶c處用“┻”（接機殼）或“”（接地）表示，該符號處的電位規(guī)定為0V，參考點也稱為零電位點。解（1）若選擇O點為電位參考點，則

VO

=

0VVB

=

UBO

=

7

VA

=

UAB

+

VB

=

3V

+

7V

=

10V（2）若選擇B點為電位參考點，則

VB

=

0VVA

=

UAB

=

3VVO

=

UOB

=

?

UBO

=

?

7V

【例1-1】如圖1-6所示電路，若選擇O點為電位參考點，求A、B兩點的電位。若選擇B點為電位參考點，則求A、O兩點的電位。參考點不同，各點的電位就不同；但電壓與參考點的選取無關(guān)。

5.電動勢電源內(nèi)部將電荷“拉”到正極需要消耗能量（如干電池會消耗掉化學能）。電源內(nèi)部將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能，并在電源兩極間建立的電位差稱為電動勢，電動勢一般用E來表示，國際單位也是伏特，符號是V。。

汽車上使用的鉛蓄電池內(nèi)部的電源力是由化學作用產(chǎn)生的,發(fā)電機中的電源力是由電磁作用產(chǎn)生的。

一個元件的電動勢和電壓是大小相等，方向相反的一對物理量，對外電路而言，兩者沒有區(qū)別。3.電功及電功率（1）電功電能可以轉(zhuǎn)化成多種其他形式的能量。電功的實質(zhì)是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程。電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，能的總量不變。功的單位：焦耳（J）或者千瓦·時（kW·h）。電功的計算公式：W=Pt=UIt=UQ式中，Q為電荷；t為通電時間；P為電功率。對于純電阻電路（無電動機），電功的計算公式如下：W=UQ=IR×It=I2Rt（Q為電熱，一般在串聯(lián)電路中使用）；W=UQ=（U×U/R）t=（U2/R）t（一般在并聯(lián)電路中使用）。（2）電功率在相同時間內(nèi)，電流通過不同用電器所做的功，一般不同。為表示電流做功的快慢，物理學中引入了電功率的概念。

電流在單位時間內(nèi)所做的功叫作電功率。電功率用P來表示，P=UI。電壓U的單位要用伏特（V）。電流I

的單位要用安培（A）。電功率P的單位就是瓦特（W）。電功率的單位還有千瓦，符號是kW。1kW=1000W，1W=1000mW把公式P=W/t變形后可得W=Pt，由此可以定義“千瓦·時”，電流在1h內(nèi)所做的功，就是1kW·h。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J在電壓和電流的關(guān)聯(lián)方向下，任何時刻線性電阻元件吸收的功率為

同樣，在電壓和電流非關(guān)聯(lián)方向下，任何時刻線性電阻元件吸收的功率為

電流I、電壓U、電阻R和電功率P的換算如圖1-7所示電路，已知US

=

12V，I

=

4A，U2

=

6V，I1

=

?1A，I2

=

3A，U3

=

?6V。求各元件的功率，并說明元件是發(fā)出功率還是吸收功率。解根據(jù)功率式（1-6）、式（1-7）得

=?USI=?12V×4A=?48W<0（發(fā)出功率）P1=?U2I1=?6V×(?1)A=6W>0（吸收功率）P2=U2I2=6V×3A=18W>0（吸收功率）P3=?U3I=?(?6)V×4A=24W>0（吸收功率）∑P=+P1+P2+P3

=?48W+6W+18W+24W=0，說明電路的功率平衡。圖1-10所示為某汽車行李廂燈電氣簡圖，蓄電池電壓US

=

12V，內(nèi)阻R0

=

0.2

，各燈泡為12V/6W，試求：（1）空載電壓（U0）；（2）短路電流（IS）；（3）忽略內(nèi)阻壓降，正常工作時的總電流（I）。圖1-10汽車行李廂照明電路簡圖I=P/U=6W/12V=0.5A1.電阻自由電荷載體在導體內(nèi)部移動的結(jié)果是自由電荷載體與原子相撞，因此，電子流動受到干擾，這種效應稱作電阻。特點：限制電路內(nèi)電流。電路符號如下圖所示。電阻符號電阻由導體兩端的電壓U與通過導體的電流I的比值來定義，即R=U/I。電阻的大小可以用來衡量導體對電流阻礙作用的強弱，即導電性能的好壞。電阻的阻值與導體的材料、形狀、體積及周圍環(huán)境等因素有關(guān)。符號：電阻的符號是R。計量單位：電阻的計量單位是歐姆，用希臘字母Ω表示。不同導體的電阻按性質(zhì)的不同還可分為兩種類型：線性電阻或歐姆電阻，滿足歐姆定律；非線性電阻，不滿足歐姆定律。線性電阻：阻值取決于導體的尺寸、比電阻和溫度，計算公式如上圖所示。計算導體電阻的公式上圖中，ρ為比例系數(shù)，由導體的材料和周圍溫度決定，稱為電阻率。電阻率：指溫度為20℃時，長1m、橫截面積為1mm2導體的電阻值。電阻率的國際單位：歐姆米（Ω·m）。在電工學中通常還會用到電阻的倒數(shù)，即電導率。電導率的符號：G。電導率的單位：西門子每米（S/m）。根據(jù)電導率，可將材料分為導體、非導體和半導體。計算電導率的公式電子系統(tǒng)通常需要將電路電流限制在一個特定值內(nèi)。電阻上注明的電阻值僅適用于溫度20℃的條件。之所以有這種限制是因為所有材料的電阻都會隨溫度變化。電壓電源的內(nèi)阻：至今我們都假設，一個電壓電源始終提供規(guī)定電壓U，例如紐扣電池提供4.5V電壓。但當接通一個或多個能量轉(zhuǎn)換器（俗稱用電器，例如白熾燈、電動機等）時，所有電池和大部分供電單元都會出現(xiàn)電壓降。按結(jié)構(gòu)不同，可分為固定電阻、可變電阻。（1）固定電阻

（2）可變電阻一種常見的可調(diào)電子元件，常用于需要調(diào)節(jié)電阻大小的場合，通過調(diào)節(jié)電阻的大小達到調(diào)節(jié)電位的目的，故又稱為電位器。常見電位器電阻型號命名方法（1）直標法將電阻的阻值和偏差直接用數(shù)字和字母印在電阻上（無偏差標示為允許偏差±20%）。4.電阻的識別直標法（2）色標法將不同顏色的色環(huán)涂在電阻器（或電容器）上來表示電阻（電容器）的標稱值及允許偏差，固定電阻器色環(huán)標志讀數(shù)識別規(guī)則及各種顏色對應的數(shù)值，如左圖所示。36000Ω，5%；1.87kΩ，1%怎么用色標法表示？10特殊電阻在汽車傳感器中的應用(1)熱敏電阻熱敏電阻是一種用陶瓷半導體制成的溫度系數(shù)很大的電阻體，在工作溫度范圍內(nèi)，按陶瓷半導體的電阻與溫度的特性關(guān)系，熱敏電阻可分為以下3種類型。①負溫度系數(shù)(