【正文】 專業(yè)整理分享 第一章 汽車電工電子基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 電路的基本知識(shí)一、電路的組成電路是電流通過(guò)的路徑。電路是一些電氣設(shè)備，電器元件，按一定的方式組合起來(lái)，構(gòu)成的電流的通路。圖11（a）所示為由電池、小燈泡、開(kāi)關(guān)和連接導(dǎo)線構(gòu)成的一個(gè)簡(jiǎn)單電路。當(dāng)合上開(kāi)關(guān)時(shí)，電池向外輸出電流，電流流過(guò)小燈泡，小燈泡就會(huì)發(fā)光。電路的組成 一般電路是由電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)三部分組成。（1）電源是提拱電能的裝置，它把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能。例如，干電池，發(fā)電機(jī)等。（2）負(fù)載是取用電能的裝置，是各種用電設(shè)備的總稱．它把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量．例如：電燈、電爐、電動(dòng)機(jī)等。（３）導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等稱為中間環(huán)節(jié)。用來(lái)傳送，分配電能，控制電路的通斷，保護(hù)電路安全正常運(yùn)行。 (a) (b)圖11燈泡發(fā)光的電路圖二、電路的基本物理量1．電流電荷的定向移動(dòng)形成電流，正電荷和負(fù)電荷的定向移動(dòng)都形成電流。在金屬導(dǎo)體中，電流是自由電子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)形成。電流的大小用電流強(qiáng)度來(lái)表示。電流強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為“電流”，等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一導(dǎo)體橫截面的電荷量，電流分兩種，即直流電流和交流電流。單位是安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)為A。2．電壓和電位電壓是電路中兩點(diǎn)之間的電位差，它反映電場(chǎng)力對(duì)電荷做功的能力，數(shù)值上等于電場(chǎng)力把單位正電荷從電源的正極經(jīng)外電路移到負(fù)極所做的功。單位是伏特，簡(jiǎn)稱伏，符號(hào)為V。圖12 電位的表示在電路中任意選一點(diǎn)為參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就叫做這一點(diǎn)（相對(duì)于參考點(diǎn)）的電位。參考點(diǎn)在電路圖中用符號(hào)“⊥”表示，如圖12所示。在電氣設(shè)備和汽車中常用大地和機(jī)殼及汽車車身作為接地點(diǎn)。電位用符號(hào)V表示，如A點(diǎn)電位記作VA。當(dāng)選擇O點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，則VA=UAO。電路中某一點(diǎn)的電位實(shí)質(zhì)上就是將單位正電荷從電路中的某一點(diǎn)移到參考點(diǎn)時(shí)獲得或失去的能量大小。電位與電壓的關(guān)系：（1）電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓。因些，離開(kāi)參考點(diǎn)討論電位是沒(méi)有意義的。（2）參考點(diǎn)選的不同，電路中各點(diǎn)的電位值也不同，但是，任意兩點(diǎn)之間的電壓是不變的。所以，電路中各點(diǎn)的電位值的大小是相對(duì)的，而兩點(diǎn)之間的電壓值是絕對(duì)的。3．電動(dòng)勢(shì) 非電場(chǎng)力把單位正電荷從電源內(nèi)部低電位b端移到高電位a端所做的功，稱為電動(dòng)勢(shì)，用字母E表示 （11）電動(dòng)勢(shì)的單位與電壓相同，也用伏（V）表示。電動(dòng)勢(shì)的極性和實(shí)際方向是客觀存在的。在電路中，要想維持電流流動(dòng)，必須有一種外力把正電荷源源不斷地從低電位處移到高電位處，才能在整個(gè)閉合的電路中形成電流的連續(xù)流動(dòng)，這個(gè)任務(wù)是由電源來(lái)完成的。在電源內(nèi)部，由于電源力的作用，正電荷從低電位移向高電位。在不同類型的電源中，電源力的來(lái)源不同。例如，電池中的電源力是由化學(xué)作用產(chǎn)生的；發(fā)電機(jī)的電源力則是由電磁作用產(chǎn)生的。電源電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向由負(fù)極指向正極，即由電源的低電位指向高電位，也就是電位升高的方向。4．電能與電功率電流能使電燈發(fā)光、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、電爐發(fā)熱，這些都說(shuō)明電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)做了功，消耗了電能，我們把電氣設(shè)備在工作時(shí)間消耗的電能（也稱為電功）用W表示。電能的大小與通過(guò)電氣設(shè)備的電流和加在電氣設(shè)備兩端的電壓以及通過(guò)的時(shí)間成正比，即 （12）電能的單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦（J）。 電氣設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能稱為電功率，簡(jiǎn)稱功率，用P表示，即 （13）電功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦（W）。在電工應(yīng)用中，功率的常用單位是千瓦（kW），電能的常用單位是千瓦（kWh），千瓦時(shí)（kWh），1千瓦時(shí)即為上度電，千瓦時(shí)與焦耳之間的換算關(guān)系是：1度＝我們把電氣設(shè)備在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的最大容許值稱為額定值。實(shí)際工作時(shí)，如果超過(guò)額定值工作，會(huì)使電氣設(shè)各使用壽命縮短或損壞；如果小于額定值，會(huì)使電氣設(shè)備的利用率降低甚至不能正常工作。額定電壓、額定電流、額定功率分別用、來(lái)表示。5．電阻與歐姆定律電路中具有阻礙電流通過(guò)的作用稱為電阻，電阻的單位為歐姆，簡(jiǎn)稱歐。電路中流過(guò)電阻R的電流I與電阻兩端的電壓U成正比，這就是歐姆定律，其表達(dá)式如下： （14）三、電路的工作狀態(tài)圖13 電路的有載工作狀態(tài)在有負(fù)載的工作狀態(tài)下，負(fù)載電流的變化將引起端電壓的變化。在圖13所示電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)合上之后，就是電路的有載工作狀態(tài)。電路中的電流為 （15）當(dāng)電壓源和內(nèi)電阻為定值時(shí)，由上式可見(jiàn)，負(fù)載電阻越小，則電路中的電流越大。負(fù)載電阻兩端的電壓為 （16）2．開(kāi)路狀態(tài)若圖14所示電路中的開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，或者電流過(guò)大使熔斷器熔斷等，電路即處于開(kāi)路狀態(tài)，又叫做斷路狀態(tài)或空載狀態(tài)。圖14 電路的開(kāi)路狀態(tài) 開(kāi)路時(shí)，外電路的電阻對(duì)電源來(lái)說(shuō)等于無(wú)窮大，因此電路中的電流為零。此時(shí)負(fù)載上的電流、電壓、功率都等于零。開(kāi)路時(shí)電源的端電壓叫做開(kāi)路電壓，用表示。 由于開(kāi)路時(shí)電流，故開(kāi)路電壓，即開(kāi)路電壓等于電源電壓。 3．短路狀態(tài)在正常狀態(tài)下工作的電路中，如果電路由于絕緣損壞或接線不當(dāng)或操作不慎等原因，使負(fù)載端或電源端造成電源線直接觸碰或搭接，則形成電路的短路狀態(tài)。電源和負(fù)載都被短路狀況如圖l－5所示。此時(shí)，電流不再流經(jīng)負(fù)載，外電路的電阻對(duì)電源來(lái)講為零。短路電流為 （17）15電路的短路狀態(tài) 由于很小，所以短路電流很大，一般超過(guò)電源的額定電流許多倍，這樣大的電流不僅在內(nèi)阻上會(huì)產(chǎn)生很大的功率損失，使電源嚴(yán)重發(fā)熱，而且會(huì)產(chǎn)生很大的電磁力使設(shè)備發(fā)生機(jī)械損傷。 短路后，負(fù)載上的電壓、電流和功率都為零，電源所產(chǎn)生的電能全部被內(nèi)阻所消耗。即 （18） 短路通常是一種嚴(yán)重故障，應(yīng)該盡量防止。為此，電路中一般都要接入熔斷器或其他自動(dòng)保護(hù)裝置，以便在發(fā)生短路時(shí)在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)自動(dòng)切斷故障電路與電源的聯(lián)系。四、電路中電阻的串聯(lián)與并聯(lián)1．串聯(lián)電路圖16 電阻的串聯(lián)把電阻一個(gè)接一個(gè)地首尾依次連接起來(lái)，就組成串聯(lián)電路，如圖16所示。串聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：（1）電路中各處的電流強(qiáng)度相等。（2）電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端的電壓之和。（3）串聯(lián)電路的總電阻等于各個(gè)電阻之和，即 （19）（4）串聯(lián)電路的電壓分配，串聯(lián)電路中各個(gè)電阻兩端的電壓與它的阻值成正比，即 （110） 圖17 電阻的并聯(lián)2．并聯(lián)電路把兩個(gè)或兩個(gè)以上電阻接到電路中的兩點(diǎn)之間，電阻兩端承受的是同一個(gè)電壓的電路，叫做電阻并聯(lián)電路。圖17是三個(gè)電阻RRR3組成的并聯(lián)電路。并聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：（1）電路中各支路兩端的電壓相等。（2）電路中的總電流強(qiáng)度等于各支路的電流強(qiáng)度之和。（3）并聯(lián)電路的總電阻，即 （111）這就是說(shuō)，并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)，等于各個(gè)電阻的倒數(shù)之和。（4）并聯(lián)電路的電流分配，并聯(lián)電路中通過(guò)各個(gè)電阻的電流強(qiáng)度與它的阻值成反比。即 （112）第二節(jié) 磁場(chǎng)與磁路的基本概念一、磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)1．磁場(chǎng)靜止不動(dòng)的帶電粒子（電荷）周圍存在著電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)靜止的電荷有電場(chǎng)力的作用。而運(yùn)動(dòng)的電荷周圍不僅有電場(chǎng)，還有另一種看不見(jiàn)的物質(zhì)存在，這種由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的物質(zhì)叫磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的電荷有力的作用。 2．電流的磁效應(yīng) 電流是電荷的運(yùn)動(dòng)形成的，因此，電流的周圍就有磁場(chǎng)。 （1）通電導(dǎo)體的磁場(chǎng) 如果把磁場(chǎng)想象成布滿沿磁場(chǎng)方向的磁力線，通電導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)就是圍繞導(dǎo)體的同心圓，磁場(chǎng)的方向可用右手螺旋定則判定如圖18所示。 （2）線圈的磁場(chǎng) 線圈的磁場(chǎng)實(shí)際上是通電導(dǎo)體彎曲成螺旋狀時(shí)的另一種形式，磁場(chǎng)的分布形式和方向判定如圖19所示。圖l－8 通電直導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng) 圖l9 螺旋線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng) 3．磁場(chǎng)的基本物理量（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度(a) (b)圖110 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用力磁場(chǎng)的重要特性之一就是磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體有力的作用（電磁力）。若把長(zhǎng)度為、電流為的直導(dǎo)體按垂直于磁感應(yīng)線的方向放入一磁場(chǎng)中，如圖110(a)所示，則作用于導(dǎo)體上的電磁力與導(dǎo)體中通過(guò)的電流以及導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比。力的方向和磁感應(yīng)線的方向以及電流的方向垂直，三者的關(guān)系可用左手定則來(lái)確定，如圖1－10(b)所示。若把同一載流導(dǎo)體按垂直于磁感應(yīng)線的方向放入不同的磁場(chǎng)中或同一磁場(chǎng)的不同位置中， 電磁力的大小可能各不相同，而且磁場(chǎng)越強(qiáng)的地方電磁力也越大?？梢?jiàn)，電磁力不僅與電流和導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比，且與導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。因此，需要引入一個(gè)用來(lái)描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向的物理量，這個(gè)物理量稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用來(lái)表示 。 磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，它是一個(gè)矢量。磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流之間的方向關(guān)系可用右手螺旋定則來(lái)確定，其大小可用公式來(lái)衡量。