【正文】 。 4 《汽車電工電子技術(shù)》電子教案 單元一 直流電路 （共 12 學時） 課題一 電路及基本物理量 一、電路的組成 電路就是電流所通過的路徑。 1．電源 電源是將非電能轉(zhuǎn)換成電能、并向外提供電能的裝置。 二、電路模型 1．電原理圖 用規(guī)定的圖形符號表示實際電路中的各器件聯(lián)結(jié)關(guān)系的原理圖稱為電原理圖。 其中隨時間按正弦函數(shù)變化的（一個周期內(nèi)電流的平均值為零）的變動電流則稱為正弦交變電流，簡稱交流，簡寫作 AC。 2．電壓 電場力把單位正電荷從 a 點移到 b 點所做的功稱為 a、 b 兩點之間的電壓（ a、 b 是電場中的任意兩點），記 為 Uab。 （ 2）電壓的參考方向。 Va=Ua0=Va— V0 某點 a 的電位數(shù)值上就等于點 a 與零電位點之間的電壓。 【 討論 】電源的端電壓和 電動勢的關(guān)系？ 5．電能和電功率 （ 1）電功 W =U I t （ J） 電阻元件在 t 秒內(nèi)所消耗（或吸收）的電能為 tRURtIU ItW 22 ??? （ J） （ 2）電功率 P，單位瓦特（ W）。此時電路特征： （ 1）電路中的電流 RR EI ?? 0 （ 2）電源的端電壓 U1=E— IR0 U1 總是小于電源的電動勢。 （ 1）電源中的電流 IS最大，但對外輸出電流 I 為零（最小）。 空載狀態(tài)又稱為斷路或開路狀態(tài)。 【 想一想 】以上這三種狀態(tài)，哪種應(yīng)是電路的正常工作狀態(tài)？ 二、電氣設(shè)備的額定值 各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率都有一個額定值，該值是為了使電氣設(shè)備能在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的正常允許值，分別用 UN、 IN、 PN 來表示。 作業(yè)： 7 同步訓練 11～ 16 題。 3．電阻的分類 （二）認識固定電阻 1．固定電阻的命名方法 如： RJ73 中， R—— 第一部分主稱，電阻器； J—— 第二部分表示材料，金屬膜； 7—— 第三部分表示類別，精密電阻； 3—— 表示設(shè)計序號。 5%。 10%。其變化規(guī)律有三種不同形式 ： ① X 型：直線型。 【 討論 】如果不按規(guī)定方式測量電阻，會產(chǎn)生什么情況呢？ 二、電感元件 【 課常互動 】可以用各類電感實物，讓學生識別和檢測。 2．電感器的命名 3．固 定電感器的識別方法 （ 1）直標法。 【 討論 】讓學生分析教材中電感測試方法的理論依據(jù)是什么？ 三、 電 容元件 【 課?；?】可以先讓學生識別和檢測各類電容器的實物。 2．電容器的型號命名方法 3．電容的單位和符號 電容： C=q/U，單位：法拉（ F） 9 電容電路中電壓和電流的關(guān)系：dtduCdtdqi ?? 4．電容的主要參數(shù) （ 1）電容器的標稱容量和偏差 （ 2）電容的額定直流工作電壓 （ 3）電容器的誤差 電容器的誤差通常分為三個等級：Ⅰ級（177。 5．電容器的主要種類和特點 電容器 按有無極性可分為無極性電容器和有極性電容器。 7. 介紹 電容器在汽車電路中的典型應(yīng)用 課堂小結(jié)： 電阻值的標識方法有：直標法、色標法、文字符號法等?？梢?用萬用表測量線圈阻值來判斷其好壞。 問題 引入： 由書上圖 123 復(fù)雜電 路，若已知各電動勢和電阻的數(shù)值，怎樣求各電流的大 小和方向呢？導(dǎo)入新課。 【 課堂互動 】由學生指出圖 123中的節(jié)點、支路、回路、網(wǎng)孔的數(shù)目。該定律內(nèi)容是 （略） ： 公式： ∑ E = ∑ I R 該定律也可表述為：∑ U =0。如圖 126 所示的 abdca 回路。 【例 15】 如圖 128 所示， E1=10V， R1=6Ω， E2 =26V， R2=2Ω， R3=4Ω，求各支路電流的大小和方向。零電位點可以任意選擇。 12 圖 129 電位的計算 以圖中的點 D 為參考點，各電源的極性和電流 I 的方向如圖 129 所示，求點 A 的電位時有三條路徑： 沿 AE1D 路徑： VA=E1 沿 ABD 路徑： VA=I1R1+I3R3+E3 沿 ABCD 路徑： VA=I1R1+I2R2－ E2 顯然，沿 AE1D 路徑計算點 A 電位最簡單，但三種計算方法的結(jié)果是完全相同的。電阻 R R R R4 為四個 橋臂的 電阻，靈 惠斯通電 敏電流計 （也稱為檢流計） 好像在 c、 d 兩點間架設(shè)的一道橋。 3． 電橋 的不 平衡 電橋不平衡是指 c、 d 中有電流通過。 Rt 為銅熱電阻， 0℃時， Rt=53Ω，放在需要測量溫度的地方，用導(dǎo)線把它接到電橋的一個橋臂中。但實際上由基爾霍夫電流定律可得 I2=I— I1； I3=I1— Ig I4=I— I1+Ig 這樣就把支路未知電流的數(shù)目由 6 個簡化為 3 個 。 當其中一個橋臂溫度變化時→電阻變化→電橋不平衡→ Ig 變化→ Ug 變化。 【 例 18】 圖 133 所示為上海 桑塔納轎車電控燃油噴射系統(tǒng)的熱線式空氣流量計的電橋電路。 （ 3）臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（ CTR） 當半導(dǎo)體材料未達到某一臨界溫度時，有一個穩(wěn)定的電阻值，達到某一臨界溫度后，電阻值驟然變化到另外一個數(shù)值。 3．光敏電阻器 按所用半導(dǎo)體材料不同可分為：單晶光敏電阻器、多晶光敏電阻器。 氣敏電阻器可分為： N 型、 P 型、結(jié)合型。 從上式可知，當通過基片（基片的厚度一定）的電流 I 為定值時，霍爾電壓只與磁感應(yīng)強度 B 成正比。如圖 21（ b）、（ c）、（ d）所示為交流電。 交流電在 1 秒內(nèi)變化的周數(shù)，稱為交流電的頻率，用 f 表示。 （ 2）最大值（幅值） 規(guī)定用大寫字母加腳標 m 表示，如用 Im、 Em、 Um 等來表示交變電流、電動勢、電壓的最大值。 。 。 ①若相位差△ φ =φ 1－ φ 2＞ 0， 且 |φ |＜π弧度，稱“ i1 的相位超前于 i2 的相位 ”； ②若△ φ =φ 1－ φ 2＜ 0，且 |φ |＜π弧度，稱“ i1 滯后于 i2” ； ③若△ φ =φ 1－ φ 2=0，稱“ i1 和 i2 同相位”（圖 26 中的 u 和 i 也是同相位）； ④若相位差△ φ =φ 1－ φ 2=177。 圖 26 同相與反相 【 課堂互動 】以上講的這些基本物理量，知道了哪幾個量就可以完整地描述一個正弦交流電了？由此引出三要素。 【 例 23】 一個正弦電壓的初相為 60176。 ) A 求： i1 和 i2 相位差。 將表示隨時間而在 平面上旋轉(zhuǎn)的這一有向線段稱為相量，用大寫字母上加“178。有效值相量也只畫矢量的起始位置。不同頻率的正弦量不能畫在一個相量圖上進行比較、計算。 U 的 最大值相量式為 ??? ??????? 14 1210 02 UU m （ V） 同理：可以將正弦電動勢 )sin(2 ?? ?? tEe 寫成相量式： ???? EE 由于兩個同頻率正弦交流電的“和”與“差”頻率不變，所以在相量表達式中只寫有效值 E 和初相角 φ 。 2． 電阻元件的功率 （ 1）瞬時功率 即 p=u i=Umsinωt178。 （ 3）電壓和電流的數(shù)值關(guān)系 ： 只有 最大值和有效值符合歐姆定律。 )179。無功的含義是“交換”，并不是“無用” 。 （ 3）電壓和電流的相位關(guān)系 即電流總是比電壓超前 90176。 )=UI sin2ω t （ 2）有功功率 有功（平均）功率 P=0。 一、 RLC 串聯(lián)電路 1．電路總電壓 u 與電流 i 之間的關(guān)系 23 2222 )()()( CLCL XXRIIXIXRIU ?????? 若令 222CL2 )X(XR | Z| XR ???? Z 的單位也是歐姆Ω，表明了串聯(lián)電路對交流電總的阻礙作用，稱為電路的阻抗模。 （ 4）總電壓 u 與電流 i 的相量關(guān)系 IZ U ??? 其中 Z=R+j（ XL－ XC） 2． RLC 串聯(lián)電路的功率 （ 1）有功功率 ?cosR UIIUP ?? （ 2）無功功率 Q ?s in)( CL UIIUUQ ??? （ 3）視在功率 S 把電路中電流和總電壓有效值的乘積定義為電路的視在功率，用 S 表示，即 S=UI 。 ZRSP ???cos 額定視在功率 SN 為電氣設(shè)備的容量，即 SN=UNIN P=UNIN cosφ 24 【 想一想 】當 cosφ 為多少時， P=S？此時，電路呈現(xiàn)什么性質(zhì)？ 【 例 29】 已知一個線圈的參數(shù)為 R=6Ω和 XL＝ 8Ω，與 XC＝ 2Ω的電容器 串聯(lián)后接在220V 的正弦交流電源上。 與什么有關(guān)？ 【 課堂互動 】某收音機的輸入調(diào)諧電路中 L=260μ H，若要收聽頻率為 828kHZ（該頻率就是串聯(lián)諧振頻率 f0）的北京廣播電臺的新聞廣播，應(yīng)將調(diào)諧電容調(diào)整為多大？ 2．串聯(lián)諧振的特征 （ 1）電流與電壓同相位，電路呈電阻性。它們的波形圖及相量圖如圖 216 所示。 二、三相電源的連接 星形（ Y）連接和三角形（△）連接。由于三相電動勢是對稱的，故相電壓也是對稱的，相電壓的相量式為 ??????????1201200PWPVPUUUUUUU??? 圖 218 線電壓與相電壓的相量圖 【 課堂互動 】在相電壓已知的情況下，你能根據(jù) uuv=uu－ uv， 寫出 UUV的相量式嗎？能求出線電壓 UUV和 UU 的相位關(guān)系和數(shù)值關(guān)系嗎？ ③線電壓和相電壓的關(guān)系： 由圖 218 可知，線電壓也是對稱的，在相位上比相應(yīng)的相電壓超前 30176。 一、三相負載的星形連接 1．負載的相電壓和線電壓 負載的相電壓 UY：負載作 Y 形接法時，加在負載兩端的電壓稱為負載的相電壓。且超前相應(yīng)的相電壓 30176。每一相的相電流有效值均為 ZUI PP ? （ 2） Y 形連 接的線電流 IL。 （ 2）當負載不對稱時，三個負載的相電流則不再對稱，見圖 220（ a）所示，三個相電流的“和矢量”不為零，即中線電流 IN≠ 0，此時，中線是必需的。因此，無論負載對稱與否，其相電壓總是對稱的， Lp UU ?? ? 28 圖 221 負載的三角形連接 2．負載的相電流和線電流 （ 1） 三角形連接時，流過每一相負載的電流叫相電流 IP（ IUV、 IVW、 IWU）。（ 2）相電流和相電壓的相位差。 ※課題一 磁場與電磁感應(yīng) 一、磁場的基本物理量 1． 磁感應(yīng)強度 B 2． 磁通量 Φ 若磁場為均勻磁場， Φ 的大小可用 Φ=BS 公式計算。例如真空的磁導(dǎo)率 μ 0＝ 4π179。 4．磁場強度 H 磁場強度 H 也是磁場的 — 個基本物理量。 H 的方向就是該 點B 的方向。 2．磁飽和性 當外磁場（或勵磁電 流）增大到一定數(shù)值時，其內(nèi)部所有的磁疇已基本上都轉(zhuǎn)向與外磁 31 場方向一致的方向上，因而即便再增大勵磁電流，其磁性也不能繼續(xù)增強，這就是鐵磁材料的磁飽和性。 2．渦流損耗 鐵磁材料導(dǎo)磁 ， 同時也導(dǎo)電，因而在交變磁通的作用下鐵芯內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在垂直于磁通的鐵芯平面內(nèi)圍繞磁力線呈旋渦狀，故稱為渦流。 2．磁動勢 把 NI 乘積稱作磁路的磁動勢，簡稱磁勢，用 F 表示，單位是安178。 SlRm ?? 式中 l —— 磁路的長度（ m）； S—— 磁路的截面積（ m2）；μ —— 磁路材料的磁導(dǎo)率。 【 課堂互動 】磁路歐姆定律與電路歐姆定律相比存在什么對應(yīng)關(guān)系？列出對應(yīng)表。變壓器從結(jié)構(gòu)可分為兩種：芯式和殼式。 【 想一想 】學生總結(jié)變壓器的工作原理實質(zhì)是什么？ 【 例 31】某單相變壓器接到電 壓 U1=380V 的電源上，已知副邊空載電壓 U20=19V，副繞組匝數(shù) N2=100 匝，求變壓器變比 K 及 N1。變壓器的額定值主要包括額定電壓、額定電流、額定容量、阻抗電壓和額定頻率。試求： （ 1）原、副邊的額定電流 I1N、 I2N； （ 2） 在副邊最多可以接幾盞 36V、 50W 的燈泡？ 34 【 解 】 （略） 【 討論 】在副邊只接一 盞 36V/50W 的燈泡時，原、副邊的電流還與額定電流相等嗎？ 作業(yè)： 5～ 8 題 課題五 幾種特殊的變壓器 一、自耦變壓器 普通變壓器的初級繞組和次級繞組是互相分開的。 當自耦變壓器接上負載，副邊有電流 i2 輸出時，有 KNNII 11221 ?? 電流表達式表明，自耦變壓器中原、副邊電流的大小與線圈匝數(shù)成反比。 3．鉗形電流表（電流互感器的一種變形） 電流互感器的副繞組繞在 鐵芯上并與電流表接成閉合回路，可從電流表上直接讀出被測電流的大小。 點火線圈有開磁路、閉磁路兩種形式。 電磁鐵