汽车电工电子技术项目一直流电路的常用分析方法

2019/4/10,1,高职高专改革创新示范教材,课件制作：职业技术学院汽车教研室,2019/4/10,2,项目一 直流电路的常用分析方法,知识目标,能力目标,掌握电路的组成要素,理解电路模型及电路模型与实物图的关系 掌握电压、电流的参考方向以及关联参考方向在部分电路欧姆定律中的应用 熟悉电路中常见的元器件及其伏安特性 掌握电阻串联、并联及混联的连接方式，会计算电路中的等效电阻、电压、电流和功率等； 会根据电路中的基本定律、定理等，对复杂的电路进行分析和计算。,能够灵活运用电路的相关理论知识，分析计算较为复杂的直流电路 能根据电路模型与实物图，正确绘制电路原理图 能正确识读色环电阻阻值，并学会根据电路要求选择和使用电阻 能正确选择和使用电工仪表，会使用万用表对电阻、电压、电流等进行规范、准确的测量 会查阅有关技术资料和工具书。 养成独立思考问题的好习惯 ，具备团队协作精神,2019/4/10,3,任务导入,引导问题1:,图1-1 解放CA1091型汽车喇叭、转向灯和倒车信号灯电路,2019/4/10,4,引导问题2:,图1-2试求电路中的总电流I,试求图1-3电路： (1) 电路总的等效 电阻RAB与总电流I； (2) 电阻R9两端的 电压U9与通过它的电流I9。,（答案：I=2A）,（答案：I=8A，U9=32V，I9=2A）,2019/4/10,5,项目任务1：分析并求解图1-4所示电路中1 电阻中的电流。,分析：以上问题仅靠欧姆定律、电阻串并联等效变换规则等工具和方法显然已经无法满足需要了，必须进一步学习和掌握更多的分析方法和工具，这些新的方法和工具也就是一些新的定理和定律，搞清这些定理和定律，该任务所代表的一类问题便可迎刃而解。,图1-4 电路图,2019/4/10,6,任务分析,对引导问题1、引导问题2和项目任务1中电路的分析可以发现：,引导问题1运用欧姆定律可进行分析计算 引导问题2显然不能直接运用欧姆定律处理，但运用电阻串联或并联规律仍可进行分析求解 项目任务1与引导问题1、2相比，只是电路由原来的单一个电源变为了两个或两个以上,本任务目的：针对类似任务1或更复杂的电路，必须进一步学习和掌握更多的分析方法和工具，即一些新的定理和定律。,2019/4/10,7,知识准备,1.电路基本概念,（1）电路：是指将不同的电子电气组件或设备按一定的方式连接起来形成的电流通路，通常由电源、负载、中间环节三部分组成。,（2）电路的作用： 实现电能的传输、分配与转换； 实现信号的传递与处理。,2019/4/10,8,请列举日常生活中你所见到的电源有哪些，负载有哪些，中间环节有哪些，不少于5个。 电源： 负载： 中间环节：,问答互动,2019/4/10,9,请结合生产生活实际列举出类似于上图实现电能传输、分配与转换的电路，不少于5个：,请结合生产生活实际列举出类似于上图实现电信号传输与处理的电路，不少于5个：,问答互动,2019/4/10,10,知识准备,通常有通路（闭路）、断路（开路）和短路（捷路）三种状态.,（3）电路的状态：,通路 开路 短路 图1-9 电路的三种状态,2019/4/10,11, 通路（闭路）状态电路特性： 电路各部分联接成闭合回路，有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。, 开路（断路）状态电路特性： 电路断开，电路中无电流通过,也称为空载。,电路三种状态所具有的特性：,2019/4/10,12, 短路（捷路）状态电路特性： 电源两端或电路中某些部分被导线直相连接的现象。,注：短路时电流很大，会损坏电源和导线，应尽量避免。输出电流过大对电源来说属于“严重过载”。 如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。,2019/4/10,13,2.电路图与电路模型,实际生产生活中制造出的电路，为了便于使用数学方法对电路进行分析，通常将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想组件(模型)来代替 电路模型：用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际的器件，从而构成的与实际电路相对应的电路模型。,2019/4/10,14,表1-1 5种基本理想电路元件,2019/4/10,15,表1-2 实际电路与电路模型关系举例,2019/4/10,16,2019/4/10,17,请归纳总结电路图和电路模型的区别： 电路图： 电路模型： 二者间的区别：,问答互动,2019/4/10,18,评价电路的参数 电路的参数通常有电流、电压、电位、电功率。 请根据提示，完成下面的内容： 参数1：电流 （1） 什么是电流：是指电路中带电粒子有规则地定向移动所形成电流，有大小、有方向。 （2） 电流的大小：是表示带电粒子定向运动强弱的物理量。 （3）电流的实际方向如何规定：规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。,知识准备,2019/4/10,19,（4）电流的参考方向：在进行电路分析时，预先假定一个电流的流向，该假定的电流方向即为电流的参考方向。 电流的参考方向具有如下特点： 参考方向可以任意假定，通常电路图中标注的电流方向都是参考方向。 电流的实际方向与参考方向一致时电流值为正，反之为负。 交流电的实际方向随时间而变，必须规定电流的参考方向。,【新概念】,图1-10 电流的 实际方向与参考方向,2019/4/10,20,（5）电流的作用：,表1-3 电流的作用,2019/4/10,21,参数2：电压,（1）什么是电压：两种不同极性的分离电荷之间可产生电场，电压就是这种电场力把单位正电荷从电场中的a 点移动到b 点所作的功，即称为a、b 两点之间的电压。,图1-11 电压产生机理,2019/4/10,22,（2）电压的大小：是指当外电路闭合时，外电路中形成电场，在电场力的作用下，电荷经外电路定向移动形成电流I，电场力移动电荷做功能力的大小即为电压大小，用U 表示。 请写出公式和单位： （3）电压的实际方向：规定为由正极(高电位端)指向负极(低电位端)，单位为伏(V)。,请写出公式和单位：,问答互动,2019/4/10,23,【新概念】,（4）电压的参考方向：在进行电路分析时，预先假定一个电压的方向，该假定的电方方向即为电压的参考方向。 电压的参考方向具有如下特点： 参考方向可以任意假定，通常电路图中标注的电压方向都是参考方向。 电压的实际方向与参考方向一致时电压值为正；反之为负。 交流电的实际方向随时间而变，必须规定电压的参考方向。,图1-12电压的 实际方向与参考方向,2019/4/10,24,电压有正负号、箭头、双下标Uab等三种表示方法，具体如下图所示：,表1-4 电压的三种表示方法,（5）电压的作用：维持电路中有持续的电流。,（6）请写出电压的检测工具：,问答互动,2019/4/10,25,参数3：电动势 （1）什么是电动势：在电源内部，利用光能、热能、化学能等其它非静电力能量对电荷做功，使电荷分离，并将正电荷从电源负极移至电源正极，如果在这个过程中移动的电荷数越多，则做的功越大，也说明电源把其它形式的能量转化为电能的本领就越大，这种本领的大小即用“电动势”表示。 （2）电动势的大小：在电源内部，非静电力将正电荷从电源负极移到正极所做的功 。WS 与其电量 Q 之比称为电动势，用 E 表示。,（3）电动势的实际方向：规定从电源负极指向电源正极，即非静电力移动正电荷方向。,请写出电动势的公式和单位：,问答互动,2019/4/10,26,【新概念】 （4）电动势的参考方向：与电流、电压类似，电动势未知方向时也可假设参考方向，结合计算结果的正、负来决定其实际方向。 【新概念】 （5）关联参考方向：在电路分析时，经常采用关联参考方向。也就是说只需假定电流的参考方向，电压的极性按照电流流进为正，流出为负，这样可以简化电路的分析和计算。,2019/4/10,27,参数4：电位 （1）什么是电位：电路中每一点都有一定的电位。在外电路，电位差形成电流，电流从高电位点流向低电位点，用字母 V 表示。 （2）什么是参考电位：衡量电位高低必须有一个计算电位的起点，即“参考点”，称零电位点，该点电位为 0 V。 参考点选择不同，同一点电位也不同。 电位用字母“V 加下标字母” 表示。 （3）电位的计算步骤 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； 标出各电流参考方向并计算； 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,2019/4/10,28,通过下图2-13中a、b、c、d各点电位的计算，复习、巩固电位的计算方法。,参考点：,各点电位：,已知 E= 10 V，I = 2.5A， R1 = 2,问答互动,2019/4/10,29,（4）电位计算中的注意事项： 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； 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。,2019/4/10,30,参数5：电能 （1）什么是电能：电场力做的功就是电路所消耗的电能。 请写出电能计算公式：由电压公式,知，电能,由于,，所以,单位：千瓦· 时kW· h，俗称“度” （2）电能的测量工具：电能可直接用电能表(电度表)测出。,2019/4/10,31,参数6：电功率 （1）什么是电功率(简称功率)：其物理意义是电路组件或设备在单位时间内吸收或发出的电能。,（2）电能的测量工具：可利用功率表测量。,写出电功率的计算公式和单位：,问答互动,2019/4/10,32,4、电阻串联、并联及混联的等效变换原则 设电路总电压为U、电流为I、总功率为P，结合下图，根据电阻串、并联规律写出计算公式：,知识准备,2019/4/10,33,表1-5 电阻串联、并联及混联的等效变换原则,问答互动,请查阅资料说明什么是电导：,2019/4/10,34,5、电源的两种模型及其等效变换 （1）电压源模型：是由电动势E和内阻 R0 串联的电压源的电路模型。,知识准备,由上图电路可得： U = E IR0 ，若 R0 = 0，理想电压源：UE；若 R0 RL ，U » E ，可近似认为是理想电压源。,图1-13电压源的外特性 图1-14电压源模型,2019/4/10,35,（2）理想电压源 （恒压源）： R0= 0 时的电压源.,图1-15 理想电压源模型 图1-16 伏安特性,2019/4/10,36,（3）理想电压源的特点： 输出电压不变，其值恒等于电动势，即 Uab º E。 恒压源中的电流由外电路决定。 恒压源实际并不存在，只是抽象出的组件模型。 不同恒压源不可并联，否则违背KVL。 恒压源不可短路，否则Is=¥。 多个恒压源可串联，E=åE i(代数和)。 对外电路来说，凡与恒压源并联的组件(电阻、恒流源)均可除去，但需要计算流经恒压源电流时不可除去。,2019/4/10,37,（4）电流源模型：是由电流 IS 和内阻 R0 并联的电流源的电路模型。,由上图电路可得: 理想电流源： I IS，若 R0 RL ，I » IS ，可近似认为是理想电流源。,图1-17 电流源模型 图1-18 电流源的外特性,2019/4/10,38,（5）理想电流源（恒流源)：RO= ¥ 时的电流源。,图1-19 恒流源模型 图1-20 恒流源伏安特性,2019/4/10,39,（6）理想电流源的特点： 输出电流不变，其值恒等于电流源电流