模塊1直流電路及其應(yīng)用

項(xiàng)目1.2分析汽車電阻電路項(xiàng)目1.1認(rèn)識(shí)汽車電阻電路1.1.1電路及其基本物理量1.1.2電阻元件和歐姆定律知識(shí)學(xué)習(xí)一、電路概述二、電路基本物理量1.1.1電阻元件和歐姆定律

電路：由電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接起來(lái)的整體，它是電流所通過(guò)的路徑。電路一般由電源、負(fù)載以及中間環(huán)節(jié)等部分組成。電路中供給電能的設(shè)備和器件稱為電源，用電設(shè)備或元器件稱為負(fù)載。一、

電路概述+R0R開(kāi)關(guān)USI燈泡+U干電池

導(dǎo)線

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(shí)際元件，用字母R表示，簡(jiǎn)稱電阻。電感元件—替代主要是存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量的實(shí)際元件，用字母L表示，簡(jiǎn)稱電感。電容元件—替代主要是存儲(chǔ)電場(chǎng)能量的實(shí)際元件，用字母C表示，簡(jiǎn)稱電容。實(shí)際元件主要電磁特性理想元件電阻器、照明燈消耗電能電阻元件R變壓器線圈儲(chǔ)存磁場(chǎng)能電感元件L電容器儲(chǔ)存電場(chǎng)能量電容元件C蓄電池、干電池提供電能電源元件US電路理想元件和電路模型在一定的條件下，突出元件主要的電磁性質(zhì)，忽略其次要因素，把實(shí)際元件近似地看作理想電路元件。用一個(gè)理想電路元件或由幾個(gè)理想元件的組合來(lái)代替實(shí)際的電路元件。+R0R開(kāi)關(guān)USI燈泡+U干電池

導(dǎo)線

(a)電阻R(b)電感L(c)電容C(d)理想電壓源US(e)理想電流源IS

圖理想元件圖形符號(hào)

用理想電路元件及其組合來(lái)代替實(shí)際元件構(gòu)成的電路。電路模型汽車電路舉例：后窗除霜裝置

1．作用

在較冷的季節(jié)，車窗玻璃上會(huì)凝結(jié)上一層霜、霧、雪或冰，從而影響駕駛員的視線。為了避免水蒸氣凝結(jié)，設(shè)置了除霜（霧）裝置，需要時(shí)可以對(duì)風(fēng)窗玻璃加熱。

2．組成和原理

1—蓄電池；2—點(diǎn)火開(kāi)關(guān)；3—熔絲；4—除霜器開(kāi)關(guān)及指示燈；5--除霜器（電熱絲）。２４

１５。。。。。５

簡(jiǎn)化的電路模型后窗除霜電路1—蓄電池；2—點(diǎn)火開(kāi)關(guān)；3—熔絲；4—除霜器開(kāi)關(guān)及指示燈；5--除霜器（電熱絲）。二、

電路的基本物理量1．電流（1）定義：電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流，通常將正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流正方向。電流的大小用電流強(qiáng)度來(lái)衡量，其數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的電荷量。（2）分類一類是電流的大小和方向都不隨時(shí)間而變化，稱為恒定電流，簡(jiǎn)稱直流，用I表示。另一類是電流大小和方向都隨時(shí)間變化，稱為變動(dòng)電流，變動(dòng)電流用i表示，其中一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值為零的變動(dòng)電流，稱為交變電流，簡(jiǎn)稱交流。直流電流：電流的量值和方向都不隨時(shí)間變化。（3）參考方向除了用箭頭來(lái)表示電流的參考方向外，還可用雙下標(biāo)表示，如Iab表示電流參考方向從a指向b。圖1-3電流的參考方向在某些直流電路中，若可直接判斷出電流的實(shí)際方向，一般為方便起見(jiàn)，選擇其參考方向與實(shí)際方向一致。電流參考方向可隨意選擇，而實(shí)際電流是客觀存在。Iab=-Iba。若不選擇參考方向，而談?wù)撾娏鞯恼?fù)是無(wú)意義的。

實(shí)際方向與參考方向一致，電流值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流值為負(fù)值。注意點(diǎn)兩點(diǎn)之間電壓的實(shí)際方向是由高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，所以電壓也常稱為電壓降。2．電壓定義：?jiǎn)挝徽姾稍陔妶?chǎng)力作用下，由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功，稱為電路中a點(diǎn)到b點(diǎn)間的電壓。

直流電路Uab

雙下標(biāo)I電壓的參考方向正負(fù)極性+–abUU+_+R0U3V箭標(biāo)abRU通常汽車中的搭鐵點(diǎn)就是電路的參考點(diǎn)，電路中任一點(diǎn)的電位就是相對(duì)于搭鐵點(diǎn)的電壓。電力系統(tǒng)中，通常以大地作為參考點(diǎn)；電子電路中，一般選擇電子設(shè)備的金屬機(jī)殼或某公共點(diǎn)作為參考點(diǎn)。參考點(diǎn)的電位為零，用符號(hào)“⊥”表示。關(guān)聯(lián)參考方向：元件電壓與電流參考方向一致。兩點(diǎn)間的電壓：等于這兩點(diǎn)的電位之差。

在電路中任選一點(diǎn),為參考點(diǎn),則某點(diǎn)的電位就是由該點(diǎn)到參考點(diǎn)O的電壓。3.電位運(yùn)用電位概念時(shí)的注意點(diǎn)（1）選擇不同的參考點(diǎn)，同一點(diǎn)的電位數(shù)值不同。（2）兩點(diǎn)間的電壓大小與參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)，即電位的高低是相對(duì)的，而電壓值是絕對(duì)的若選擇O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，即VO=0V，則VA=10V，VB=6V；若選擇B點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，即VB=0V，則VA=4V，VO=-6V。

注意點(diǎn)例:如圖電路，選擇O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，求A、B兩點(diǎn)的電位。若選擇B點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則求A、O兩點(diǎn)的電位。解（1）若選擇O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則

VO

=

0VVB

=

UBO

=

7

VA

=

UAB

+

VB

=

3V

+

7V

=

10V（2）若選擇B點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則

VB

=

0VVA

=

UAB

=

3V

VO

=

UOB

=?UBO

=?7V

衡量電源力克服電場(chǎng)力對(duì)電荷做功能力的物理量稱為電動(dòng)勢(shì)。4．電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)實(shí)際方向:從低電位點(diǎn)指向高電位點(diǎn)，即電位升；電壓的實(shí)際方向:從高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，即電位降。5．電能和電功率在時(shí)間t內(nèi)，電場(chǎng)力所做的功，即元件消耗（或吸收）的電能，為

Q—電荷量（C）。若在電壓、電流非關(guān)聯(lián)方向下，則

P

=

?

UI 5．電能和電功率

單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能稱為電功率（簡(jiǎn)稱功率），直流電路中用字母P表示，即

電能的單位是焦耳（J），功率的單位是瓦特（W）。有時(shí)電能的單位用千瓦時(shí)（kW·h）表示，1kW·h俗稱一度電。

例

圖示直流電路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件吸收或發(fā)出的功率P1、P2和P3。

解：元件1的參考方向關(guān)聯(lián),P1=U1I=4×4=16W(吸收16W)

元件2和元件3的參考方向非關(guān)聯(lián),

P2=-U2I=-(-8)×4=32W(吸收32W)P3=-U3I=-6×4=-24W(發(fā)出24W)

例:如圖所示電路，已知US

=

12V，I

=

4A，U2

=

6V，I1

=

?1A，I2

=

3A，U3

=

?6V。求各元件的功率，并說(shuō)明元件是發(fā)出功率還是吸收功率。解:

=?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(shuō)明電路的功率平衡。一、

電阻元件二、

歐姆定律三、特殊電阻在汽車傳感器中的應(yīng)用1.1.2電阻元件和歐姆定律一、

電阻元件1．電阻率和電阻溫度系數(shù)

電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)（G），單位為西門子（S）。 電阻率ρ是反映材料導(dǎo)電性能大小的系數(shù)。

熱電阻效應(yīng)：物質(zhì)的電阻隨其本身溫度變化而變化。導(dǎo)體電阻與溫度的變化有關(guān)電阻隨溫度的升高而增加，如銀、鋁、銅、鐵、鎢等金屬。電阻隨溫度升高而減小，如電解液、碳素和半導(dǎo)體材料。電阻幾乎不隨溫度改變而變化，如康銅、錳鋼、鎳鉻合金等。應(yīng)用：汽車中很多溫度傳感器都是用熱電阻作檢測(cè)元件。通常用電阻溫度系數(shù)極小的康銅、錳銅制造標(biāo)準(zhǔn)電阻、電阻箱以及電工儀表中的分流電阻和附加電阻等。電壓和電流為關(guān)聯(lián)方向:

U

=

IR 若電壓和電流為非關(guān)聯(lián)方向，則歐姆定律可寫為

U

=

?

IR 2．歐姆定律I/AU/Vo線性電阻的伏安特性

遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，其電阻值為常數(shù)。

在電壓和電流的關(guān)聯(lián)方向下，任何時(shí)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(shí)刻線性電阻元件吸收的功率為

3．電阻的電功率例：已知一電阻R

=10

，電壓電流為關(guān)聯(lián)方向，流經(jīng)電流I=?2A。試求：電阻電壓（U），功率（P）。解電壓、電流為關(guān)聯(lián)方向，故

U

=IR

=(?2A)×10

=?20(V)P

=I2R

=(?2A)2×10

=40(W)＞

0（吸收功率）

解:圖(a)：U=IR

例

應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。圖(b)：U=–IRRU6V+–3AR+–U6VI(a)(b)I–3A電流的參考方向與實(shí)際方向相反電壓與電流參考方向相反1．熱敏電阻三、

特殊電阻在汽車傳感器中的應(yīng)用圖

熱敏電阻的溫度特性1—負(fù)溫度系數(shù)（NTC）2—正溫度系數(shù)（PTC）3—臨界溫度系數(shù)（CTR）表紅旗轎車?yán)鋮s液溫度傳感器電阻與溫度的關(guān)系溫度(℃)-2006080100120電阻(Ω)1508058006033271871142．光敏電阻圖

光電元件硫化鎘的特性汽車光電式光量傳感器采用了光敏電阻——硫化鎘(CdS)光導(dǎo)電元件，應(yīng)用了光照強(qiáng)度能引起電阻值變化的特性。圖

光電式光量傳感器在汽車燈光控制器上的應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)施一、任務(wù)目的1．學(xué)會(huì)汽車照明電路的識(shí)讀。2．學(xué)會(huì)計(jì)算電路電流的方法。二、任務(wù)內(nèi)容汽車照明電路主要由電源、照明設(shè)備、控制開(kāi)關(guān)等組成。蓄電池電壓為12V，前照燈中近光燈額定電壓、額定功率為12V、25W。試分析并計(jì)算電路。項(xiàng)目實(shí)施

任務(wù)1.1.1識(shí)讀汽車照明電路并計(jì)算工作電流1—蓄電池2—門控開(kāi)關(guān)3—室內(nèi)燈4—室內(nèi)燈控開(kāi)關(guān)5—示寬燈6—尾燈7—牌照燈

8—儀表燈9—燈光開(kāi)關(guān)10—變光開(kāi)關(guān)11—遠(yuǎn)光指示燈12—前照燈（4個(gè)燈亮，接通遠(yuǎn)光燈；

2個(gè)燈亮，接通近光燈）13—超車燈開(kāi)關(guān)14—前照燈易熔線三、分析與計(jì)算過(guò)程1．電路中的負(fù)載有哪些？電路中的中間環(huán)節(jié)（開(kāi)關(guān)等）有哪些？

2．試分析近光燈電流路徑，并計(jì)算近光燈電阻，近光燈正常工作時(shí)的總電流I。（1）由圖1-13可知，近光燈電流路徑：蓄電池（+）→前照燈易熔線14→

→

→

→搭鐵→蓄電池（?）。（2）計(jì)算12V、25W近光燈的電阻，寫出計(jì)算過(guò)程。（3）接通12V、25W近光燈，該燈在額定電壓下工作，正常發(fā)光，消耗功率應(yīng)為25W，計(jì)算左、右近光燈通過(guò)總電流，寫出計(jì)算過(guò)程。項(xiàng)目1.2認(rèn)識(shí)汽車電阻電路1.2.1電阻串并聯(lián)1.2.2實(shí)際電源模型知識(shí)學(xué)習(xí)一、電阻串聯(lián)二、電阻并聯(lián)三、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器電路1.2.1電阻串并聯(lián)一、電阻串聯(lián)（1）等效電阻=各電阻之和。R=R1+R2（2）各電阻電壓、功率與電阻成正比。P1:P2=U1:U2=R1:R2

（3）兩電阻串聯(lián)分壓應(yīng)用：降壓、限流、調(diào)節(jié)電壓等。電阻串聯(lián)-汽車案例水溫傳感器電阻串聯(lián)分壓等效電路（3）電阻并聯(lián)分流（1）等效電阻倒數(shù)=各電阻倒數(shù)之和。（2）電流、功率與并聯(lián)電阻成反比。應(yīng)用：分流、調(diào)節(jié)電流等。P1:P2=I1:I2=R2:R1二、電阻并聯(lián)

例：已知R1

=

60

，R2

=

40

，R3

=

40

，U

=

80V。求電路總電阻R，電流I、I2、I3，電壓U1、U2。

總電流解:一、任務(wù)目的1．學(xué)會(huì)分析簡(jiǎn)單的汽車照明電路故障。2．學(xué)會(huì)使用萬(wàn)用表進(jìn)行故障電路檢測(cè)，并能正確分析測(cè)量結(jié)果。二、任務(wù)內(nèi)容一客戶來(lái)汽修廠修車，經(jīng)詢問(wèn)得知客戶汽車的近光燈照明電路出現(xiàn)故障：接通近光燈開(kāi)關(guān)時(shí)，左、右兩個(gè)近光燈和左、右兩個(gè)遠(yuǎn)光燈都亮了，其中右側(cè)近光燈亮度正常，而左側(cè)近光燈亮度很暗。

請(qǐng)汽修廠排除照明電路故障。

任務(wù)1.2.1

分析與診斷汽車照明電路故障項(xiàng)目實(shí)施三、故障的理論分析與計(jì)算1．根據(jù)現(xiàn)象可知，右側(cè)近光燈R3亮度正常，說(shuō)明線路

（正常，不正常）；而左側(cè)近光燈R1很暗，說(shuō)明電壓

（大于，小于，等于）額定值12V。2．不該亮的遠(yuǎn)光燈也都亮了，且很暗，說(shuō)明遠(yuǎn)光燈

（有，無(wú)）電流流過(guò)，存在寄生電路。同時(shí)根據(jù)亮度可知：每個(gè)遠(yuǎn)光燈R2、R4上的電壓都

（小于，等于）額定值12V。根據(jù)電路初步判斷，可能是左前照燈

斷開(kāi)，導(dǎo)致近光燈R1、遠(yuǎn)光燈R2和R4這3個(gè)燈

（串聯(lián)，并聯(lián)，串并聯(lián)），接到12V電源上。3．下面通過(guò)計(jì)算分析相關(guān)物理量，將計(jì)算值與額定值對(duì)比，從理論上驗(yàn)證故障判斷。（1）運(yùn)用歐姆定律、功率公式求解近光燈、遠(yuǎn)光燈電阻和正常工作電流。近光燈電阻R近

=遠(yuǎn)光燈電阻R遠(yuǎn)

=近光燈正常工作電流：遠(yuǎn)光燈正常工作電流：（2）若左前照燈搭鐵處D點(diǎn)斷開(kāi)，當(dāng)接通近光燈開(kāi)關(guān)時(shí)，分析回答下列問(wèn)題。a．電路中有幾個(gè)電流，如何形成電流閉合路徑，試畫出等效電路。b．通過(guò)計(jì)算近光燈和遠(yuǎn)光燈的電流、電壓，說(shuō)明故障原因。c．找出了汽車照明電路的故障原因后應(yīng)如何排除？4．若右前照燈搭鐵處F點(diǎn)斷開(kāi)，當(dāng)接通遠(yuǎn)光燈開(kāi)關(guān)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

三、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器電路發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器大多采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制成，當(dāng)冷卻液溫度升高時(shí)，傳感器的電阻隨之減小；反之，當(dāng)冷卻液溫度降低時(shí)，傳感器的電阻隨之增大。圖

北京切諾基汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器與ECU的連接電路三極管有兩種工作狀態(tài)—飽和導(dǎo)通或截止。相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度低于51.6℃時(shí)，三極管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度高達(dá)51.6℃時(shí)，三極管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合表1-3北京切諾基車用冷卻液溫度傳感器各種溫度下的部分電壓冷態(tài)曲線（用10k

并聯(lián)電阻）熱態(tài)曲線（用909

并聯(lián)電阻）溫度/℃電壓/V溫度/℃電壓/V?28.84.7051.64.00?23.34.5754.43.77103.387.72.637.71.831101.8任務(wù)1.2.2計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器電路參數(shù)一、任務(wù)目的1．學(xué)會(huì)進(jìn)行串并聯(lián)電路的分析與計(jì)算。2．能夠正確查閱冷卻液溫度傳感器的熱態(tài)曲線和冷態(tài)曲線。二、任務(wù)內(nèi)容汽車?yán)鋮s液溫度傳感器等效電路，采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R為可調(diào)電阻。根據(jù)開(kāi)關(guān)不同狀態(tài)以及熱敏電阻的電阻值R計(jì)算冷卻液溫度傳感器信號(hào)電壓U。項(xiàng)目實(shí)施（1）分析：串聯(lián)分壓，可以先求出電流，再求電壓U；也可直接用分壓公式一步求出電壓U。（2）查表1-3所示的熱態(tài)曲線，對(duì)應(yīng)的溫度是

。三、分析過(guò)程1．開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，熱敏電阻R=19.4k

時(shí)，求冷卻液溫度傳感器信號(hào)電壓U，查表1-3得出對(duì)應(yīng)的溫度。冷態(tài)曲線（用10k

并聯(lián)電阻）熱態(tài)曲線（用909

并聯(lián)電阻）溫度/℃電壓/V溫度/℃電壓/V?28.84.7051.64.00?23.34.5754.43.77103.387.72.637.71.831101.82．開(kāi)關(guān)S閉合狀態(tài)下，熱敏電阻R=2786

時(shí)，求冷卻液溫度傳感器信號(hào)電壓U，查表1-3得出對(duì)應(yīng)的溫度。（1）求冷卻液溫度傳感器信號(hào)電壓U：（2）查表1-3所示的冷態(tài)曲線，對(duì)應(yīng)的溫度是

。（3）當(dāng)熱敏電阻R=2

786

時(shí)，如果開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，則冷卻液溫度傳感器信號(hào)電壓U是多少？四、分析與討論用指針式萬(wàn)用表的同一量程（例如5V）測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同電壓時(shí)，指針越靠近滿偏（滿擋值），準(zhǔn)確度越高。對(duì)比分析過(guò)程中問(wèn)題1和2的計(jì)算結(jié)果，在熱敏電阻較小（溫度較高）的情況下，電路中的分壓電阻由10k?變?yōu)?/p>

k?，開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)的熱敏電阻電壓比開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的數(shù)值

，使測(cè)量更為準(zhǔn)確。一、實(shí)際電壓源模型和實(shí)際電流源模型二、電路的開(kāi)路和短路1.2.2實(shí)際電源模型1.實(shí)際電壓源模型一、實(shí)際電壓源模型和實(shí)際電流源模型2.實(shí)際電流源模型（2）開(kāi)路電壓U0

等于電源電壓，U0=US。（1）開(kāi)路處的電流等于零，I=0。（3）電源未輸出功率，負(fù)載未消耗功率。二、

電路的開(kāi)路和短路1．開(kāi)路狀態(tài)

(2)短路電流很大，(1)短路處的電壓等于零，U

=0。

(3)負(fù)載未消耗功率，電源發(fā)出功率全部消耗在內(nèi)阻上。2．短路狀態(tài)由于電源線絕緣損壞、操作不當(dāng)?shù)纫痣娫吹膬奢敵龆讼嘟佑|，造成電源被直接短路。短路、開(kāi)路——汽車電氣設(shè)備線路常見(jiàn)故障1．開(kāi)路（斷路）故障（右圖）2．短路（短接）故障（下圖）例：如圖所示為某汽車行李廂燈電氣簡(jiǎn)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(shí)的總電流（I）。項(xiàng)目1.3分析汽車電源電路1.3.1基爾霍夫定律及其應(yīng)用1.3.2疊加定理1.3.3應(yīng)用實(shí)際電源等效變換求解支路電流知識(shí)學(xué)習(xí)一、

基爾霍夫電流定律二、

基爾霍夫電壓定律三、支路電流法1.3.1基爾霍夫定律及其應(yīng)用幾個(gè)名詞支路：電路中的每一個(gè)分支。一條支路流過(guò)一個(gè)電流，稱為支路電流。節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3123ba+-U2R2+-R3R1U1

在任一時(shí)刻，電路中流入任一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流之和等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。

I1

+

I2

=

I3

+

I4

寫出一般表達(dá)式 ∑I入

=

∑I出

一、

基爾霍夫電流定律KCL擴(kuò)展應(yīng)用：廣義節(jié)點(diǎn)包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面可當(dāng)作廣義節(jié)點(diǎn)。廣義節(jié)點(diǎn)iU

+

iV

+

iW

=

0例：如圖所示的電路中，I1=2A，I2=4A，I3=6A，試求I4、I5和I6。解（1）節(jié)點(diǎn)E：

I4=I1+I2=2A+4A=6A （2）節(jié)點(diǎn)B：

I5=I2+I3=4A+6A=10A （3）節(jié)點(diǎn)F：

I6=I3+I4=6A+6A=12A 任一瞬時(shí)，作用于電路中任一回路各支路電壓的代數(shù)和恒等于零。∑Ui

=

0 二、

基爾霍夫電壓定律圖1-37KVL應(yīng)用列KVL方程步驟：①

指定回路繞行方向。②

設(shè)定各支路元件電壓參考方向。③

列方程。當(dāng)元件電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)，電壓符號(hào)取“+”，否則取“?”。U1

+

US1?U2

+

US2

=

0其中，U1

=

I1R1，U2

=

I2R2

。KVL擴(kuò)展應(yīng)用：虛擬回路A→R→US→B→A逆時(shí)針繞行，電壓UAB寫入電壓平衡式–IR

+US–UAB

=

0例：已知R1=20

，R2=10

，R3=10

，US1=30V，US2=10V，求I和UAC。解：根據(jù)KVL可寫出

IR1+IR2+IR3=US1+US2 即I（R1+R2+R3）=US1+US2 I（20

+10

+10

）=（30+10）VI=1AUAC=US1?IR1+US2?IR2=30?20×1+10?10×1）V=10V 或:UAC=IR3=1A×10

=10V 以支路電流為待求量，利用基爾霍夫兩定律列出電路的方程式，求解電流。三、支路電流法1、設(shè)定支路電流參考方向，選定回路繞行方向。2、利用KCL，列節(jié)點(diǎn)電流方程（n個(gè)節(jié)點(diǎn)列n-1個(gè)方程）3、應(yīng)用KVL對(duì)回路列出m-(n-1)個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程（通?？扇【W(wǎng)孔列出）(m為支路數(shù))。4、聯(lián)立求解步驟I1=3.8A,I2=-2.2A,I3=1.6A。例：

Us1=12V、R1=1Ω為直流發(fā)電機(jī)的模型,Us2=6V、R2=1Ω為蓄電池組的模型，電阻負(fù)載R3=5Ω。試求各支路電流和各元件的功率。解：以支路電流為變量,應(yīng)用KCL、KVL列出方程式,并將已知數(shù)據(jù)代入,即得I1+I2–I3=0I1R1–

I2R2=US1–US2I2R2+I3R3=US2I2為負(fù)值,表明它的實(shí)際方向與參考方向相反,這個(gè)電池組在充電時(shí)是負(fù)載,吸收功率。任務(wù)1.3.1分析汽車電源電路二、任務(wù)內(nèi)容汽車上的發(fā)電機(jī)（US1）、蓄電池（US2）和負(fù)載（R3）并聯(lián)原理電路。已知US1

=

14V，US2

=

12.5V，R1

=0.05

，R2

=0.014

，R3

=0.2

，試分析各條支路的電流大小和負(fù)載電壓Uab，并分析電源的工作狀態(tài)。一、任務(wù)目的1．學(xué)會(huì)熟練應(yīng)用支路電流法求解支路電流。2．學(xué)會(huì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析兩個(gè)電源的工作狀態(tài)。項(xiàng)目實(shí)施三、分析過(guò)程1．寫出電路的支路數(shù)m、節(jié)點(diǎn)數(shù)n

、網(wǎng)孔數(shù)、回路數(shù)。支路數(shù)m

=

，節(jié)點(diǎn)數(shù)n

=

，網(wǎng)孔數(shù)為

，回路數(shù)為

。2．在圖1-46上標(biāo)出各回路繞行方向、各支路電流方向。3．抓住節(jié)點(diǎn)寫KCL方程，有

個(gè)獨(dú)立方程。方程如下：

（1）4．選擇網(wǎng)孔或回路，寫出KVL方程，有

個(gè)獨(dú)立方程。

（2）

（3）5．聯(lián)立上述方程，代入數(shù)值，計(jì)算得出各支路電流數(shù)值。

6．根據(jù)電流值求出負(fù)載電壓Uab，具體計(jì)算如下：

7．分析3個(gè)電流數(shù)值，說(shuō)明汽車行駛時(shí)，發(fā)電機(jī)（US1）

（發(fā)出，吸收）功率，蓄電池（US2）

（發(fā)出，吸收）功率，負(fù)載

（發(fā)出，吸收）功率，并將電流數(shù)值、負(fù)載電壓Uab填入表1-5。US1、R1US2、R2I1/AI2/AI3/AUab/V14V、0.05Ω12.5V、0.014Ω

14V、0.05Ω10V、0.014Ω

14V、0.05Ω9V、0.014Ω

四、拓展討論1．同樣的電路中如果將蓄電池US2調(diào)整為10V和9V，請(qǐng)繼續(xù)計(jì)算3個(gè)電流數(shù)值和負(fù)載電壓Uab，并填入表1-5。同時(shí)對(duì)3行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析。（1）當(dāng)US2調(diào)整為10V時(shí)，汽車上的發(fā)電機(jī)（US1）

（發(fā)出，吸收）功率，蓄電池（US2）

（發(fā)出，吸收）功率，負(fù)載

（發(fā)出，吸收）功率。（2）當(dāng)US2調(diào)整為9V時(shí)，汽車上的發(fā)電機(jī)（US1）（發(fā)出，吸收）功率，蓄電池（US2）

（發(fā)出，吸收）功率，負(fù)載

（發(fā)出，吸收）功率。此時(shí)負(fù)載電壓Uab

（大于，小于）蓄電池電壓2．通過(guò)分析可知，汽車行駛時(shí)，其上的發(fā)電機(jī)（US1）既對(duì)負(fù)載（R3），如照明燈等供電，也可能對(duì)蓄電池（US2）

（充電，放電）。此時(shí)蓄電池是發(fā)電機(jī)的負(fù)載，蓄電池吸收發(fā)電機(jī)的

（電能，化學(xué)能）并轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

（電能，化學(xué)能）存儲(chǔ)。

在線性電路中，所有獨(dú)立電源共同作用產(chǎn)生的響應(yīng)（電壓或電流），等于各個(gè)電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的響應(yīng)的疊加。1.3.2疊加定理①某電源單獨(dú)作用時(shí)，令其他獨(dú)立電源不作用。即電壓源不作用，US=0，相當(dāng)于電壓源短路；電流源不作用，IS=0，相當(dāng)于電流源開(kāi)路。②在疊加時(shí)需注意電壓和電流參考方向。③電路中所有電阻不變，元件連接方式不變。④疊加定理只能用于計(jì)算線性電路的電壓和電流，不能計(jì)算功率。⑤受控源不屬于獨(dú)立電源，必須全部保留在各自的支路中。。注意例：用疊加定理求解電流I。解：（1）

畫出分電路

（2）24V電壓源單獨(dú)作用時(shí)，電流源開(kāi)路，求出I'，即例：用疊加定理求解電流I。（3）5A電流源單獨(dú)作用時(shí)，電壓源短路，根據(jù)電阻并聯(lián)分流公式，求出I"

（4）求出總電流。

1.3.3運(yùn)用電源等效變換求解電流一、實(shí)際電壓源模型與實(shí)際電流源模型的等效變換二、運(yùn)用實(shí)際電源等效變換求解支路電流一、實(shí)際電壓源模型與實(shí)際電流源模型的等效變換②等效變換時(shí)，兩電源參考方向要一一對(duì)應(yīng)。③理想電壓源與理想電流源之間無(wú)等效關(guān)系。①電壓源和電流源的等效關(guān)系只對(duì)外電路而言，對(duì)電源內(nèi)部則是不等效的。

注意④任一電源電壓US和某個(gè)電阻R串聯(lián)的電路，都可化為一個(gè)電流為IS和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。R0+–USabISR0abR0–+US

abISR0ab例：求如圖（a）所示電路的等效電流源模型和如圖（b）所示電路的等效電壓源模型。電源等效變換練習(xí)：電源等效變換練習(xí)：2A1A1A++－－5V4V+－1V

例：求圖（a）電路5Ω電阻支路的電流（I3）。

二、運(yùn)用實(shí)際電源等效變換求解支路電流解：（1）將圖（a）中兩并聯(lián)支路—電壓源模型變換成電流源模型，形成4條支路的并聯(lián)，如圖（b）所示。其中，（2）合并并聯(lián)電流源IS1和IS2，同時(shí)兩個(gè)1

電阻并聯(lián)為等效電阻（R0），如圖（c）所示。（3）如圖（d）所示。

R0

=

0.5

（4）根據(jù)圖（d），求5Ω電阻的電流。模塊2正弦交流電路及其應(yīng)用項(xiàng)目2.1認(rèn)識(shí)正弦交流電路項(xiàng)目2.2分析RLC交流電路性質(zhì)項(xiàng)目2.3分析三相交流電路項(xiàng)目2.1認(rèn)識(shí)正弦交流電路2.1.1正弦交流電及其相量表示2.1.2三相電源知識(shí)學(xué)習(xí)2.1.1正弦交流電及其相量表示一、正弦交流電的三要素二、正弦交流電的相量表示

正弦交流電隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，可用正弦函數(shù)或波形圖表示。 （2-1）一、正弦交流電的三要素圖2-1正弦交流電流的波形圖

幅值是交流瞬時(shí)值中的最大值，也稱峰值。通常用大寫字母加下標(biāo)“m”表示，如Em、Um、Im等。正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系為

（2-2）1．幅值與有效值

【例2-1】某同學(xué)為提高電路的功率因數(shù)，將一耐壓為250V的電容元件并接在交流220V的負(fù)載上。請(qǐng)問(wèn)這種做法是否正確？解因?yàn)?20V正弦交流電的幅值為311V，超過(guò)了電容元件的250V耐壓值，電容元件可能擊穿，所以不能將該電容元件并接在220V的負(fù)載上。圖2-2交流電的周期和平均值2．周期與頻率頻率和周期之間滿足如下關(guān)系：（2-3）圖2-3車速檢測(cè)

在汽車檢測(cè)技術(shù)中，頻率是一個(gè)重要參數(shù)，如圖2-3（a）所示車速檢測(cè)裝置中，當(dāng)自動(dòng)變速器輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在軸上的停止鎖止齒輪的凸齒交替靠近或離開(kāi)車速傳感器，使感應(yīng)線圈輸出交流電壓如圖2-3（b）所示。

由正弦交流電的瞬時(shí)表達(dá)式（2-1）可知，交流電在任一時(shí)刻的瞬時(shí)值取決于電角度（），這個(gè)電角度稱為交流電的相位。交流電在t=0時(shí)所具有的相位稱為初相，用

表示，單位是弧度或度，規(guī)定初相的絕對(duì)值不超過(guò)π弧度。兩同頻率交流電的初相之差稱為相位差，即 （2-5）3．相位與初相圖2-4交流電的初相和相位差圖2-4交流電的初相和相位差（續(xù)）

【例2-2】某電源電動(dòng)勢(shì)

V，該電動(dòng)勢(shì)的角頻率、頻率、周期、幅值、有效值、初相位各為多少？畫出波形圖。

解由電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式可知，該電壓的角頻率，最大值Em=141V，所以波形圖如圖2-5所示。圖2-5例2-2波形圖

以正弦交流電流為例，在直角坐標(biāo)系（復(fù)平面）中畫一個(gè)帶箭頭的直線，如圖2-6所示，該直線滿足以下條件：①直線長(zhǎng)度按比例等于正弦電流的有效值（I）（或幅值（Im））；②直線與正橫軸的夾角等于正弦交流電的初相（

）；③直線以角頻率（

）按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。這個(gè)帶箭頭的直線就稱為相量。二、正弦交流電的相量表示圖2-6正弦交流電的相量表示

【例2-3】圖2-7所示電路中，已知：

A，A，試用相量法求總電流（i）。

圖2-7例2-3圖解根據(jù)KCL：相量表示為：用相量圖法求和的步驟如下①

作相量圖：將同頻率的正弦交流電畫在同一個(gè)坐標(biāo)系中所得的圖稱為相量圖；②

求相量和：在相量圖上求兩相量之和時(shí)需遵守平行四邊形法則，即以

和

為邊作平行四邊形OABC，對(duì)角線OB就是相量和圖2-8

例2-3相量圖根據(jù)相量三角形運(yùn)算的結(jié)果：即用代數(shù)法求和的步驟如下①

將相量分解為實(shí)部和虛部?jī)蓚€(gè)部分（虛部前加虛數(shù)單位j，且j2

=

?1），分別對(duì)應(yīng)復(fù)平面上實(shí)軸（橫軸）和虛軸（縱軸），即用代數(shù)法求和的步驟如下②

對(duì)實(shí)部和虛部分別進(jìn)行求和運(yùn)算，即實(shí)部和實(shí)部相加，虛部和虛部相加。其中用代數(shù)法求和的步驟如下③

求電流I及初相φ其中本例中因此A，與相量圖法求解結(jié)果相同。2.1.2三相電源一、三相交流電動(dòng)勢(shì)二、三相電源的接法一、三相交流電動(dòng)勢(shì)三相交流發(fā)電機(jī)如圖2-9所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子在原動(dòng)機(jī)（汽輪機(jī)、水輪機(jī)）的帶動(dòng)下以角頻率ω勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，三相繞組依次切割磁力線，產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位差互成120°的三相交流電動(dòng)勢(shì)。圖2-9三相交流發(fā)電機(jī)

選定電動(dòng)勢(shì)的參考方向由繞組的末端指向首端，如圖2-9（b）所示，則 （2-6）其波形圖、相量圖如圖2-10（a）、（b）所示①三相交流電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值的先后次序（即相序）不同；②三相交流電動(dòng)勢(shì)的相量和為零圖2-10三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)二、三相電源的接法把交流發(fā)電機(jī)三相繞組按照一定的方式連接起來(lái)，就成為可以為負(fù)載供電的三相電源。三相電源的連接方式有兩種，分別是星形（

）連接和三角形（△）連接1．星形連接的三相電源

把交流發(fā)電機(jī)三相繞組的末端U2、V2和W2連在一起，就構(gòu)成星形連接，如圖2-12(a)所示。圖2-12（a）星形連接的三相電源（三相四線制）中性點(diǎn)N

端線（火線）中線（零線）

由圖2-12（a）可見(jiàn)，星形連接的三相電源可以提供兩組電壓：①相電壓：端線和中線之間的電壓，用u1、u2、u3或統(tǒng)一用有效值UP表示。電源相電壓和電源電動(dòng)勢(shì)相等，為頻率相同、幅值相等、相位差互成120°的三相對(duì)稱交流電壓。②線電壓：端線和端線之間的電壓，用u12、u23、u31或統(tǒng)一用有效值UL表示。顯然，線電壓也是對(duì)稱的，其頻率相同、幅值相等、相位互差120°。

圖2-12（b）所示為三相電源作星形連接時(shí)的電壓相量圖，由圖可見(jiàn)，星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電壓是相電壓的倍，即

（2-8）

圖2-12（b）

三相電源星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓相量圖

三相電源也可以作三角形連接，其線電壓和電源相電壓的關(guān)系是

（2-9）圖2-13三角形連接的三相電源2．三角形連接的三相電源項(xiàng)目實(shí)施一、任務(wù)目的1．加深對(duì)正弦交流電三要素的理解。2．學(xué)會(huì)用相量法分析與計(jì)算正弦交流電路。項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)

分析正弦交流電基本要素和相量表示

項(xiàng)目二、任務(wù)內(nèi)容某一電路由兩個(gè)元件串聯(lián)而成，由示波器通道A和通道B分別觀測(cè)到元件1和元件2的電壓波形u1和u2如圖2-14所示。請(qǐng)根據(jù)示波器電壓波形完成任務(wù)：①分別計(jì)算出各元件的電壓有效值、頻率和初相；②判斷電壓相位關(guān)系；③計(jì)算總電壓，寫出總電壓的函數(shù)表達(dá)式。項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目實(shí)施圖2-14示波器電壓波形項(xiàng)目2.2分析RLC交流電路性質(zhì)2.2.1電感元件和電容元件2.2.2單一元件正弦交流電路分析知識(shí)學(xué)習(xí)一、

電感元件二、

電容元件2.2.1電感元件和電容元件一、電感元件1．電感元件的基本特性

項(xiàng)目實(shí)施（1）自感現(xiàn)象與互感現(xiàn)象

當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象；使另一個(gè)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。圖2-16

線圈的磁通和磁鏈（2）線圈的磁通和磁鏈如圖2-16所示，電感線圈通過(guò)電流iL產(chǎn)生磁力線，并與線圈本身交鏈，該磁通稱為自感磁通

線圈的匝數(shù)為N，則總磁通

（2-10）

總磁通

又稱自感磁鏈，其單位是韋伯（Wb）；自感磁鏈與電流iL的比值稱為自感系數(shù)。

（3）電感自感系數(shù)簡(jiǎn)稱電感，其單位是亨利（H）

（2-11）

電感L的大小與線圈的匝數(shù)N、形狀、大?。ㄩL(zhǎng)度l、橫截面積S）及周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ有關(guān)

L=常數(shù)的電感為線性電感，否則為非線性電感2．電感元件的電壓和電流關(guān)系

項(xiàng)目實(shí)施

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小正比于回路內(nèi)磁通對(duì)時(shí)間的變化率。對(duì)于匝數(shù)為N的通電線圈，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

（2-12）

將（2-11）帶入（2-12）

（2-13）

2．電感元件的電壓和電流的關(guān)系

項(xiàng)目實(shí)施

習(xí)慣上假設(shè)電感元件上的電流、電壓、自感電動(dòng)勢(shì)三者參考方向一致，如圖2-17所示，則自感電壓為（2-14）

圖2-17

電感元件2．電感元件的電壓和電流的關(guān)系

項(xiàng)目實(shí)施

電感元件流經(jīng)電流儲(chǔ)存磁場(chǎng)能。當(dāng)電流由零增加到I時(shí)，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能（WL）為（2-15）

圖2-17

電感元件2．電感元件的電壓和電流的關(guān)系

項(xiàng)目實(shí)施

結(jié)論：電感的電壓與電流的變化率成正比，只有當(dāng)電流發(fā)生變化時(shí)，其兩端才會(huì)有電壓；當(dāng)電流不隨時(shí)間變化時(shí)，自感電壓為零，即在直流穩(wěn)態(tài)電路中，忽略線圈損耗，電感線圈相當(dāng)于短路；電感L一定時(shí)，電感電流越大，電感元件儲(chǔ)存的能量越多；電感電流的變化就是電感元件儲(chǔ)存能量變化的過(guò)程，它不會(huì)突變。二、電容元件1．電容元件的基本特性

項(xiàng)目實(shí)施（1）什么是電容元件

電容元件是用來(lái)存儲(chǔ)電荷的裝置，通常由兩個(gè)中間隔以絕緣材料的金屬導(dǎo)體組成。金屬導(dǎo)體稱為極板，中間的絕緣材料稱為介質(zhì)，兩個(gè)電極從極板引出。在一個(gè)未充過(guò)電的電容元件的兩個(gè)極板上加上電壓，將對(duì)電容元件充電。圖2-17

電容元件存儲(chǔ)電荷（2）電容如圖2-17所示，充電電荷量（q）與電容元件兩端的電壓（u）成正比，即q

=

Cu，C是衡量電容元件存儲(chǔ)電荷能力大小的物理量，稱為電容量，簡(jiǎn)稱電容，其單位u是法拉（F）。（2-16）

電容是電容元件固有的參數(shù)，其大小與極板面積S成正比，與極板間距離d成反比，還與極板間的介質(zhì)ε有關(guān)，即電容極板上電荷量發(fā)生變化時(shí)，與電容極板相連的導(dǎo)線中會(huì)出現(xiàn)電流，即

（2-17）

（3）電容元件的電壓電流關(guān)系電容的電流與其電壓的變化率成正比，只有當(dāng)電壓發(fā)生變化時(shí)，電容才會(huì)產(chǎn)生電流。當(dāng)電壓不隨時(shí)間變化時(shí)，電流為零。（1）電容元件的串聯(lián)2．電容元件的串聯(lián)和并聯(lián)

圖2-21

電容元件的串聯(lián)電容元件的串聯(lián)具有以下特點(diǎn)

①

等效電容的倒數(shù)等于各電容倒數(shù)之和

（2-18）

②

每個(gè)電容元件分得的電壓與其電容成反比（2）電容元件的并聯(lián)

圖2-22

電容元件的并聯(lián)電容元件的并聯(lián)具有以下特點(diǎn)

①

等效電容等于各電容之和，即電容元件并聯(lián)后，等效電容增大

（2-20）

②

為了使各個(gè)電容元件都能夠安全工作，工作電壓（u）不得超過(guò)它們中的最低耐壓值。（1）電容元件的充電3．電容元件的充電和放電

圖2-24

電容元件的充放電電路圖2-24所示的電容元件充放電電路中，開(kāi)關(guān)S閉合之前(0-時(shí)刻），電容元件沒(méi)有電荷存儲(chǔ)，其電壓為零。在開(kāi)關(guān)S合向位置1的瞬間（0時(shí)刻），電源通過(guò)電阻R1向電容元件充電。由于電荷量不能夠突變，因此在充電起始時(shí)刻（0+時(shí)刻），電容電壓也為零。uC(0+)=uC(0?)電容電壓不能突變?nèi)魎C(0+)=uC(0?)=0V,電容相當(dāng)于短路

圖2-25

充電過(guò)程中uC和i1變化曲線在充電起始時(shí)刻，充電電流最大充電過(guò)程中，uC和i1均按指數(shù)規(guī)律變化，其變化曲線如圖2-25所示。當(dāng)電容電壓趨近于電源電壓U時(shí)，充電電流為0，充電過(guò)程結(jié)束，電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)（2）電容元件的放電

圖2-26

放電過(guò)程中uC和i2變化曲線圖2-24所示的電容元件充放電電路中，若在電容元件充電后將開(kāi)關(guān)S迅速合向位置2，電容元件就會(huì)通過(guò)電阻R2放電。放電過(guò)程中，uC和i2也按指數(shù)規(guī)律變化，其變化曲線如圖2-26所示。放電開(kāi)始的瞬間，放電電流最大：（3）電容元件的充放電時(shí)間常數(shù)電容元件充、放電時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路中電阻和電容的大小，把兩者的乘積稱為時(shí)間常數(shù)，用τ表示，即τ=RC

（2-21）

從理論分析可知，電容元件的充、放電過(guò)程必須經(jīng)過(guò)無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間才能結(jié)束。但當(dāng)t

=

5τ

時(shí)，電流已經(jīng)接近于0，因此可以認(rèn)為充、放電過(guò)程基本結(jié)束。一、純電阻電路二、純電感電路三、純電容電路2.2.2單一元件正弦交流電路分析一、

純電阻電路1．電壓和電流關(guān)系

圖2-27（a）所示電路中，電壓和電流的參考方向一致，設(shè)電阻電壓為

圖2-27純電阻電路

可見(jiàn)，純電阻電路中，電阻兩端電壓和電流是同頻率的正弦量，并且相位相同，其有效值關(guān)系為 （2-23）根據(jù)歐姆定律，流過(guò)純電阻負(fù)載的電流為

（2-22）

用相量形式表示的電壓和電流關(guān)系式為

（2-24）

根據(jù)以上分析，作uR、iR的波形圖、相量圖如圖2-27（b）、（c）所示。圖2-27純電阻電路

在任意瞬間，電壓瞬時(shí)值與電流瞬時(shí)值的乘積稱為瞬時(shí)功率，即

顯然，瞬時(shí)功率是一個(gè)隨時(shí)間變化的量。對(duì)于電阻元件，有 （2-25）2．電路的功率和能量轉(zhuǎn)換

在實(shí)際應(yīng)用中，通常用p在一個(gè)周期內(nèi)的平均值來(lái)衡量交流功率的大小，稱為平均功率或有功功率，用大寫字母P表示。由式（2-25）可得純電阻電路的平均功率為 （2-26）

【例2-4】功率為100W的白熾燈，接在的電源上，試求電流有效值。解電阻電壓的有效值為 根據(jù)式（2-26），電流有效值為

二、純電感電路1．電壓和電流的關(guān)系

純電感電路如圖2-28（a）所示，電感電流與電壓參考方向一致，設(shè)電感電流為

根據(jù)數(shù)學(xué)分析，電感兩端的電壓為 （2-27）

可見(jiàn)，純電感電路中，電感電壓和電流是同頻率的正弦量，并且電壓超前電流90°，其有效值關(guān)系為 （2-28）式中，XL—電感的感抗，單位為歐姆（

）。 （2-29）

感抗（XL）表示電感對(duì)電流的阻礙作用，XL與交流電的頻率（f）和電感（L）成正比，即頻率越高或電感越大，則感抗越大，線圈對(duì)交流電的阻礙作用越強(qiáng)，故電感常被用作交流限流元件。對(duì)于直流電，f

=

0，XL

=

0，電感相當(dāng)于短路，因此電感具有阻交流、通直流的作用，常被用于選頻和濾波元件。用相量形式表示的電壓和電流關(guān)系式為

（2-30）圖2-28純電感電路

根據(jù)以上分析，作uL、iL的波形圖、相量圖如圖2-28（b）、（c）所示。

根據(jù)交流電路瞬時(shí)功率的關(guān)系式，有 （2-31）電感線圈在交流電路中雖無(wú)能量消耗，但存在與電源之間的能量交換。通常用瞬時(shí)功率的最大值來(lái)衡量能量交換的速率，稱為無(wú)功功率，用QL表示，其單位是乏（var）。 （2-32）2．電路的功率和能量轉(zhuǎn)換

【例2-5】一個(gè)電感為0.2H的線圈，接到頻率為50Hz，電壓為10V的正弦交流電源上，求線圈的感抗、電流和無(wú)功功率。若電源電壓不變，頻率提高到5000Hz，求這時(shí)的感抗和電流。

解：當(dāng)f=50Hz時(shí)

解：當(dāng)f=5000Hz時(shí)

可見(jiàn)，對(duì)于同樣的電感，當(dāng)頻率提高至原來(lái)的100倍時(shí)，感抗也增大至原來(lái)的100倍。相同電壓下，電流減小為原來(lái)的1/100。三、

純電容電路1．電壓和電流的關(guān)系

純電容電路如圖2-29（a）所示，電容電壓與電流參考方向一致，設(shè)電容兩端的電壓為 根據(jù)數(shù)學(xué)分析，電容中的電流為 （2-33）

可見(jiàn)，純電容電路中，電容電壓和電流是同頻率的正弦量，并且電流超前電壓90°，其有效值關(guān)系： （2-34）式中，XC

—電容的容抗，單位是歐姆（

）。顯然 （2-35）

容抗（XC）表示電容元件對(duì)交流電的阻礙作用。XC與交流電的頻率和電容量成反比，頻率越高或電容量越大，則容抗越小，對(duì)交流電的阻礙作用越弱，所以高頻電流易于從電容元件通過(guò)。對(duì)于直流電，f

=

0，XC

=

∞，電容元件相當(dāng)于開(kāi)路，直流不能通過(guò)，因此電容元件具有阻直流、通交流的作用。在電子電路中電容常用作高頻電流的通路，或用作選頻和濾波電路的元件。用相量形式表示的電壓和電流關(guān)系式為

（2-36）圖2-29純電容電路

根據(jù)以上分析，作uC、iC的波形圖、相量圖如圖2-29（b）、（c）所示。2．電路的功率和能量轉(zhuǎn)換

電容器的瞬時(shí)功率為 （2-37）電容元件是一種儲(chǔ)能元件，它與電源之間能量交換的最大速率，即電容元件的無(wú)功功率（QC）為 （2-38）

【例2-6】一個(gè)電容為10

F的電容元件，接到頻率為50Hz，電壓為50V的正弦交流電源上，求容抗、電流和無(wú)功功率。若電源電壓不變，頻率提高到5000Hz，求這時(shí)的容抗和電流。解當(dāng)時(shí)，

當(dāng)時(shí)，

為了便于比較，現(xiàn)將純電阻電路、純電感電路和純電容電路的阻抗、電壓和電流關(guān)系及功率列入表2-1。2.2.3RLC串聯(lián)電路分析一、

電壓和電流關(guān)系二、

電路的功率和能量轉(zhuǎn)換RLC串聯(lián)電路如圖2-30所示，取電壓和電流的參考方向一致。為便于分析，電路中各量均采用相量表示，各元件也采用相量化模型。一、

電壓和電流關(guān)系圖2-30RLC串聯(lián)電路用相量法分析電路如下（1）畫相量圖

設(shè)電流的初相為零，畫相量圖，如圖2-31（a）、（b）所示；（2）求相量和

根據(jù)串聯(lián)電路的性質(zhì)，總電壓為電路各部分電壓之和，按平行四邊形法則畫總電壓相量。

圖2-31相量圖①RLC串聯(lián)電路中，總電壓與電流的相位差為

，由如圖2-31所示的相量圖，有 （2-40）

其中，X—RLC串聯(lián)電路的電抗，單位為歐姆（Ω）

XL＞XC時(shí)，φ＞0，總電壓超前電流，電路呈感性；XL＜XC時(shí)，φ＜0，總電壓滯后電流，電路呈容性；XL=XC時(shí)，φ=0，總電壓與電流同相，這時(shí)電路呈電阻性，產(chǎn)生串聯(lián)諧振。

RLC串聯(lián)電路的性質(zhì)

②總電壓的有效值與電流有效值以及阻抗之間滿足歐姆定律關(guān)系，即 （2-41）

其中，—RLC串聯(lián)電路的阻抗的模，簡(jiǎn)稱阻抗，單位為歐姆（Ω）。

顯然，電阻R、電抗X和阻抗

之間滿足圖2-32所示的直角三角形關(guān)系，該三角形稱為阻抗三角形。

φ稱為阻抗角，阻抗

和阻抗角用極坐標(biāo)表示為Z——復(fù)阻抗

圖2-32

阻抗三角形

【例2-7】圖2-33（a）所示電路中，已知ui的頻率為1000Hz，電容C=0.01F，若需uo滯后ui30°，求R的值。圖2-33

例2-7電路

解該電路為RC串聯(lián)電路，設(shè)電流（）的初相為零，根據(jù)各元件以及輸入輸出的相位關(guān)系畫相量圖如圖2-33（b）所示，相應(yīng)的阻抗三角形如圖2-33（c）所示。由相量圖可見(jiàn)二、

電路的功率和能量轉(zhuǎn)換1．有功功率RLC串聯(lián)電路中，只有電阻消耗電能，因此電路的平均功率為

由電壓三角形可知

所以 （2-43）

無(wú)功功率是表示電感、電容以及電源之間能量交換的量，由于電感電壓與電容電壓反相，因此RLC串聯(lián)電路的無(wú)功功率應(yīng)為電感與電容無(wú)功功率之差，即 （2-44）2．無(wú)功功率

電源電壓有效值（U）與電流有效值（I）的乘積，稱為視在功率，用S表示，即 （2-45）視在功率的單位是伏安（VA），通常用來(lái)表示電氣設(shè)備的容量。例如，50kVA的變壓器，就是指它的視在功率（S）為50kV·A。3．視在功率

由式（2-43）、式（2-44）和式（2-45）可知

（2-46）由于電路的有功功率因此有 （2-47）式中，λ

—

電路的功率因數(shù)。λ越大，電源的利用率越高

【例2-8】一個(gè)交流中間繼電器線圈，電阻為2k

，電感為43.3H，接在50Hz、380V的電源上。求通過(guò)線圈的電流、平均功率、視在功率和功率因數(shù)。

解中間繼電器線圈可等效為RL串聯(lián)電路，電路及相量圖如圖2-35所示。圖2-35RL串聯(lián)電路項(xiàng)目實(shí)施一、任務(wù)目的1．掌握RLC串聯(lián)電路的分析方法。2．學(xué)會(huì)分析RLC串聯(lián)電路的性質(zhì)。3．了解RLC串聯(lián)電路的諧振特性。項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)2.2.1分析RLC串聯(lián)電路的性質(zhì)項(xiàng)目實(shí)施二、任務(wù)內(nèi)容RLC串聯(lián)電路如圖2-30所示。已知R=30，L=382mH，C=40F，外加電壓U=100V，f=50Hz，判斷該電路的性質(zhì)并求電路中的電流。項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目2.3分析三相交流電路2.3.1三相負(fù)載的星形連接2.3.2三相負(fù)載的三角形連接2.3.3三相負(fù)載的功率因數(shù)知識(shí)學(xué)習(xí)2.3.1三相負(fù)載的星形連結(jié)

三相負(fù)載的星形連接如圖2-39所示。當(dāng)負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流和對(duì)應(yīng)的相電流為同一個(gè)電流，即：

，用有效值表示為：

圖2-39三相負(fù)載的星形連接原理圖從圖2-39可見(jiàn)，三相四線制的供電方式中，三相負(fù)載分別與中線構(gòu)成獨(dú)立的單相閉合回路，各相負(fù)載的相電壓就是對(duì)稱電源的相電壓（UP）。因此，各相負(fù)載的相電流分別為 ，， （2-49）

中線電流為3個(gè)相電流之和，即

（2-50）

在三相負(fù)載中，如果各相負(fù)載的大小和性質(zhì)相同，稱為三相對(duì)稱負(fù)載，如三相電爐、三相電動(dòng)機(jī)等。顯然，對(duì)稱三相負(fù)載的各相電流相等，即IP1=IP2=IP3

【例2-9】三相電源作星形連結(jié)，線電壓是380V，負(fù)載是額定電壓為220V的電燈組，問(wèn)：（1）三相負(fù)載采用什么連接方式；（2）若三相負(fù)載的等效電阻R1=R2=R3=510

，求相電流、線電流和中線電流；（3）若三相負(fù)載的等效電阻分別為R1=510

，R2=510

，R3=2k

，求中線電流。解（1）由三相電源的星形連接可知，電源線電壓為380V時(shí)，相應(yīng)的相電壓為，UP等于負(fù)載的額定電壓，因此三相負(fù)載應(yīng)接在端線和中線之間，即負(fù)載采用星形連接，如圖2-39所示。圖2-39三相負(fù)載的星形連接原理圖

（2）當(dāng)R1

=

R2

=

R3

=

500

時(shí)，負(fù)載為對(duì)稱三相負(fù)載，各負(fù)載的相電流相等，即

負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)，線電流等于相電流，即

由于電燈組是電阻性負(fù)載，所以負(fù)載相電流和相電壓的相位相同，因此可作相量圖如圖2-40（a）所示。根據(jù)平行四邊形法則，所得相量的有效值為0.43A，相位與相反。

因此，中線電流（3）當(dāng)R3

=

2k

時(shí)，

作相量圖如圖2-40（b）所示，中線電流可見(jiàn)，在三相不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，中線電流不等于零。圖2-40例2-9相量圖

三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)電路如圖2-41所示，負(fù)載的相電壓均為電源的線電壓，即 （2-52）

負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，流過(guò)端線的線電流不等于流過(guò)負(fù)載的相電流，根據(jù)分析，兩者的有效值關(guān)系： （2-53）即三相對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流是相電流的

倍。2.3.2三相負(fù)載的三角形連結(jié)圖2-41三相負(fù)載的三角形連接電路

無(wú)論是星形連接還是三角形連接，三相負(fù)載總的平均功率都是各負(fù)載平均功率之和，即 （2-54）當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，各相的平均功率相等，總的平均功率為單相平均功率的3倍，即 （2-45）式中，—各相負(fù)載的功率因數(shù)。2.3.3三相負(fù)載的功率因數(shù)

由于負(fù)載星形連接時(shí)，UL=UP，IL=IP；負(fù)載作三角形連接時(shí)，IL=IP，UL=UP，因此，無(wú)論三相負(fù)載是星形連接還是三角形連接，三相總的平均功率為 （2-56）同理，三相對(duì)稱負(fù)載總的無(wú)功功率（Q）和視在功率（S）為 （2-57） （2-58）

【例2-10】三相交流異步電動(dòng)機(jī)每相阻抗為10

，額定相電壓為380V，功率因數(shù)為0.6。電源的線電壓為380V。（1）分別計(jì)算電動(dòng)機(jī)接成星形和三角形時(shí)的線電流和功率。（2）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，應(yīng)采用哪種接法？解（1）電動(dòng)機(jī)接成星形時(shí)，電動(dòng)機(jī)接成三角形時(shí)，

（2）由于電動(dòng)機(jī)的額定電壓等于電源的線電壓，因此電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)應(yīng)接成三角形。為了減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，可在啟動(dòng)時(shí)接成星形，啟動(dòng)完畢正常運(yùn)行時(shí)改接成三角形。項(xiàng)目實(shí)施一、任務(wù)目的1．掌握三相負(fù)載的連接方式;2．掌握三相交流電路中的電壓、電流以及功率因數(shù)的計(jì)算方法;3．加深對(duì)三相交流電路中線的認(rèn)識(shí)。項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)2.3.1分析某汽修廠三相照明及動(dòng)力負(fù)載電路項(xiàng)目實(shí)施二、任務(wù)內(nèi)容

線電壓為380V的三相四線制電源，用于給汽修廠的照明負(fù)載和動(dòng)力負(fù)載供電。照明負(fù)載每相為50盞額定電壓為220V、額定功率為100W的白熾燈。試畫接線示意圖，并分析、計(jì)算電路。項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目實(shí)施三、計(jì)算與分析過(guò)程1．選擇合適的連接方式將照明負(fù)載接入電源，寫出接入依據(jù)。2.在圖2-42中繪制照明負(fù)載的接線示意圖。項(xiàng)目實(shí)施圖2-42三相交流電路接線示意圖3．計(jì)算照明負(fù)載線電流及中線電流。4.若汽修廠又?jǐn)U建了一個(gè)車間，電路中L1相增加相同規(guī)格的白熾燈50盞，計(jì)算各相電流和線電流。5.故障分析（1）若L1相負(fù)載短路或斷路，正常情況下其余兩相能否正常工作？寫出相關(guān)依據(jù)。（2）由于惡劣天氣的影響中線斷開(kāi)，上述情況下其余兩相能否正常工作？寫出相關(guān)依據(jù)。6.汽修廠引進(jìn)新設(shè)備，有一臺(tái)額定相電壓為380V、功率因數(shù)為0.8、輸入功率約為7.6kW的三相交流電動(dòng)機(jī)動(dòng)力負(fù)載也需要接入該電源。（1）選擇合適的連接方式將該動(dòng)力負(fù)載接入電源，寫出接入依據(jù)。（2）在圖2-42中繪制三相交流電動(dòng)機(jī)接線示意圖。（3）計(jì)算電動(dòng)機(jī)動(dòng)力負(fù)載的線電流7．計(jì)算額定狀態(tài)下整個(gè)電路的功率因數(shù)（包含L1相又增加的50盞白熾燈）。模塊3

磁路和鐵芯線圈電路項(xiàng)目3.1認(rèn)識(shí)磁路和磁路定律項(xiàng)目3.2變壓器項(xiàng)目3.1認(rèn)識(shí)磁路和磁路定律3.1.1磁路和鐵磁性材料3.1.2磁路基本定律及其應(yīng)用知識(shí)學(xué)習(xí)

所謂磁路，就是約束在鐵芯及其氣隙所限定的范圍內(nèi)的磁通路徑。3.1.1磁路和鐵磁性材料一、

磁場(chǎng)的基本物理量1．磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通

電磁力的大小就與磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）、電流（I）、垂直于磁場(chǎng)的導(dǎo)體有效長(zhǎng)度L成正比，公式為

F

=

BIL

磁通（Φ）是一個(gè)反映一定區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)弱、方向等狀況的物理量。Φ

=

BS

磁導(dǎo)率（μ）是用來(lái)衡量物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。

2．磁導(dǎo)率和磁場(chǎng)強(qiáng)度圖

直導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)二、

鐵磁性材料1．鐵磁性材料特點(diǎn)（1）磁化曲線—高導(dǎo)磁性和磁飽和性圖B=f（H）磁化曲線圖

磁滯回線（2）磁滯回線—磁滯性

按照鐵磁性材料磁滯回線的形狀以及在工程中的用途不同，鐵磁性材料可分為3大類，即軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料。2．鐵磁性材料分類

一段磁路，設(shè)長(zhǎng)為l，磁路截面積為S，磁力線均勻分布于橫截面上，可知

一、

磁路的歐姆定律3.1.2磁路基本定律及其應(yīng)用Um—磁路的磁位差，安培，Um

=

Hl；

Rm—磁路的磁阻，1/亨（1/H）二、

磁路的基爾霍夫定律1．基爾霍夫磁通定律寫成一般形式為I1N1N2I2

對(duì)于有分支磁路，其分支匯集處稱為磁路的節(jié)點(diǎn)，磁路的任意節(jié)點(diǎn)所連接的各分支磁路的代數(shù)和等于零。

在無(wú)分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路長(zhǎng)度L線圈匝數(shù)NIHL：稱為磁位差。NI：稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般用F

表示。F=NI2．基爾霍夫磁位差定律總磁動(dòng)勢(shì)

在非均勻磁路（磁路的材料或截面積不同，或磁場(chǎng)強(qiáng)度不等）中，總磁動(dòng)勢(shì)等于各段磁位差之和。例：IN圖

基爾霍夫磁位差定律對(duì)于均勻磁路則：INSL注：由于磁性材料是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性分析，不做定量計(jì)算。Rm

稱為磁阻l為磁路的平均長(zhǎng)度；S

為磁路的截面積；

為磁導(dǎo)率。

例

如圖所示為一無(wú)分支磁路，磁路中磁通為順時(shí)針?lè)较颍噷?duì)磁路進(jìn)行分段，并寫出該磁路的磁位差平衡式。圖

無(wú)分支磁路表3-1 磁路與電路對(duì)照表磁路電路磁通（Φ）電流（I）磁位差（Um）電壓（U）磁動(dòng)勢(shì)（F）電動(dòng)勢(shì)（E）磁阻Rm

=

l/μS電阻R

=

l/r

S磁導(dǎo)率（μ）電導(dǎo)率（r）歐姆定律Φ

=

Um/Rm歐姆定律I

=

U/R基爾霍夫定律∑Φ

=

0∑Hl

=

∑NI基爾霍夫定律∑I

=

0∑IR=∑U任務(wù)對(duì)比磁路和電路一、任務(wù)目的1．掌握鐵磁性材料的特性。2．通過(guò)對(duì)比磁路和電路，加深對(duì)磁阻和磁路歐姆定律的理解。3．通過(guò)對(duì)比磁路和電路，加深對(duì)磁路基爾霍夫定律的理解。二、任務(wù)內(nèi)容1．從磁導(dǎo)率入手，分析對(duì)比鐵磁性材料和非鐵磁性材料的磁阻。2．對(duì)比磁路和電路的歐姆定律和基爾霍夫定律。項(xiàng)目實(shí)施三、對(duì)比1．磁阻（Rm）大小與磁路的幾何尺寸、磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，具體公式為Rm=_______。不同磁介質(zhì)下，磁阻值相差很大。（1）磁導(dǎo)率（μ）是用來(lái)衡量物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。不同的介