1.1 基本电路的组成及工作状态（课件）《汽车电工电子基础》同步精品课堂（人交版·第2版）

1.1 基本电路的组成及工作状态 汽车电工电子基础 人交版·第2版 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 学习目标 理解基本电路、电器元件符号及工作状态 理解汽车电路的组成与特点 理解汽车电路的定义及组成 一、理解汽车电路的组成与特点 新知学习 电路是电流流通的路径 确切地说，电路是把电源、用电器(负载)、控制 器件用导线连接起来组成的电流流通的路径，如图1-1所示。电路由以下几个部分组成。 一、理解汽车电路的组成与特点 新知学习 电路是电流流通的路径 中间环节(控制器件及导线) 电源 用电器(负载) 电源是产生并提供电能的设备，可将化学能、光 能、机械能等非电能转化为电能，如干电池①、蓄电 池等。 控制电路通断和保护电路的器件，如开关、熔断器(熔断丝)等；导线用来连 接电路，有传导电荷的作用，如铜线、铝线等。 用电器(负载)指利用电能工作的器件(消耗电能的器件),如灯泡、电阻、电机等。 二、常见电路及电器元件符号 新知学习 电路的实物连接图画起来比较麻烦。 一般画电路时，电路中的元器件都是 以电路符号来代替的，而且电路符号都是有标准规定的。表1-1是电路图中常见 的电工标准电路符号。 三、电路的四种基本状态 新知学习 电路有通路、短路、断路、虚接四种基本状态。在实际电路应用中，除了正常的“通路”之外，电路“短路”通常导致元件发热烧毁，电路的工作状态 “断路”通常导致元件不连接，“虚接”导致电路连接不良。 电路接好后，闭合开关，处处相通的电路称为通路，如图1-2所示。 三、电路的四种基本状态 新知学习 电路有通路、短路、断路、虚接四种基本状态。在实际电路应用中，除了正常的“通路”之外，电路“短路”通常导致元件发热烧毁，电路的工作状态 “断路”通常导致元件不连接，“虚接”导致电路连接不良。 导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路称为短路，如图1-3所示。短 路时，电流很大，电源和导线会因发热过多而被烧坏。因此，要禁止短路的发生。 三、电路的四种基本状态 新知学习 电路有通路、短路、断路、虚接四种基本状态。在实际电路应用中，除了正常的“通路”之外，电路“短路”通常导致元件发热烧毁，电路的工作状态 “断路”通常导致元件不连接，“虚接”导致电路连接不良。 开关未闭合或电线断裂、接头松脱，使线路在某处断开的电路称为断路，如 图1-4所示。 三、电路的四种基本状态 新知学习 电路有通路、短路、断路、虚接四种基本状态。在实际电路应用中，除了正常的“通路”之外，电路“短路”通常导致元件发热烧毁，电路的工作状态 “断路”通常导致元件不连接，“虚接”导致电路连接不良。 电路导线连接处没有接好或焊点没有焊好，两接触点等于是接入一个阻值 很大的电阻即称为虚接，如图1-5所示。 四、汽车电路组成与特点 新知学习 一辆汽车有上千个单独的电路，其中一些电路非常复杂，但其工作原理都是 相似的。若要构成一个完整的电路，就必须有电源、负载、控制保护和导线。 无论电路构成组件的数量有多少，或其位置如何，电流总是在一个完整回路 中流动。在汽车电路中，电流总是从电源正极经由负载。最后回到电源负极。 四、汽车电路组成与特点 新知学习 图1-6所示为标准汽车电路主要部件的实物。 四、汽车电路组成与特点 新知学习 汽车整车电路的组成 汽车整车电路通常由电源电路、起动电路、点火电路、照明与灯光信号装置电路、仪表信息系统电路、辅助装置电路和电子控制系统电路组成。 01 02 起动电路是由起动机、起动继电器、起动开关及起动保护电路组成的电路。 也可将低温条件下起动预热的装置及其控制电路列入这一电路。 2)起动电路 电源电路也称充电电路，是由蓄电池、发电机、调节器及充电指示装置等组 成的电路。电能分配(配电)及电路保护器件也可归入这一电路。 1)电源电路 四、汽车电路组成与特点 新知学习 汽车整车电路的组成 汽车整车电路通常由电源电路、起动电路、点火电路、照明与灯光信号装置电路、仪表信息系统电路、辅助装置电路和电子控制系统电路组成。 01 02 照明与灯光信号装置电路是由前照灯、雾灯、示廓灯、转向灯、制动灯、倒车 灯、车内照明灯及有关控制继电器组成的电路。 4)照明与灯光信号装置电路 点火电路是汽油发动机汽车特有的电路，它由点火线圈、分电器、电子点火 控制器、火花塞及点火开关组成。微机控制的电子点火控制系统一般列入发电 机电子控制系统。 3)点火电路 四、汽车电路组成与特点 新知学习 汽车整车电路的组成 5)仪表信息系统电路 仪表信息系统电路是由仪表及其传感器、各种报警指示灯及控制器组成的 电路。 6)辅助装置电路 辅助装置电路是由为提高车辆安全性、舒适性等而设置的各种电器装置组成 的电路。 7)电子控制系统电路 电子控制系统电路主要由发电机控制系统(包括燃油喷射、点火、排放等控 制)、自动变速器及定速行驶控制系统、制动防抱死系统、安全气囊控制系统等电 路组成。 06 07 05 辅助电器装置的种类随车型不同而有所差异。汽车档次越高，辅助电器 装置越完善，一般包括风窗玻璃刮水装置及清洗装置、风窗玻璃除霜(防雾)装置、 空调装置、音响装置等。较高级车型上还装有车窗电动举升装置、电控门锁、电动 座椅调节装置和电动遥控后视镜等。电子控制安全气囊归入电子控制系统。 四、汽车电路组成与特点 新知学习 汽车电路的特点 汽车电路的特点是低压、直流、单线制。采用直流供电，单线制 (负极搭铁),双电源(蓄电池，发电机);低压(12V,24V), 并联电路，开关可以控制电源正极也可以控制电源负极。 其中，负极搭铁就是蓄电池的负 极用金属导线与汽车发电机或汽车金属底盘直接连接。 汽车电路的特点 负极搭铁 五、新能源汽车的低压与高压系统 新知学习 新能源汽车都具备低压电系统与高压电系统，这两套系统是相互隔离的。高 压电系统线缆(橙色)与车辆接地处的高压组件外壳是完全绝缘，从而将高压电网 与低压车载电气系统(12V或24V等)安全地进行电气分隔，如图1-7①所示。 五、新能源汽车的低压与高压系统 新知学习 图1-7中DC-DC转换器将新能源汽车的低压与高压系统联系起来，它可以 将高压直流电降压为低压直流电。同时，鉴于新能源汽车高压的特性，有必要重 点监测高压正、负极对地的绝缘电阻的大小(图1-7中虚线所示)。 五、新能源汽车的低压与高压系统 新知学习 电动汽车之所以采用高电压，其目的是降低从动力蓄电池到驱动电机之间 电能的损耗，并减小传递电能导线的尺寸。 五、新能源汽车的低压与高压系统 新知学习 有效减小线束截面积 根据公式P=UI, 当功率一定时，电压和电流成反比关系。 例如：120kW功 率，按照12V供电，电流则高达10000A;如按照400V供电，电流则仅有300A。 根据《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》(GB/T4706.1— 2005),线束粗细(即铜线截面积)与负载电流的关系见表1-2。 规格 (mm²) 允许承载电流(A) 铜线 铝线 1 8~12 — 1.5 12~15 — 1~16 6 4 16~70 5 3.5 五、新能源汽车的低压与高压系统 新知学习 有效减小线束截面积 显然，这样又粗又重的“高压线束”是难以在新能源汽车现实存在的。同时， 线束截面积的增加，还会导致汽车线束芯部散热困难、空间上难以布置、成本提 高等。所以，适当提高电压，选择合理的、较小截面积的线束就势在必行了。 若是按照传统的12V 供电，达到相应的功率，此刻电流高达10000A, 此刻，铜 线截面积为2000mm², 对应铜线直径约50mm, 加上铜线外部的绝缘层，直径为 10cm 以上。 按照常见新能源汽车动力蓄电池100Ah,3C 倍率①放电对应300A的峰值电 流计算，对应铜线的截面积为40mm², 铜线直径约为8.7mm, 加上铜线外部的绝 缘层，高压线直径为1.8cm 以上。 五、新能源汽车的低压与高压系统 新知学习 有效减少电能损耗 电流通过导体时所产生的热量，与电流强度的平方、导体本身的电阻以及电 流通过的时间成正比，这个结论称为焦耳—楞次定律，其数学表达式为：Q= IRT 。 因此，同一功率输送时，电压越高，电流越小；电流越小可降低线束电阻发 热量，故电能损耗越小。 但是，提升电压又对高压安全方面及零部件等提出了 挑战。 03 01 02 项目实训 新知学习 通过以上学习，具备了一定的理论知识，下面将进行实训。首先，准备实训需要使用的积木板、器材。 一般充放电电流的大小常用充放电倍率来表示，即：充放电倍率=充放电电流/额 定容量。例如：额定容量为100Ah的电池用20A放电时，其放电倍率为0.2C。 项目实训 新知学习 通过以上学习，具备了一定的理论知识，下面将进行实训。首先，准备实训需要使用的积木板、器材。 简单电路连接 新知学习 通过以上学习，具备了一定的理论知识，下面将进行实训。首先，准备实训需要使用的积木板、器材。 读识电路原理图，说明每个元器件的作用。 电源： 熔断丝： 开关： 灯泡： 简单电路连接 新知学习 用连接导线按照积木板连接示意图连 接成完整电路，注意连接前先关闭电源 开关 简单电路连接 新知学习 连接好实际的积木板电路，检查无误后 打开电源开关，仔细观察实训现象，并做 好相关记录 简单电路连接 新知学习 当开关断开时，电路处于（ ） 状态，此时灯泡（ ）；当开关闭合时，电 路处于（ ） 状态，此时灯泡（ ）。 简单电路连接 新知学习 按照上述步骤把灯泡换成电动机，观察 实训现象，并做好相关记录 简单电路连接 新知学习 接通电路后，灯泡会发光，说明此时电 池提供的电能通过电流的形式转变成（ ）:用手触摸灯泡会觉得热，说明 此时电流还能转变成（ ）。将电动 机代替灯泡，是将电能转变成（ ）;对电池充电，是将（ ）能转变 成（ ）。 简单电路连接 新知学习 用连接导线直接短接电源，电路处于（ ）状态。(此操作不能频繁，短路 后需重新关闭电源再开启方可恢复正常 ) 简单电路连接 新知学习 考核方式 (1)每小组对应一套电子积木板、一张实训工作台。 (2)检查实训任务：真实、完整、有效 (3)按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。 简单电路连接 新知学习 (1)汽车电路和普通电路有什么不同? (2)认识与掌握汽车电路需要补充哪些知识? 课堂练习 课堂练习 【多选】新能源汽车保留12V低压蓄电池的主要原因是（ ）。 A.降低车辆的成本 B.没有蓄电池否则无法启动车辆 C.确保电源的冗余度 D.能隔离电压 答案：B、C 解析：12V低压蓄电池在新能源汽车中起着至关重要的作用。一方面，它是车辆启动时的关键电源，因为即使在动力电池有电的情况下，车辆的启动系统等仍需要低压蓄电池来提供初始的电能，以驱动启动电机等部件，使车辆能够顺利启动 课堂练习 【单选】新能源汽车上的高压和低压电气系统分别由（ ）供电。 A.动力电池和DC/DC转换器 B.交流发电机和动力电池 C.动力电池和12V铁电池 D.DC/DC转换器和交流发电机 答案：A 解析：新能源汽车的高压电气系统主要由动力电池供电，动力电池储存了大量的电能，为车辆的驱动电机、高压空调等高压设备提供所需的高电压电能，以驱动车辆行驶和满足高压设备的运行需求。而低压电气系统则通常由DC/DC转换器供电，DC/DC转换器将动力电池的高压直流电转换为整车低压12V直流电，为车辆的低压电器设备，如车灯、仪表盘、音响系统等提供稳定的低压电源。 课堂练习 【单选】电动汽车所用高压线束外表颜色是（ ）。 A.黑色 B.蓝色 C.橙色 D.红色 答案：C 解析：在新能源汽车中，高压线束通常采用橙色作为外表颜色，这是为了起到明显的警示作用，提醒维修人员和相关人员注意高压电的存在，避免在操作过程中不慎接触到高压线束而引发触电等安全事故。 课堂练习 【单选】汽车电路中，熔断器的作用是（ ）。 A.控制电路通断 B.保护电路 C.测量电流 D.稳定电压 答案：B 解析：熔断器在汽车电路中的主要作用是保护电路。当电路中出现过载或短路故障时，通过熔断器的电流会急剧增大，当电流超过熔断器的额定电流值时，熔断器内的熔体就会因过热而熔断，从而切断电路，起到保护电路中其他元件免受大电流损坏的作用。例如，如果某个用电器发生短路故障，没有熔断器的保护，电流会瞬间增大，可能会烧毁用电器甚至引发火灾。而熔断器及时熔断，切断了电流，有效避免了事故的发生。 课堂练习 【单选】汽车电路的基本连接方式是（ ）。 A.串联 B.并联 C.混联 D.星形连接 答案：B 解析：汽车电路的基本连接方式是并联。在汽车电路中，各个用电器之间大多采用并联连接。这样做的好处是，各个用电器可以独立工作，互不影响。当其中一个用电器出现故障或损坏时，其他用电器仍然可以正常工作。 课堂练习 【单选】汽车电路中的搭铁是指（ ）。 A.将金属外壳与大地相连 B.将金属外壳与汽车车身相连 C.将金属外壳与电源负极相连 D.将金属外壳与电源正极相连 答案：C 解析：汽车电路中的搭铁是指将金属外壳与电源负极相连。在汽车电路中，电源的负极通常与汽车车身相连，车身就相当于一个大的“地”，起到搭铁的作用。这样做的目的是为了简化电路连接，减少导线的使用，同时也有利于提高电路的安全性和可靠性。当用电器的金属外壳通过搭铁与电源负极相连后，用电器的电源回路就可以通过车身形成闭合回路，使用电器能够正常工作。 课堂练习 【单选】汽车电路中，继电器的主要作用是（ ）。 A.直接控制大电流电路 B.实现远距离控制 C.用小电流控制大电流 D.稳定电路电压 答案：C 解析：继电器在汽车电路中的主要作用是用小电流控制大电流。继电器由电磁铁和触点组成，当控制电路中的小电流通过电磁铁时，电磁铁产生磁场，吸引触点闭合或断开，从而控制主电路中的大电流通断。 课堂练习 【单选】以下关于汽车电路特点的描述，正确的是（ ）。 A.汽车电路中所有用电器都是串联连接 B.汽车电路中电源电压始终保持稳定 C.汽车电路中大量使用二极管来实现单向导电 D.汽车电路中用电器的金属外壳通常不接地 答案：C 解析：汽车电路中大量使用二极管来实现单向导电。二极管具有单向导电性，即只允许电流从一个方向通过，而阻止反向电流。在汽车电路中，二极管被广泛应用于整流电路、稳压电路、开关电路等。 课堂小结 感谢观看 $$