3-3 电学常用定律认知及串并联电路的搭建（课件）《新能源汽车电学基础与高压安全）（机工版）

和汽车新时代的领导者一起成长 《新能源汽车电学基础与高压安全》 能力模块三 电工基础知识认知 3 电学常用定律认知及串并联电路的搭建 汇报人： ^ ^ ^ CONTENTS 目录 01 电学常用定律 02 串并联电路 03 实训：串、并联电路的搭建 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 电学常用定律 01 （一）欧姆定律 欧姆定律是指在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。 欧姆定律是电路分析中的基本定律之一，用来确定电路各部分的电压与电流的关系。 （一）欧姆定律 下图所示为一段只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。部分电路欧姆定律的内容是：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。根据欧姆定律可写出 式中，I为电路中的电流，单位为安培（A）；U为电路两端的电压，单位为伏特（V）；R为电路的电阻，单位为欧姆（Ω）。 （一）欧姆定律 部分电路中电阻两端的电压与流经电阻的电流之间的关系曲线称为电阻的伏安特性曲线，如图左图所示。 电阻两端的电压方向是由高电位指向低电位的，并且电位是逐点降低的，因而通常把电阻两端的电压称为“电压降”或“压降”。 （一）欧姆定律 含有电源的闭合电路称为全电路，如右图所示。电源内部的电路称为内电路，电源内部的电阻称为内电阻。电源外部的电路称外电路，外电路的电阻称为外电阻。全电路欧姆定律的内容是：闭合电路中的电流I与电源的电动势E成正比，与电路的总电阻（外电路的电阻R和内电路的电阻r0之和）成反比，即 （一）欧姆定律 式中，I为电路中的电流，单位安培（A）；E为电源的电动势，单位伏特（V）；R为外电路电阻，单位欧姆（Ω）；r0为电源内阻，单位欧姆（Ω）。 （一）欧姆定律 式中，U为外电路中的电压降，即电源两端的电压，Ir0为电源内部的电压降。 由全电路欧姆定律公式可得 （一）欧姆定律 一般情况下，电源的电动势是不变的，但由于电源存在一定内阻，当外电路的电阻变化时，端电压也随之改变。由公式U=E−Ir0可知，当外电路的电阻R增大时，电流I要减小，端电压U就增大；当外电路的电阻R减小时，电流I要增大，端电压U就减小。电源的端电压U与负载电流I变化的规律称为电源的外特性，电源的外特性曲线如上图所示。 电源端电压的稳定性取决于电源内阻的大小，在相同的负载电流下，电源内阻越大，电源端电压下降得越多，外特性就越差。 （二）电功、电功率、焦耳定律 给小电动机通电，电动机转起来，可以把砝码提起。在电流通过电动机做功的过程中，电能转化为机械能。 电流通过电灯时，灯丝灼热发光，电能转化为内能（俗称热能）和光能。 （二）电功、电功率、焦耳定律 电流是可以做功的。电功的实质是电能转化为其他形式能量的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，但能的总量不变。 电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间长短都有关系。加在用电器上的电压越高、通过的电流越大、通电时间越长，电流做功越多。研究表明，当电压U使电量Q移动时，就在做电功。功的单位为焦耳（J）或者千瓦时（kWh）。电功的计算公式如右所示 W=P×t=U×I×t=U×Q 其中Q为电荷，P是电功率，t为时间，U为电压，I为电流。这就是说，电流在某段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压、电路中流过的电流和通电时间的乘积。 （二）电功、电功率、焦耳定律 在纯电阻电路（无电动机）中的公式： （1）W=Q=IR×It=I2Rt（Q为电热，一般在串联电路中使用） （2）W=Q=（U×U/R）t=（U2/R）t（一般在并联电路中使用） ①通过手电筒灯泡的电流，每秒钟所做的功大约是1J； ②通过普通电灯泡的电流，每秒钟做的功一般是几十焦； ③通过洗衣机中电动机的电流，每秒钟做的功是200J左右。 （二）电功、电功率、焦耳定律 电流在单位时间内所做的功叫做电功率。电功率用P来表示，P=W/t，而W=U×I×t（即电压乘以电流乘以时间），所以 P=U×I 在上式中，电压U的单位要用伏特，电流I的单位要用安培，这样，电功率P的单位就是瓦特。电功率的单位还有千瓦，符号是kW 把公式P=W/t变形后可得W=Pt，由此可以定义“千瓦时”，电流在1h内所做的功，就是1kW·h。 1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J （三）欧姆定律 焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I²Rt；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=Pt；Q=UIt；Q=（U²/R）t。 焦耳定律规定：电流通过导体所产生的热量和导体的电阻成正比，和通过导体的电流的平方成正比，和通电时间成正比。该定律是英国科学家焦耳（上图）于1841年发现的 其中Q指热量，单位是焦耳（J），I指电流，单位是安培（A），R指电阻，单位是欧姆（Ω），t指时间，单位是秒（s），以上单位全部用的是国际单位制中的单位。 （三）欧姆定律 对纯电阻电路，公式的推导变形 Q=W Q=W=UIt t 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 串并联电路 02 （一）串联电路 串联（series connection）是连接电路元件的基本方式之一。将电路元件（如电阻、电容、电感，用电器等）逐个顺次首尾相连接。将各用电器串联起来组成的电路叫串联电路。串联电路中通过各用电器的电流都相等。将二个或二个以上元件排成一串，每个元件的首端和前一个元件的尾端连成一个节点，而且这个节点不再同其他节点连接的连接方式。下面为两个电阻的串联，如右图所示 （一）串联电路 右图为三个元件串联。元件3的首端和元件2的尾端连成节点q；元件2的首端和元件1的尾端连成节点p。元件1的首端a和元件3的尾端b则分别和电路的其他节点连接。 （一）串联电路 串联电路的特点 ① 所有串联元件中的电流是同一个电流，I总= L1= L2= L3=……= Ln。。 ② 元件串联后的总电压是所有元件的端电压之和，U总=U1+U2+U3+……+Un。 图示电路中，U是总电压，U1、U2、U3分别是元件1、2、3的电压，U总=U1+U2+U3。 （一）串联电路 常用元器件串联特点 （1）电阻串联 按照基尔霍夫电流定律，从电源给出的电流等于通过每一个电阻器的电流；电源两端的电压等于所有电阻器两端的电压的代数和。 根据欧姆定律，第k个电阻器两端的电压等于通过的电流乘以其电阻 （2）电源串联 电源两端的电压是所有单电池两端的电压的代数和。 （3）电容串联 通过第k个电容器的电流等于其电容乘以其两端的电压变率。 按照基尔霍夫电流定律，从电源（直流电或交流电）给出的电流i等于通过每一个电容器的电流。电源两端的电压等于所有电容器两端的电压的代数和 （二）并联电路 并联是元件之间的一种连接方式，其特点是将2个同类或不同类的元件、器件等首首相接，同时尾尾亦相连的一种连接方式。通常是用来指电路中电子元件的连接方式，即并联电路。 （二）并联电路 常用元器件串联特点 （1）电阻串联 按照基尔霍夫电流定律，从电源给出的电流等于通过每一个电阻器的电流；电源两端的电压等于所有电阻器两端的电压的代数和。 根据欧姆定律，第k个电阻器两端的电压等于通过的电流乘以其电阻 （2）电源串联 电源两端的电压是所有单电池两端的电压的代数和。 （3）电容串联 通过第k个电容器的电流等于其电容乘以其两端的电压变率。 按照基尔霍夫电流定律，从电源（直流电或交流电）给出的电流i等于通过每一个电容器的电流。电源两端的电压等于所有电容器两端的电压的代数和 （二）并联电路 并联是元件之间的一种连接方式，其特点是将2个同类或不同类的元件、器件等首首相接，同时尾尾亦相连的一种连接方式。通常是用来指电路中电子元件的连接方式，即并联电路。 （二）并联电路 并联电路的特点 总电流： 总电压： （二）并联电路 并联电路的特点 总电阻： 两个电阻并联： （二）并联电路 并联电路的特点 总电流： 总电压： （二）并联电路 并联电路的特点 n个电阻并联： 电流分配： （二）并联电路 最直观的区别是这两种连接方式的电池所表现的特点不同，四节电池串联起来总电压有6V，而并联的总电压仍然只有1.5V 并联和串联的区别 （二）并联电路 （1）串联电路：把元件逐个顺次连接起来组成的电路，特点是：流过一个元件的电流同时也流过另一个，例如：节日里的小彩灯，如右图所示。在串联电路中，闭合开关，两只灯泡同时发光，断开开关两只灯泡都熄灭，说明串联电路中的开关可以控制所有的用电器。 并联和串联的区别 （二）并联电路 （2）并联电路：把元件并列地连接起来组成的电路，特点是：干路的电流在分支处分两部分，分别流过两个支路中的各个元件。例如：家庭中各种用电器的连接。在并联电路中，干路上若有开关，干路的开关闭合，各支路上的开关闭合，灯泡才会发光，干路上的开关断开，各支路上的开关都闭合，灯泡不会发光，说明干路上的开关可以控制整个电路，支路上的开关只能控制本支路。干路上若没有开关，则支路上的开关闭合，则对应的支路灯泡会发光，如右图所示。 并联和串联的区别 （二）并联电路 （3）串联电路和并联电路的特点：在串联电路中，由于电流的路径只有一条，所以，从电源正极流出的电流将依次逐个流过各个用电器，最后回到电源负极。因此在串联电路中，如果有一个用电器损坏或某一处断开，整个电路将变成断路，电路就会无电流，所有用电器都将停止工作，所以在串联电路中，各几个用电器互相牵连，要么全工作，要么全部停止工作。在并联电路中，从电源正极流出的电流在分支处要分为两路，每一路都有电流流过，因此即使某一支路断开，但另一支路仍会与干路构成通路。由此可见，在并联电路中，各个支路之间互不牵连。总的来说，就是：串联分压，并联分流。 （二）并联电路 具体体现在串联电路中，各电阻上的电流相等，各电阻两端的电压之和等于电路总电压。可知每个电阻上的电压小于电路总电压，故串联电阻分压。 在并联电路中，各电阻两端的电压相等，各电阻上的电流之和等于总电流（即干路电流）。可知每个电阻上的电流小于总电流（即干路电流），故并联电阻分流。电阻的串并联就好像水流，串联只有一条道路，电阻越大，流的越慢，并联的支路越多，电流越大。 （三）电阻并联 线性是不变电阻元件并联时，并联组合等效于一个电阻元件，其电导（电阻的倒数）等于各并联电阻的电导之和，称为并联组合的等效电导，其倒数称为等效电阻。如图3-3-15所示，电阻器1、2、3的电阻分别是R1、R2、R3，它们的电导分别是G1、G2、G3。则并联电路的总电阻R和总电导G按右面的公式计算： （四）电容并联 n个电容器并联的等效电容Ceq为 （五）电源并联 假设一个电池组是以几个电压相同的单电池以并联方式连接成电源，则此电源两端的电压等于每一个单电池两端的电压。例如，假设一个电池组内部含有四个单电池并联在一起，它们共同给出1安培电流，则每一个单电池给出0.25安培电流。当电压不同的两个或更多电源并联连接时，由于有电势差的存在，电池组内部会形成电流回路，造成电能在电池组内部的消耗，所以，一般进行电源并联使用时，要求各分电源的电压尽可能相同。 （六）如何判断串并联电路 （1）用电器连接法： 分析电路中用电器的连接方法，逐个顺次连接的是串联；并列在电路两点之间的是并联。 （2）电流流向法： 当电流从电源正极流出，依次流过每个元件的则是串联；当在某处分开流过两个支路，最后又合到一起，则表明该电路为并联。 （3）去除元件法： 任意拿掉一个用电器，看其他用电器是否正常工作，如果所有用电器都被拿掉过，而且其他用电器都可以继续工作，那么这几个用电器的连接关系是并联；否则为串联。 （4）用笔画线代替导线，能用一根导线将所有用电器连起来即为串联，不能则为并联。 （六）如何判断串并联电路 混联，是指既有串联又有并联的电线联接的结构方式，在电路、机床、混合动力系统等中常用。电路中既有串联电路也有并联电路的，叫混联电路。如下图，为电阻R1和R2串联，电阻R4与串联R1、R2的支路是并联的，整体的这个电路就是混联电路。 混联电路的优点：可以单独使某个用电器工作或不工作。 混联电路的缺点：如果干路上有一个用电器损坏或断路会导致整个电路无效。 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 实训：串、并联电路的搭建 03 （一）设备及工具准备 序号 设备及工具名称 数量 1 智能电学套装 1套 2 万用表 1台 3 绝缘台 1台 （二）场地设备准备 任务实施前需要做好场地防护准备，检查实训场地和设备设施是否存在安全隐患，如不正常需进行处理方可实施任务。 （三）安全防护准备 防护准备2 检测智能电学套装外表是否完好。 防护准备1 绝缘桌面无多余物体摆放； （四）电阻的基本特性测试 步骤一： 打开智能电学套装，连接电源线，但暂不启动开关。 步骤二： 在电箱上找到电阻面板的位置，智能电学箱保持断电的状态下，将万用表调至电阻档，表笔连接在电阻两端，记录电阻阻值。如左图所示，选择面板中编号为R10、R11的电阻，测得其阻值。 步骤三：根据测量值以及电阻原标定值，进行误差的计算，并判断其是否在误差范围内。 （五）串联电路的搭建 步骤1：打开智能电学套装，连接电源，但暂不启动电源开关。 步骤2：对照事先准备好的串联电路图，确认所需要使用到的电阻后（此处选用两个约为10欧姆的电阻进行串联，用的是R11和R5，接着开始电路的连接。如图所示。 （五）串联电路的搭建 步骤3：连接完成后，检查电路是否连接正确，确认连接无误后，先将电压旋转按钮旋转到最小值。启动智能电学箱电源开关，适当调节增大电压，记录电压和电流数据的变化情况。 步骤4：利用万用表测量串联电阻两端的电压，记录数据。 （五）并联电路的搭建 步骤一：打开智能电学套装，连接电源。 步骤二：对照准备好的并联电路图，确认所需要使用到的电阻后，此处选用电阻面板上的R6和R12两个电阻，R6约等于500欧姆，R12约等于500欧姆，开始电路的连接。 （五）并联电路的搭建 步骤三：连接完成后，检查电路是否连接正确，确认连接无误后，先将电压旋转按钮旋转到最小值。启动智能电学箱电源开关，调节到所需的电压。 步骤四：根据并联电阻两端的电压以及并联入电路中的实际阻值，计算出并联电路的总电阻数据。 和汽车新时代的领导者一起成长 《新能源汽车电学基础与高压安全》 能力模块三 电工基础知识认知 感谢您的观看 汇报人： $$