数控加工应用专题——提高数控加工效率与潜能的关键技术应用

汽车电路基础知识金华九华1电的构成1.1物质原子与电子从电的构成开始讲解。我们周围的一切东西（固体、液体和气体）都被认为是物质。所有物质都带有电，只不过通常情况下这些物质的正负电荷相等没有表现出电的特性出来，物质由很多不同的原子与原子团组成。原子由(带正电的)质子、（不带电的）中子和（带负电的）电子组成。原子核位于原子的中心，由质子和中子组成。由于质子带正电荷，中子不带电荷，因而原子核本身带正电。带负电的电子绕着原子核转，有如太阳系的行星绕着太阳转。我们知道，异性电荷相吸同性相斥。带负电荷的电子能保持在其轨道层上是因为受到带正电的原子核的吸引。1原子核（质子与中子）2电子层3电子第一课：电的基本概念和原理2电子运动电子绕原子核转动的速度正好是保持其轨道所需的速度。原子核的吸引力与运动电子的离心力之间的平衡将每个电子保持在各自的轨道（层）上。外层的电子称为价电子。价电子离原子核较远，比较易于脱离轨道。当有好的路径或导体时、电子可以从一个原子流到另一原子。此时便出现了电子流。缺失电子的原子称为正离子。有多余电子的原子称为负离子。离子寻求平衡,正离子想获得电子，负离子想除去电子。这种吸引力和排斥力构成称为电动势的电压力。1原子核4自由电子2质子（正电荷）5自由电子3导体中的原子6电子(负电荷）3导体与绝缘体第二课：电的特性1电压和电流电压是造成电流流过导体的压力（电动势）。电压力是由两个原子之间由于正负电荷量的失衡而具有的“电位差”形成的。电压可以比作水塔内生成的水压。压力是由塔顶（相当于12伏）和塔底或地面（相当于0伏）之间的位差产生的。电流是电子从一个原子到另一个原子的流动。用水塔为例，可以将电流比作从水塔到水龙头的水流。电压还是正负端之间的位差，电流是电的实际流动。记住，只有在受到电压作用时才会有电流。2电阻电阻阻碍或限制电流在电路中的流动。所有的电路都有电阻。所有导体，如铜、银和金，都对电流有阻力。电路中电阻可以在一定条件下消失。并不是所有的电阻都是有害的。在一个正常的照明灯电路中，灯丝的电阻抵抗电流，使灯丝加热到白炽的程度。电路中如有不需要的电阻会消耗电流，造成负荷工作不正常或根本不能工作。电路的电阻越大，电流越小。由图中可以看出电阻有如水管中的一个缩颈。电阻可以阻滞或限制电流的流动。3直流和交流电4影响电阻的因素5欧姆定律电压、电流与电阻相互间有确定的关系。在基本电路中，电流与外加电压成正比，与电阻成反比。欧姆定律可以一个公式表示：E=I×R或电压=电流×电阻。图中示出一个具有12伏电源、２欧电阻与６安电流的电路，如果电阻变化，电流也会随之改变。当电阻变为4欧时，电流变为3安。我们还可以从欧姆定律圆来理解。三者之间的关系就可以相互转化：E=IXR;或者I=E/R;或者R=E/I。6应用欧姆定律利用欧姆定律圆来求解上图所示的问题。图中所示为一灯泡电路，电流为３安培，电压为12伏特，要求的是电阻。计算过程如下：R=E/IR=12伏/3安R=4欧7瓦特“功率”一词大家一定听说过，很多电气装置，如发电机、电风扇，电冰箱，是按其能够消耗的功率而不是产生的功率来做额定值的。瓦特是用来表示消耗功率的多少的单位。功率、电压与电流的关系用功率公式表示：P=E×I。在一电路中，如果电压或电流增加，则功率增加。如果电压或电流减小，则功率减小。我们也可以从功率圆来理解，三者之间的关系就可以相互转化：P=EXI;或者I=P/E;或者E=P/I。如果在电阻1欧姆的用电器上施加1伏特电压，则电路内的电流强度为1安培8度量单位前文中我们介绍到了伏特、安培和欧姆。实际上我们在学习中还可能遇到如兆伏、毫安的说法。1兆代表一百万。千代表1000。毫代表一千分之一。微代表一百万分之一。第三课：闭合电路1闭合电路平常所说的电就是指流过闭合电路的电流。一个典型的现代汽车可能包含1,000多条不同的电路。有的非常复杂，不过基本原理都一样。为了能构成闭合电路，必须有电源、导体、负荷与接地。大多数汽车电路包括：电源、导体、接地路径、负荷、保护装置、控制装置。无论部件在什么位置和有多少数量，电流总是在闭合回路中流动。在汽车电路中，电流从电源出发，通过电气负载后回到接地。图中所示为一典型汽车电路中电流循行的路径。前文已经讲到闭合电路中组成部件。接下来我们来分别介绍它们。导体是电流可以很容易通过的材料。铜为汽车电气中常用的导体。电路中的电源为闭合电路提供电压。汽车电源通是蓄电池与发电机。载荷装置是将电流转换为热、光或运动的装置。图中所示的负载荷符号代表一个前照灯或其它照明装置。在汽车上给每个系统单设一个回到蓄电池的接地线是不实际的。大多数汽车电路采用“车身接地（搭铁）”构成回路。2发电机和电压调节器发电机是将发动机的机械能转换为可用电能的装置。发电机利用所谓电磁感应原理生成交流电。导体通过磁场发生磁感应。由于发电机发出的是交流电，故内置了一个整流器将交流电变为直流电。而发动机的转速不是恒定的电压，调节器将加到蓄电池充电电路的电压保持在预定水平上，消除发电机的功率波动与过载，使得汽车发动机在不同的转速下，发电机都能输出较稳定的电压。3配电系统配电通常始于汽车中的配电盒。大电流配电盒内有大电流保险，可能布置在发动机舱内靠近蓄电池的位置。小电流保险通常在保险盒里，保险盒因生产厂家而异可能布置在汽车的任何位置。保险盒与配电盒的作用都是用来放置保险并为多条电路提供电源。4串联电路电压与电压降串联电路是只有一个闭合路径供电流通过的电路。如图所示，当电路中的开关闭合时，只有一条通路可以通过电流。串联电路是最简单的电路型式。断开电路中的开关时，有电压但是没有电流。尽管电路中没有电流，但在部分电路中可能有电压。在串联电路中，通过电流时各负荷上的电压降成比例。当两个负荷电阻值相等时，如果测量电压，可以看到在A、B、C点测量的电压分别是12伏、6伏和0伏。5串联电路中的电流和电阻在串联电路中，只有一条路径供电流通过。电流通过各负荷后经接地回到蓄电池。由于串联电路中只有一条电流通路，电路中任何一处断开（称为开路）都会使电流中断。每个负荷都对电流构成一定阻力。串联的负荷越多，电路中的总电阻越大，电流就越小。串联电路中流过负载的电流都是相同的，如图中A、B、C三点的电流都是2A。串联电路的总电阻可将各电阻加在一起，电阻在电路中处于什么位置无关紧要。6并联电路我们现在介绍并联电路。并联电路是有一条以上电流通路的电路。在并联电路中，每个分支上都加有蓄电池电压，增加分支不减少可用电压，每个分支上的电压相等。换句话说、并联电路的每个分支有如一个单独的串联电路。大多数汽车电路都是并联电路。并联电路有一个很大的优点：如果一个负荷或分支断开后，其它分支仍可正常工作。电路的总电流等于各支路电流的和。计算并联电路总电阻要稍微复杂些。在图示电路中，最小的电阻为６欧姆，总电阻为４欧姆。实际计算时，可以用电路的电源电压除以各分支电流之和。电源电压为12伏。一分支电流为2安，另一分支电流为1安。总电流为1安+2安=3安，12伏/3安=4欧，此为电路总电阻。7常见的电路故障对地短路是在电路的电源侧和接地侧之间出现了一条不需要的路径。发生这种情况时，电流会绕过本应经过的负荷，这样会造成很大的电流。过大的电流会使保险熔断。在图示电路中，短路使电流绕过断开的开关和负荷直接入地。对电源短路与地短接类似。在图示电路中，有一条通路绕过开关直接加到负荷上。这样即使没有接通开关，灯泡也点亮。开路是指非闭合回路。由于不再有闭合回路，因而没有电流，电路“断开”。在图示电路中，开关断开电路，中断了电流。有的开路是有意的，有的则并非本意。图中示出了一些无意“开路”的例子，包括熔断的保险、摘开电压源、断线、分段接地线和烧坏的灯泡。第四课基本控制装置1蓄电池蓄电池是当发动机低速运转，发电机电压低于蓄电池的充电电压时，由蓄电池向用电设备供电,当发动机中、高速运转，发电机电压高于蓄电池的充电电压时，蓄电池将发电机的剩余电能储存起来,当发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电,蓄电池还可以吸收电路中的瞬时过电压，保持汽车电器系统电压的稳定，保护电子元件。第四课基本控制装置2二极管在某些供水系统中，有一些单向阀或止回阀只允许水流向一个方向。在电气系统中同样也有这样的单向阀：只允许电流在电路中流向一个方向，这种单向阀就叫二极管，二极管是利用半导体的特性制成的，二极管是一种简单的半导体器件，用来阻止电流流向不需要的方向或路径。二极管一般由经过特殊改性的硅制成，在加有足够的正确极性的电压之前起绝缘体的作用。当加有正确方向（极性）的电压时，二极管变为导体，电流通过电路。3电容电容器用于吸收或存储电荷。电容器由两个或多个导电极板中间夹不导电材料构成。直流电不能通过电容器，但交流电可以。不过实际上可以有微量的直流电通过，这对于吸收电压尖峰、防止触点断开时起弧是有用的。4晶体管晶体管是有三个引线的半导体器件。在一根引线上加一个很小的电流或电压就可以控制在另两个引线间流过的大得多的电流。晶体管有多种不同的型式，汽车电路中用得最多的是NPN（负-正-负）型晶体管。当基极与发射极之间的电压差小于0.6伏时，晶体管截止。如果电压差增加到0.6伏，晶体管导通，电流通过负荷与晶体管从集电极到发射极。电流量取决于从基极到发射极的电流。另一种晶体管型式是PNP型。PNP型晶体管的工作原理与NPN型晶体管相似，区别只是当发射极与基极之间的电压为0.6伏时PNP型晶体管导通。5电器保护装置在有些情况下，电路中的电流可能很大。如果电路没有某种保护措施，短路可能会使全部可用电流都从该处通过。如果电流大于设计的承载能力，导线可能过热并燃烧，所以每条电路中包含有一个或多个保护装置用来防止导线或电子元件受到损坏。保护装置可以是保险、熔线、断路器或其组合。汽车上有的计算机具有自我保护功能，在过载或电压超过规范值时会自行关机。6保险丝保险是插入件，两端间接有一个可以熔化的导体，设计保证当通过的电流超过规定值时保险便熔断，并能够在修复电路故障后更换。保险有四个基本类型：管形保险、大保险、标准叶片式保险与小保险。叶片式保险在汽车上最常见，有特定的额定电流和色标。保险上标有额定电压和额定电流值的永久性标记。7熔线熔线装在靠近电源处。在难以使用保险或断路器的场合，通常用熔线来保护大部份汽车导线。发生过载时，熔线中较细的线段部分会先熔断将电路断开避免线路受损。8断路器断路器可以是一个单独的插件，也可以是装在开关或电机电刷座中的一个部件。当超过规定的电流值时，断路器中的一组触点分将电路暂时分断。与保险不同的是，断路器每次断开后不必进行更换。断路器一般有两种型式：循环式与非循环式。循环式断路器中有一个双金属片。两种金属受热时膨胀率不一样。当双金属片中通过的电流过大时，膨胀率较大的金属由于热量积聚而弯曲，将触点打开。电路断开后，无电流通过，双金属片冷却收缩直到触点再次将电路闭合。非循环式断路器用一段高阻导线绕在双金属臂上，在触点打开时电路仍可通过这段导线维持一个高电阻通路。它所产生的热量使双金属片在电路撤去电压前不致于冷却下来将触点接通。撤去电压后双金属片才可冷却下来使电路复原。9继电器继电器是一种利用小电流控制大电流的电动开关。给控制电路通一个小电流接通电磁铁可吸动衔铁。衔铁动作后或断开或接通装在衔铁上的触点。当继电器控制电路闭合时，电磁铁将衔铁吸向铁心，接通触点为负荷提供大电流。当控制开关断开时，没有电流到继电器线圈。电磁铁断电，衔铁回到常态位置即未动作时的位置。1.2电的属性电是物质的属性，所有物质都带有电，只不过通常情况下这些物质的正负电荷相等没有表现出电的特性出来。所有物质都由大约100种不同的元素构成。这些元素中最小的组成部分是原子所有的物质都是由原子所组成，原子又由原子核和电子组成，电子是一种极小的、带负电荷的粒子。它们绕带正电的原子核转动，原子核里的质子是带正电荷。右图所示的原子模型该结构与行星体系的结构相似：行星（原子壳）围绕太阳（原子核）旋转。原子核位于原子的中心。它由质子和中子