汽车电路检测与分析

汽车电路分析及检测2008-7-15第1章汽车电工电子基础知识1.1电路的基本知识1.2磁场与磁路的基本概念1.3电路中基本元件1.4电子元件1.5基本电路单元汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识1.1.1电路的组成电路是电流通过的路径。电路是一些电气设备，电器元件，按一定的方式组合起来，构成的电流的通路。一般电路是由电源、负载、中间环节三部分组成。1.电源是提拱电能的装置，它把其他形式的能量转换为电能。例如，干电池，发电机等。2.负载是取用电能的装置，是各种用电设备的总称．它把电能转换为其他形式的能量．例如：电灯、电炉、电动机等。3.导线、开关等称为中间环节。用来传送，分配电能，控制电路的通断，保护电路安全正常运行。灯泡发光电路图汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识1.1.2电路的基本物理量1．电流电荷的定向移动形成电流，正电荷和负电荷的定向移动都形成电流。在金属导体中，电流是自由电子有规则的定向运动形成。电流的大小用电流强度来表示。等于单位时间内通过某一导体横截面的电荷量，电流分两种，即直流电流和交流电流。单位是安培，简称安，符号为A。2．电压和电位电压是电路中两点之间的电位差，它反映电场力对电荷做功的能力，数值上等于电场力把单位正电荷从电源的正极经外电路移到负极所做的功。单位是伏特，简称伏，符号为V。在电路中任意选一点为参考点，则某点到参考点的电压就叫做这一点（相对于参考点）的电位。参考点在电路图中用符号“⊥”表示。在电气设备和汽车中常用大地和机壳及汽车车身作为接地点。电位用符号V表示，如A点电位记作VA。注：电位与电压的关系：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点之间的电压。因此，离开参考点讨论电位是没有意义的。（2）参考点选的不同，电路中各点的电位值也不同，但是，任意两点之间的电压是不变的。所以，电路中各点的电位值的大小是相对的，而两点之间的电压值是绝对的。汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识3．电动势非电场力把单位正电荷从电源内部低电位b端移到高电位a端所做的功，称为电动势，用字母E表示。电动势的单位与电压相同，也用伏（V）表示。电动势的极性和实际方向是客观存在的。4．电能与电功率电流能使电灯发光、电动机转动、电炉发热，这些都说明电流通过电气设备时做了功，消耗了电能，我们把电气设备在工作时间消耗的电能（也称为电功）用W表示，电能的单位是焦耳，简称焦（J）。电能的大小与通过电气设备的电流和加在电气设备两端的电压以及通过的时间成正比，即W=UIt电气设备在单位时间内消耗的电能称为电功率，简称功率，用P表示，电功率的单位是瓦特，简称瓦（W）。即UItUIttUQtWP汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识5．电阻与欧姆定律电路中具有阻碍电流通过的作用称为电阻，电阻的单位为欧姆，简称欧。电路中流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，这就是欧姆定律，其表达式如下：1.1.3电路的工作状态1.有载工作状态在有负载的工作状态下，负载电流的变化将引起端电压的变化。在图示电路中，当开关合上之后，就是电路的有载工作状态。IUR汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识电路中的电流为负载电阻两端的电压为2．开路状态若图示电路中的开关是断开的，或者电流过大使熔断器熔断等，电路即处于开路状态，又叫做断路状态或空载状态。开路时，外电路的电阻对电源来说等于无穷大，因此电路中的电流为零。此时负载上的电流、电压、功率都等于零。开路时电源的端电压叫做开路电压，用U表示。由于开路时电流I=0，故开路电压等于电源电压。0RRUILSIRUIRUSL0汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识3．短路状态在正常状态下工作的电路中，如果电路由于绝缘损坏或接线不当或操作不慎等原因，使负载端或电源端造成电源线直接触碰或搭接，则形成电路的短路状态。电源和负载都被短路状况如图所示。此时，电流不再流经负载，外电路的电阻对电源来讲为零。短路电流为0RUISS汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识由于很小，所以短路电流很大，一般超过电源的额定电流许多倍，这样大的电流不仅在内阻上会产生很大的功率损失，使电源严重发热，而且会产生很大的电磁力使设备发生机械损伤。短路后，负载上的电压、电流和功率都为零，电源所产生的电能全部被内阻所消耗。即短路通常是一种严重故障，应该尽量防止。为此，电路中一般都要接入熔断器或其他自动保护装置，以便在发生短路时在规定的时限内自动切断故障电路与电源的联系。1.1.4电路中电阻的串联与并联1．串联电路把电阻一个接一个地首尾依次连接起来，就组成串联电路，如图所示。200SSIRPP汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识串联电路的基本特点是：（1）电路中各处的电流强度相等。（2）电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和。（3）串联电路的总电阻等于各个电阻之和，即（4）串联电路的电压分配，串联电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即321RRRRURRRRIRU321111URRRRIRU321222URRRRIRU321333汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识2．并联电路把两个或两个以上电阻接到电路中的两点之间，电阻两端承受的是同一个电压的电路，叫做电阻并联电路。图示是三个电阻R1、R2、R3组成的并联电路。并联电路的基本特点是：（1）电路中各支路两端的电压相等。（2）电路中的总电流强度等于各支路的电流强度之和。汽车电路分析及检测2008-7-151.1电路的基本知识（3）并联电路的总电阻，即这就是说，并联电路总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和。（4）并联电路的电流分配，并联电路中通过各个电阻的电流强度与它的阻值成反比。即3211111RRRR333222111RRIRUIRRIRUIRRIRUI汽车电路分析及检测2008-7-151.2磁场与磁路的基本概念1.2.1磁场与电磁感应1．磁场静止不动的带电粒子（电荷）周围存在着电场，电场对静止的电荷有电场力的作用。而运动的电荷周围不仅有电场，还有另一种看不见的物质存在，这种由运动电荷产生的物质叫磁场，磁场对运动的电荷有力的作用。2．电流的磁效应电流是电荷的运动形成的，因此，电流的周围就有磁场。（1）通电导体的磁场如果把磁场想象成布满沿磁场方向的磁力线，通电导体周围的磁场就是围绕导体的同心圆，磁场的方向可用右手螺旋定则判定如图所示。（2）线圈的磁场汽车电路分析及检测2008-7-151.2磁场与磁路的基本概念线圈的磁场实际上是通电导体弯曲成螺旋状时的另一种形式，磁场的分布形式和方向判定如图所示。通电直导体周围的磁场螺旋线圈产生的磁场3．磁场的基本物理量（1）磁感应强度汽车电路分析及检测2008-7-151.2磁场与磁路的基本概念磁场的重要特性之一就是磁场对磁场中的载流导体有力的作用（电磁力）。若把长度为、电流为的直导体按垂直于磁感应线的方向放入一磁场中，如图中(a)所示，则作用于导体上的电磁力与导体中通过的电流以及导体的长度成正比。力的方向和磁感应线的方向以及电流的方向垂直，三者的关系可用左手定则来确定，如图中(b)所示。若把同一载流导体按垂直于磁感应线的方向放入不同的磁场中或同一磁场的不同位置中，电磁力的大小可能各不相同，而且磁场越强的地方电磁力也越大。可见，电磁力不仅与电流和导体的长度成正比，且与导体所在位置的磁场强弱有关。(a)(b)汽车电路分析及检测2008-7-151.2磁场与磁路的基本概念磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量。磁感应强度与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定，其大小可用公式来衡量。磁感应强度的单位是特斯拉（T）。在工程计算中，有时，由于特斯拉单位太大，也常采用高斯（Gs）作为磁感应强度的单位。如果磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同，则这样的磁场称为均匀磁场。（2）磁通磁感应强度B（如果不是均匀磁场，则取B的平均值）与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通，即IlFBBSSB或汽车电路分析及检测2008-7-151.2磁场与磁路的基本概念（3）磁导率各种物质在磁场中表现是不一样的，有的会增强磁场，有的会削弱磁场，这主要与各种物质的导磁性能有关。为了衡量物质的导磁性能而引入了磁导率这个物理量，用符号表示，它的物理单位是亨／米（）。经测定，真空中的磁导率为一个常数，用表示，有（4）磁场强度磁感应强度的计算在实际中往往很难求得，因为它不仅与电流、导体的形状、位置有关，而且还与物质的磁导率有关。为了方便地计算出B，我们引人了一个辅助物理量，称为磁场强度，用符号H表示。磁场强度也是一个矢量，磁场中某点的磁场强度的方向即为该点的磁感应强度方向。磁场强度的引人不仅简化了磁场计算，而且常用来分析铁磁材料的磁化状况。mH/)/(10470mH汽车电路分析及检测2008-7-151.2磁场与磁路的基本概念1.2.2磁路的概念及基本定律1.磁路磁路就是磁通通过的路径。磁路实质上是局限在一定路径内的磁场。磁路中的磁通由励磁电流产生，经过铁心和空气隙而闭合，如图中（a）、（b）所示；也可由永久磁铁产生，如图中（c）所示。2．磁路欧姆定律图中为绕有线圈的铁心，当线圈中通入电流时，在铁心中就会有磁通通过。实验可知，铁心中的磁通与通过线圈的电流、线圈匝数、磁路的汽车电路分析及检测2008-7-151.2磁场与磁路的基本概念截面积及磁导率成正比，与磁路的长度成反比，即1-通电线圈（磁源）；2-铁心；3-空气隙；4-磁路称为磁通势，由此而产生磁通；称为磁阻，是表示磁路对磁通具有阻碍作用的物理量。上式可以与电路中的欧姆定律对应，因而称为磁路欧姆定律。mmRFAlINlINAINFmAlR汽车电路分析及检测2008-7-151.3电路中的基本元件1.3.1电阻元件的基本特性电阻元件对电路中的电流具有阻碍作用，是耗能元件。电阻器简称电阻，它是电路元件中应用最广泛的一种，其质量的好坏对电路工作的稳定性有极大影响。电阻的主要要用途是稳定和调节电路中的电流和电压，在电路中常用作于分流、分压、滤波（与电容组合）、耦合、阻抗匹配、负载等，电阻用符号R表示。电阻的外形结构示意图1．电阻的分类（1）按电阻体的材料和结构特征分有线绕电阻和非线绕电阻能及敏感电阻。（2）按电阻的用途分用通用电阻、精密电阻、高阻电阻、高压电阻和高频电阻等。汽车电路分析及检测2008-7-151.3电路中的基本元件2．电阻的伏安特性为:(a)(b)电阻元件及伏安特性3．汽车电路中电阻特性的应用（1）点火线圈产生温度。点火线圈中的电阻在工作时，电流流过点火线圈会产生热量而使其温度上升。（2）接触不良造成电压降。点火开关、线路连接端子及蓄电池导线接头等接触不良，就会具有一定的接触电阻，接触电阻产生的电压降会使IRU汽车电路分析及检测2008-7-151.3电路中的基本元件用电设备的电压降低，电流减小，造成用电设备工作不正常或不能工作。（3）接触不良造成温升。电流经过接触电阻所产生的热量，会使该接触不良处温度升高。1.3.2电容元件的基本特性电容器简称电容，它由两个极板及它们之间的介质组成。可以储存电场能量，电容元件本身不消耗能量。利用电容器充、放电和隔直、通交特性，在电路中常用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换等。电容器用符号表示。汽车电路分析及检测2008-7-151.3电路中的基本元件1．电容器的分类（1）按其结构分有固定电容器、半可变电容器、可变电容器三大类。（2）按电容器介质材料分有电解电容器、有机介质电容器、无机介质电容器三大类。2．电容器的电压、电流特性电容器是一种聚集电荷的元件，其聚集的电荷量与所加的电压成正比，即电容是一种有“记忆”功能的元件。其电场能量的大小与电容量和电容两端的电压的关系如