项目一、汽车直流电路(图文并茂)

汽车电工电子技术汽车直流电路项目一任务一汽车电路认知一、汽车电路的组成（一）电路概述简单地讲，电路就是电流流过的路径，它是由各种电子元件和设备以一定方式组成的系统网络。电路规模可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到高压输电网，如图1-1所示。电路有三种工作状态：通路、开路、短路。（a）集成电路（b）高压输电网图1-1电路的规模（二）电路的组成1．一般电路任何一个完整的电路，无论其具体用途和功能怎样，也不管其复杂程度如何，一般都可以看成是由电源、负载、连接导线和辅助设备这四大部分组成的。如图1-2所示，在这个简单的手电筒电路中，干电池是电源，灯泡是负载，而有些手电筒的外壳起到连接导线的作用，其上的推钮开关则是辅助设备。它可以画成如图1-2（c）所示右边的电路模型图，简称电路图。（a）手电筒外观（b）手电筒结构（c）手电筒电路图1-2简单的手电筒电路及电路模型电源分为交流电源和直流电源。交流电源的电动势和电流的大小与方向随时间在变化，如水电站、火电站、风力发电站发出来的电等，由交流电源组成的电路称为交流电路；而直流电源的电动势和电流的大小与方向是不变的，如蓄电池、干电池等，由直流电源组成的电路称为直流电路。1）电源电源是为电路提供电能的装置，它把其他形式的能源转化为电能。例如，将化学能转换为电能的蓄电池、干电池和锂电池；将机械能转换为电能的发电机。因为非电能的种类很多，所以转变电能的方式也很多。（a）（b）（c）图1-3电压源和电流源电源也可分为电压源和电流源，如图1-3所示。电压源在其两端总能保持一定的电压而不论流过的电流为多少，它不能短路。图1-3（a）既可表示直流电压源，也可表示交流电压源，而图1-3（b）仅可表示直流电压源。电流源则总能向外部提供一定的电流而不论其两端的电压为多少，它不能断路，其符号如图1-3（c）所示。2）负载负载是各种用电设备的总称，它是将电能或电信号转换成所需要能量的装置。例如，电灯泡将电能转换为光能，汽车燃油泵控制电路中的继电器将电能转换为触点开闭的机械能，电炉将电能转换为热能，电视机将电信号转换成图像和声音等。3）连接导线连接导线将电源、负载荷辅助设备连接成一个闭合回路，起传输电能的作用。4）辅助设备辅助设备可实现对电路的控制、分配、保护及测量，包括各种开关、按钮、电流表、电压表和测量仪等。2．汽车电路汽车电路一般由相对独立的系统组成。如表1-1所示为常见汽车电路名称及其组成。电路名称电路组成电源电路蓄电池、发电机、调节器及工作状况指示灯等启动电路启动电机、启动继电器、启动开关及启动保护装置等点火电路点火线圈、分电器、电子点火器、火花塞、点火开关等照明与信号电路前照灯、雾灯、示宽灯、转向灯、制动灯、倒车灯、电喇叭及其控制继电器和开关等仪表与报警电路仪表、传感器、各种报警指示灯及控制器等电子控制装置电路电控燃油喷射（EFI）系统、自动变速器（ECT）系统、防抱死制动（ABS）系统、恒速控制及悬架平衡控制等辅助装置电路风窗刮水器、风窗除霜、启动预热装置、音响装置、车窗电动升降装置、电动座椅调节装置及中央电控门锁装置等表1-1常见汽车电路二、汽车电路的特点①低压直流供电。汽车电气设备一般采用低压直流供电，结构越简化越能保证行驶过程中汽车的安全。低压供电来源于蓄电池或发电机，两者的电压保持一致。柴油车采用24V低压直流供电，由两节12V蓄电池串联后提供；汽油车常采用12V低压直流供电，由一节蓄电池或两节蓄电池并联（要求较大电流的情况）后提供。图1-4灯光保护电路工作原理图1—熔断丝；2—灯光继电器；3—车灯总开关；4—电源总开关②单线制。单线制是指利用汽车发动机的底盘、车身等金属机件作为各种电气设备的公用连线（又称搭铁或接地），从而只需要一根导线连接设备与电源。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发，流经电气设备后，再由公共连线流回电源负极而形成回路。如图1-4所示为汽车灯光保护电路的工作原理图，该图即采用单线制。图1-5负极搭铁的位置参考③负极搭铁。采用单线制时，电源的一端必须接到车架上，即搭铁，用符号“⊥”表示。按照电源搭铁的极性，可分为正极搭铁和负极搭铁，包括我国在内的绝大多数国家的汽车都采用负极搭铁，其参考位置如图1-5所示。④用电设备并联。用电设备并联是指汽车上的各种用电设备都采用并联方式与电源连接，每个用电设备都由各自串联在其中支路中的专用开关控制，互不产生干扰。⑤设有保险装置。为了防止因短路或搭铁而烧坏电路，电路中一般设置有保险装置，如熔断器、保险丝等。⑥汽车线路有颜色和编号特征。为方便区分，汽车所有低压导线必须选用不同颜色的单色线或双色线，并根据厂家的规定在导线上分别编号。⑦汽车电路由相对独立的分系统组成。三、汽车电路的基本物理量（一）电流导体内带电粒子（电子）的定向运动形成电流。在导体中自由电子带负电，它在电场力的作用下，沿着与电场相反的方向移动形成电流。大小和方向均不随时间变化的电流称恒定电流，简称直流。电流的产生有两个条件：一是要有电源提供电能；二是要形成闭合回路。电流的大小用电流强度来衡量。电流强度是单位时间内通过导体单位横截面的电荷量，用I表示，即QIt（1-1）式中：I——电流，单位为A（安［培］）；——电荷量，单位为C（库［仑］）；——时间，单位为s（秒）。Qt（a），参考方向与实际方向一致（b），参考方向与实际方向相反0I0I图1-6电流的实际方向与参考方向的关系人们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，但实际上自由电子移动的方向与规定相反。对于较复杂的电路，如果一时难以确定电流方向，可以先假设一个方向，称为参考方向（可用实箭头表示）。若此后计算出的结果为正值，说明参考方向与电流实际方向一致；若计算结果为负值，说明参考方向与实际方向相反，将方向改过来就行，如图1-6所示。（二）电位在电场的不同位置，电荷所具有的电势能是不相同的。电位就好像水位一样，高处与低处的能量大小各异。在相同电路中，电子的流动在各个位置的能量大小也不相同。为了表示这种势能的不同，把单位正电荷在电路中某一点所具有的位能称为电位，其数学表达式为WVQ（1-2）式中：V——电路中某点的电位，单位为V（伏［特］）；W——电路中某点的电位能，单位是J（焦［耳］）。在工程实际中，常以地球作为零电位点，用符号“⊥”表示；而对于外壳接地的用电设备，由于已和大地相连，故其电位也为零。如果设备或仪器并未接地，通常将许多元件的连接点作为零电位参考点，这都是为了电位计算的方便。零电位参考点一旦选定，一般是不能随意改变的。这样在电路分析时，凡是比参考电位高的点其电位是正电位，比参考电位低的点其电位是负电位。例1-1求图1-7所示中各点的电位。（a）（b）图1-7例1-1图解a5VVb0V如图1-7（a）所示，a点的电位,b点的电位a0Vb5VV如图1-7（b）所示，a点的电位,b点的电位（三）电压电压即电路中两点之间的电位差。电流和水流一样，只有在两点中存在着电位或水位差时，电或水才能流动。电路中a，b两点之间的电位差（即电压）可表示为ababUVV-（1-3）也可用下式表示为abWUQ（1-4）abU式（1-4）表示的的物理含义为：电路中a，b两点间的电压在数值上等于电场力把电荷由a移动到b所做的功W与被移动电荷的电量Q的比值。abU电压的单位为V（伏［特］），常用的电压单位还有kV（千伏）、mV（毫伏）和μV（微伏），它们之间的换算关系为31kV10V361V10mV10μV电压的方向规定为从高电位到低电位，即电位降低的方向。在电路图中可以用箭头来表示电压的指向，即从高电位指向低电位，也可以把高电位用“＋”，低电位用“－”来表示。（a），参考方向与实际方向一致（b），参考方向与实际方向相反0U0U图1-8电压的方向如果一时判断不出电位的高低，可以先任意画出一个参考方向，若按这个方向计算的结果为正值，则说明参考方向与实际电压方向相同，否则相反，如图1-8所示。一般规定同一个元件的电压和电流的参考方向相同，即电流的参考方向为从电压的正极性端流入该元件，而从它的负极性端流出。此时称该元件的电压、电流参考方向为关联参考方向；反之，则称为非关联参考方向。（四）电动势为了保证电路中有持续不断的电流，在电源内部就要有一种力将正电荷从低电位处移到高电位处。这样在外部电路中，才能使电流再从高电位回到低电位，形成连续不断的流动，即电源要能使电路两端维持一定的电位差。这种在电源内部使电路两端产生和维持电位差的能力称为电源电动势。电动势用字母E表示，单位也是V。理想电源的电动势与其两端输出电压之间的关系为baabEU（1-5）（五）电功率单位时间内电流所做的功称为电功率。其中，单位时间为秒（s），所做的功是指电功。电功率用字母P表示，它是描述电流做功快慢程度的物理量，用公式表示为WUItPUItt即PUI（1-6）式中：P——负载消耗的电功率，单位为W（瓦）；U——电路两端的电压；I——电路中的电流。任务二汽车基本电气元件认知一、电阻（一）电阻的概念电荷在导体内做定向移动会遇到阻碍作用，这种阻碍称为电阻。具有一定电阻数的元器件称为电阻器，简称电阻。电阻一般用字母R表示，单位为（欧［姆］）。实验证明，当温度不变时，一定材料制成的均匀导体，其电阻跟它的长度成正比，跟它的截面积成反比。这个实验规律称为电阻定律，用公式表示为LRS（1-7）式中：R——电阻；——导体的电阻率，单位为（欧米）；——导体的长度，单位为m（米）；S——导体的横截面面积，单位为m2（米2）。Lm（二）电阻与温度的关系一个导体的电阻不仅取决于导体的性质，还与工作点的温度有关。温度对电阻也有较大的影响。一般来说，温度越高，金属导体的电阻会越大。各种材料随着温度升高而引起的电阻变化是不相同的。为便于比较，通过实验测定了不同材料在温度上升1℃时的电阻变化值，这个数据称为电阻温度系数，它的单位是1/℃。（三）电阻的分类①电阻按阻值特性可分为固定电阻、可调电阻和特种电阻等。不能调节的称为定值电阻或固定电阻；可以调节的称为可调电阻。常见的可调电阻是滑动变阻器，例如收音机音量调节的装置就是个圆形的滑动变阻器。主要应用于电压分配的可调电阻，称为电位器。②电阻按制造材料可分为碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻、无感电阻和薄膜电阻等。③电阻按安装方式可分为插件电阻和贴片电阻。④电阻按功能可分为负载电阻、采样电阻、分流电阻和保护电阻等。（四）电阻的特性1．欧姆定律欧姆定律的简述是：通过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻R成反比。欧姆定律用公式表示为UIRURI或（1-8）例1-2如图1-9所示，已知：，，电源内阻忽略不计；，，，求各点的电位。145VE212VE15R24R32R图1-9例1-2图解选择电路中的a点为电位参考点（零电位点），设电流方向为顺时针方向，则121234512A3A542EEIRRR各点的电位如下：a点的电位b点的电位c点的电位e点的电位d点的电位a0Vb135V15VVIRcb1(1545)V30VVVEe234V12VVIRde2(1212)V24VVVE2．电阻的串联、并联1）电阻的串联两个或两个以上的电阻首尾依次相连，中间无任何分支的连接称为电阻的串联。在这种连接方式中，相邻电阻之间的电流只有一条通路，如图1-10所示。此电路称为串联电路。在串联电路中，一个用电器失灵则总电流将被切断。图1-10串联电路电阻的串联时，有以下几点特性：串联电路各处的电流强度都相同，即；总电压等于各部分电路的电压之和，即；总电阻等于各个电阻之和，即。12nIIII…12nUUUU…12nRRRR…2）电阻的并联将几个电阻元件的头和头相连，尾和尾相连，然后都接在两个共同端点之间的连接方式称为电阻的并联。在并联连接方式中，每个电阻的电流各有一条通路，如图1-11所示。这种电路称为并联电路。并联电路总电阻总