汽车电工基础

汽车电工电子基础主编：徐利强出版社：哈尔滨工业大学出版社01安全用电常识02电路的基本概念03电路的基本物理量04电阻与电阻器05欧姆定律与焦耳定律06电磁感应07电容器与电感器08霍尔效应09正弦交流电1.火力发电图1.1为火力发电示意图。我国以火力发电为主，它是利用煤炭、石油和天然气燃烧后发出的热量来加热水，使其变成高温高压蒸汽，再利用蒸汽推动汽轮机旋转并带动三相同步交流发电机发电。火力发电的优点是建厂速度快，投资较少；缺点是消耗大量的燃料，对环境污染较严重。图1.1火力发电示意图2.核能发电图1.2所示为核电站流程示意图。核能发电是利用原子核裂变时释放出来的能量来加热水，使之变成高温高压蒸汽，去推动汽轮机旋转并拖动发电机发电。核能发电成本低，燃料单位体积产生的热量远远高于煤、石油等燃料。但核电站建设条件高，投资大，周期长。目前，我国的秦山核电站和大亚湾核电站已运行发电。图1.2核电站流程示意图3.水力发电图1.3所示为水力发电站，它是利用水流的落差及流量推动水轮机旋转并带动发电机发电。水力发电的优点是发电成本低，不存在环境污染问题；缺点是投资大，建站速度慢，而且受自然环境影响较大。我国已经建设了很多水力发电站，其中三峡水力发电站是世界上最大的水力发电设施。图1.3水力发电站4.风力发电图1.4所示为风力发电厂的风车，风力发电厂是利用风车带动发电机，然后将电能输送到远方。目前，我国的风电产业已经取得了长足的进步，成为亚洲第一、世界第四的风电大国。图1.4风力发电厂的风车田1.触电的分类0102•当人体触电时，电流对人体外部造成的伤害，如电灼伤、电烙印、皮肤金属化等。电伤•人体触电后由于电流通过人体的各部位而造成的内部器官在生理上的变化，如呼吸中枢麻痹、肌肉痉挛、心室颤动、呼吸停止等。电击2.触电的形式人体的某一部位碰到相线或绝缘性能不好的电气设备外壳时，电流从相线经人体流入大地的触电现象为单相触电，如图1.5所示。（1）单相触电图1.5单相触电人体的不同部位分别接触到同一电源的两根不同相位的相线，电流从一根相线经人体流到另一根相线的触电现象为两相触电，如图1.6所示。（2）两相触电图1.6两相触电电气设备相线碰壳接地，或带电导线直接接触地时，人体虽没有接触带电设备外壳或带电导线，但是跨步行走在电位分布曲线的范围内而造成的触电现象为跨步电压触电，如图1.7所示。（3）跨步电压触电图1.7跨步电压触电01脱离电源脱离电源的具体方法可用“拉”“切”“挑”“拽”“垫”五个字概括。拉：就近拉开电源开关、拔出插头。切：当电源开关、插座距离触电现场较远时，可用带有绝缘柄的利器切断电源线。切断时应防止带电导线断落触及周围的人体。挑：如果导线搭落在触电者身上，可用干燥的木棒、竹竿等挑开导线，使其脱离电源。拽：救护者可在手上包缠干燥的衣服等绝缘物品拖拽触电者。如果触电者的衣裤是干燥的，又没有紧缠在身上，救护者可以直接用一只手抓住触电者不贴身的衣裤，使其脱离电源。垫：用干燥的木板塞进触电者身下，使其与地板绝缘，然后再采取其他办法把电源切断。3.触电现场的处理与急救02现场急救触电者脱离电源后，应立即进行现场紧急救护。当触电者出现心脏停搏、无呼吸等假死现象时，可采用胸外心脏按压法和口对口人工呼吸法进行救护。胸外心脏按压法口对口人工呼吸法当人体的某一部位接触到带电的导体或触及绝缘损坏的用电设备时，人体便成为一个通电的导体，电流通过人体会造成伤害。人体对电的承受能力与以下因素有关。01电流的大小和通电的时间03电流的种类04人体的电阻05电压的高低06人的身体状况02电流通过人体路径4.人体对电的承受能力主要做好以下几方面事项：(1)对用电线路进行巡视，以便及时发现问题。(2)在设计和安装电气线路时，导线和电缆的绝缘强度不应低于线路的额定电压，绝缘子也要根据电源的不同电压进行选配。(3)安装线路和施工过程中，要防止划伤、磨损、碰压导线绝缘，并注意导线连接接头质量及绝缘包扎质量。(4)在特别潮湿、高温或有腐蚀性物质的场所内，严禁绝缘导线明敷，应采用套管布线，在多尘场所，线路和绝缘子要经常打扫，勿积油污。(5)严禁乱接乱拉导线，安装线路时，要根据用电设备负荷情况合理选用相应截面的导线。并且，导线与导线之间，导线与建筑构件之间及固定导线用的绝缘子之间应符合规程要求的间距。(6)定期检查线路熔断器，选用合适的保险丝，不得随意调粗保险丝，更不准用铝线和铜线等代替保险丝。(7)检查线路上所有连接点是否牢固可靠，要求附近不得存放易燃、可燃物品。发生电气火灾后，为防止火灾扩大，往往选用不导电的灭火器如二氧化碳、四氯化碳、干粉灭火器等进行灭火。5.电气火灾的预防电气消防是防火安全检查的一个重要方面，是对电气线路及设备进行的消防安全检查。其目的，一是防止电气系统及电气设备因各种故障及运行不当引起火灾爆炸事故；二是防止出现电击事故，造成人员伤亡。识别蓄电池的正负极A蓄电池的安装B蓄电池的拆卸C新蓄电池的储存D1.电路的概念电路就是电流所流过的路径，是由各种元器件连接而成的。2.电路的组成电路通常由电源、负载、导线和开关组成。图1.8是一个最简单的电路。图1.8最简单的电路•电源是为电路提供电能的设备，它将其他形式的能量转换为电能。例如生活中常用的干电池和汽车上使用的蓄电池将化学能转换为电能，太阳能电池将光能转换为电能，发电机将机械能转换为电能等。（1）电源•负载通常称为用电器，是将电能转换为其他形式的能量的设备。例如汽车上的电动机把电能转换成机械能，照明灯把电能转换为光能等。（2）负载•导线将电源和负载连接成闭合回路，并把电源的电能输送到用电设备。常见的连接导线是由铜、铝等材料制成的电线或电缆等。（3）导线•开关又称为控制器件，用来控制电路的通断、保护电路安全。控制器件除了传统的手动开关、熔断器外，现代汽车还大量使用电子控制器件，采用电子模块控制电路的通断，实现了用电设备的自动化控制。（4）开关(1)通路通路的电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得所需的电压和电功率，进行能量转换。(2)开路开路又称断路，电路断开时没有电流通过，又称空载状态。(3)短路短路分为以下两种情况，通常在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。①电源短路：如图1.9（a）所示，即电流不经过任何用电器，直接由正极经过导线流回负极，容易烧坏电源。②用电器短路：如图1.9（b）所示，一根导线接在用电器的两端，此用电器被短路，容易产生烧毁其他用电器的情况。图1.9短路低压直流电源汽车电气系统采用低压直流电源供电，额定电压主要有12V和24V两种。一般来说，汽油机采用12V电源，柴油机采用24V电源。低压电源取自蓄电池或发电机，两者的电压保持一致。01单线制电源和用电设备之间用两根导线构成回路，这种连接方式称为双线制。在汽车上，电源和用电设备之间通常只用一根导线连接，另一根导线则由车体的金属机架作为另一公共“导线”而构成回路，这种连接方式称为单线制。由于单线制导线用量少，且线路清晰，安装方便，因此广为现代汽车采用，如图1.10所示。02图1.10汽车电路单线制用电设备并联汽车上所有用电设备都是用并联方式与电源连接，当某一支路用电设备损坏时，并不影响其他支路用电设备的正常工作。04汽车电路有颜色和编号的特征为了便于区别各线路的连接，汽车所有低压导线必须选用不同颜色的单色或双色线，并在每根导线上标有编号。05负极搭铁采用单线制时，将蓄电池和发电机正极或负极与汽车车架相连，使车架带正电或负电，从而使安装在车架上的电气设备只需一根从电源另一极引出的导线就可构成回路，这称为正极或负极搭铁。由于负极搭铁时对无线电干扰较小，因此，我国标准规定统一采用负极搭铁。031.电流强度电流就像水流，有大电流也有小电流，我们用电流强度描述某一电路电流的大小。单位时间内通过导体横截面的电量称为电流强度，简称电流，用I表示，即(1.1)电流强度的单位为安培，简称安（A）。若一秒内通过导体横截面的电荷量是1库仑（C），则此时导体中的电流为1安培（A）。常用的电流单位还有毫安（mA）和微安（μA），三者换算关系如下：tQIuAmAA63101012.电流方向电流不仅有大小，而且有方向。电流的方向，习惯上规定以正电荷移动的方向为电流方向，它与自由电子移动的方向相反。在分析与计算电路时，电流的实际方向往往无法预先确定，因而引入参考方向的概念。电路图中标注的电流方向通常都是参考方向，可用两种方法表示，如图1.11所示。①箭头标注：箭头的指向为电流的参考方向。②双下标表示：如IAB，表示电流的参考方向由A指向B。图1.11参考方向表示法就像空间的每一点都有一定的高度一样，电流中的每一点都有一定的电位。电位用字母V表示，不同点的电位用字母V加下标表示。例如，VA表示A点的电位。计算高度首先要确定一个高度的起点，例如，一棵树高10m，这是从地面算起。计算电位也要先确定一个电位的起点，称为参考点，该点的电位值规定为0。电位高于零电位为正值，电位低于零电位为负值。电位的单位是焦耳/库仑（J/C），称为伏特，简称伏（V）。1.电位电流是电荷的定向移动形成的，电荷定向移动的动力来源于电压，即在电压的作用下，电荷开始了定向移动。电源正极的电压最高，电源负极的电压最低。电压是描述电场力对电荷做功的物理量。若一个电荷量为q的电荷在电场力的作用下由A点移到B点，电场力对该电荷做的功为WAB，则AB两点间的电压计算公式为(1.2)由电压的定义可知，AB两点之间的电压就是该两点之间的电位差，所以电压也称电位差，即UAB=VA-VB(1.3)电压的单位是伏特，简称伏（V）。较大的电压用千伏（kV）表示，较小的电压用毫伏（mV）表示。1kV=103V，1V=103mV电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，即由“+”极性指向“-”极性。因此，在电压的方向上电位是逐渐降低的。2.电压qWUABAB在闭合电路中，要维持连续不断的电流，必须有电源。电源内有一种外力称为电源力，它能把正电荷从电源内部“-”极移到“+”极，从而使正电荷沿电路不断地循环。在干电池和汽车蓄电池中，电源力是靠电极与电解液间的化学反应而产生的，在发电机中，电源力由导体在磁场中做机械运动而产生。在电源内部，电源力把正电荷从负极移到正极所做的功WE与正电荷电量Q的比值，称为该电源的电动势，用E表示，即(1.4)电动势的单位为V（伏特），功的单位为J（焦），电荷的单位为C（库）。电动势的大小只取决于电源本身的性质，而与外电路无关。QWEE电流能使电灯发光、发动机转动、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用W表示。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(1.5)电能的单位是焦耳，简称焦（J）。在实际应用中，考虑更多的是用电设备在一定时间内所消耗的电能。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，即(1.6)电功率的单位是瓦特，简称瓦（W）。在电工应用中，功率的常用单位是千瓦（kW），电能的常用单位是千瓦时（kW·h），俗称度。1kW·h表示功率为1kW的用电器工作1h所消耗的电能。如100W的灯泡，工作10h，其消耗的电功就是1kW·h。度与焦耳之间的换算关系是1kW·h=3.6×106JUItWP1.电阻的概念导体对电流阻碍作用的大小称为电阻，电阻越大表示对电流的阻碍作用越大。电阻用R表示，单位是欧姆，简称欧（Ω）。电阻的常用单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。1MΩ=106Ω，1kΩ=103Ω导体的电阻是客现存在的，它不随导体两端的电压变化而变化。实验证明：在一定温度下，导体的电阻大小与导体的长度L成正比，与导体的横截面积S成反比，并与导体材料的性质有关，即(1.7)其中，ρ为导体的电阻率，Ω·m。SLR2.电阻的分类电阻按照阻值特性分为固定电阻、可调电阻和敏感电阻（指器件特性对温度、电压、湿度、光照、