汽车电工电子基础PPT课件.ppt

1 1 现在人们的生活能离开电吗 今日的世界已是电的世界 我们几乎没有一天可以离得开电 前言 课程简介 图0 1生活中的电 2 2 与电有关的科学历史事件电的发明和应用是伴随着第二次工业革命而开始的 随着电力的广泛应用 人类社会由蒸汽时代进入电气时代 在电力的使用中 发电机和电动机是相互关联的两个重要组成部分 发电机是将机械能转化为电能 电动机则是将电能转化成机械能 1831年 英国科学家法拉第发现了电磁感应现象 提出了发电机的理论基础 法拉第是近代电磁学的奠基人 他的发现为电的应用开拓了广阔的道路 1866年 德国工程师西门子制成了发电机 1870年 比利时人格拉姆发明了电动机 电力开始被用来带动机器 成为补充和取代蒸汽动力的新能源 直流电机有成本高 易出事故等缺点 19世纪80年代末90年代初 人们创制出三相异步发电机 这种比较经济 可靠的三相交流电迅速得到推广 电力工业的发展进入新的阶段 电力照亮了城市和农村 为工厂和矿山提供了方便灵活的强大动力 成为生产 交通运输 通讯等全面转向工业化的决定因素 图0 2电动机 发电机 3 3 什么是电工电子技术 电工电子技术研究电工技术和电子技术的理论和应用的技术基础课程 电工技术和电子技术的发展十分迅速 应用非常广泛 现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系 4 电工电子技术的典型应用领域能源技术 电能产生 电能变换 电能储存 电能传输 电能使用 图0 3能源技术 4 电力驱动技术 一百多年来 电力驱动技术的发展推动着人类社会的全面变革 极大提高了社会生产率 图0 3电力驱动技术 5 通信技术 现代文明的重要标志之一 它主要的目的是 将信号以电或者电磁波形式 从发射源传送到接受装置 传送过程中利用信号处理技术避免信号的失真 常见的信号处理手段如滤波 编码 解码等 图0 4信息机通信技术 6 电子技术 电子技术是对电子信号进行处理的技术 它包括信息电子技术和电力电子技术两大分支 信息电子技术包括Analog 模拟 电子技术和Digital 数字 电子技术 电力电子技术使用电力电子器件 如晶闸管 GTO IGBT等 对电能进行变换和控制的技术 自动化技术 通过测量 处理 执行 使系统运行于稳 准 快的工作状态 图0 5集成电路 图0 6自动化设备控制电柜 7 5 汽车电工电子技术提高了汽车的安全性 舒适性 经济性和娱乐性 一些高档轿车上 电子产品占到整车成本的50 以上 已经深入到汽车所有的系统 按照对汽车行驶性能作用的影响划分 可以把汽车电子产品归纳为两类 一类是汽车电子控制装置 它和车上机械系统进行配合使用 即所谓 机电结合 的汽车电子装置 包括发动机 底盘 车身电子控制 例如电子燃油喷射系统 制动防抱死控制 防滑控制 牵引力控制 电子控制悬架 电子控制自动变速器 电子动力转向等 另一类是车载汽车电子装置 车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置 它和汽车本身的性能并无直接关系 它们包括汽车信息系统 行车电脑 导航系统 汽车音响及电视娱乐系统 车载通信系统 上网设备等 1 1汽车电路的概念 概念 把一些电气设备或元器件 按其所要完成的功能 用一定方式连接而成的电流通路 电路组成 一个完整的电路由电源 或信号源 负载和中间环节三部分组成 电路图 9 一 电路的组成 实现电能的传输 分配与转换 实现信号的传递与处理 1 电路的作用 电路是电流的通路 是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成 t1 热端 t2 冷端 热电偶 10 2 电路的组成部分 电源 提供电能的装置 负载 取用电能的装置 中间环节 传递 分配和控制电能的作用 11 直流电源 提供能源 信号处理 放大 调谐 检波等 负载 信号源 提供信息 2 电路的组成部分 激励 电源或信号源的电压或电流 推动电路工作 响应 由激励所产生的电压和电流 12 二 电路模型 为了便于用数学方法分析电路 将实际电路模型化 用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件 从而构成与实际电路相对应的电路模型 器件建模 1 保留主要电磁特性2 一个器件可由多个元件模型表示 电路的建模过程 13 学习单元一直流电路 课题一电路及基本物理量知识目标 了解电路的组成 掌握电流 电位 电压和电动势的概念 掌握电位和电压的关系 能力目标 学会计算负载消耗的电能和实际功率 能够区别电压和电位的概念 知道电流 电压 电动势的正负号与参考方向的关系 什么是电流 什么是电流 带电粒子在电路中的定向运动的过程 通常规定正电荷运动的方向为电路中电流的实际方向 在实际电路中可选定参考方向 若实际方向与参考方向相同 电流为正值 若相反 为负值 字母 I表示 单位安培 A 15 1 电流电路中带点粒子在电源作用下有规则地定向移动而形成电流 图1 2电流方向 电流是矢量 有大小有方向 直流电 DirectCurrent 简称DC 是指方向和时间不作周期性变化的电流 但电流大小可能不固定 而产生波形 又称恒定电流 所通过的电路称直流电路 是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路 直流电又称恒流电 恒定电流是直流电的一种 是大小和方向都不变的直流电 它是由爱迪生发现的 交流电 AlternatingCurrent 简写AC 是指大小和方向都发生周期性变化的电流 因为周期电流在一个周期内的运行平均值为零 称为交变电流或简称交流电 不同于方向不随时间发生改变的直流电 什么是电位 电位是度量电势能大小的物理量 在数值上等于电场力将单位正电荷从该点移到参考点所做的功 用符号 V 表示 电位测量的实质就是电压的测量 即测量该点与参考点之间的电压 电压与电位的关系 Uab Va Vb电位是没有方向的 属于标量 电位是相对值 大小取决于参考点的选择 什么是电动势 电动势是描述电源中非电场力对电荷做功本领的物理量 电动势也是电路中两点的电位差 不过电动势通常是对电源内部而言 表示其他形式的能量转换成电能的能力 它的参考方向为电源内部地电位段指向高电位端 即电位升高的方向 通常用字母 E 表示 单位 伏特 V 什么是电压 电压是描述电场力对电荷做功的物理量 即就是电路中两点间的电位差 通常用字母 U 表示 单位 伏特 V 电压是矢量 既有大小又有方向 电压的方向为电位降低的方向流动 如电压从正极流向负极 高位A点流向地位B点 20 二 电气设备的额定值 额定值 电气设备在正常运行时的规定使用值 三 电气设备的三种运行状态 欠载 轻载 I IN P PN 不经济 过载 超载 I IN P PN 设备易损坏 额定工作状态 I IN P PN 经济合理安全可靠 电功和电功率 电功 电场力在一定时间内所做的功 W UQ UIt电功率 在单位时间内所消耗的电能 P W t U I功的单位是焦耳 J 功率的单位是瓦特 W 22 四 电压和电流的参考方向 物理中对基本物理量规定的方向 1 电路基本物理量的实际方向 注意 它们是标量 规定方向是为了便于电路的计算 23 2 参考方向的表示方法 电流 电压 1 参考方向 在分析与计算电路时 对电量任意假定的方向 一种分析方法 2 电路基本物理量的参考方向 24 实际方向与参考方向一致 电流 或电压 值为正值 实际方向与参考方向相反 电流 或电压 值为负值 3 实际方向与参考方向的关系 注意 在参考方向选定后 电流 或电压 值才有正负之分 若I 5A 则电流从a流向b 例 若I 5A 则电流从b流向a 若U 5V 则电压的实际方向从a指向b 若U 5V 则电压的实际方向从b指向a 欧姆定律 在纯电路中 某些元件的端电压与流过该元件的电流的比值是一个定值 此值就是元件电阻 R 单位欧姆 电压等于电流乘于电阻U I R在电路分析过程中 电压一定 电阻最小值 电流最大 电功做大 俗称 短路 电流与电压的关系 有电流有电压 有电压无电流 基尔霍夫定律 电路中流过同一电流的每一电路分支叫支路 支路中流过的电流叫直流 电路中 三个或三个以上的支路相交的点称为节点 任一瞬时 一个节点上电流的代数和为零 这就是基尔霍夫电流定律 任一瞬时 沿一回路循环 回路中各段电压的代数和为零 这就是基尔霍夫电压定律 27 课题四基尔霍夫定律 知识目标 理解支路 节点 回路 网孔的概念正确认识基尔霍夫电流定律和电压定律的内容和其推广能力目标 学会用基尔霍夫定律列方程 会求得电路中任一点的电位和任意两点之间的电压学会用 支路电流法 求出2个节点 3条支路的双电源供电电路的各支路电流 28 基尔霍夫 GustavRobertKirchhoff 1824 1887 德国物理学家 他提出了稳恒电路网络中电流 电压 电阻关系的两条电路定律 即著名的基尔霍夫电流定律 KCL 和基尔霍夫电压定律 KVL 解决了电器设计中电路方面的难题 背景 从19世纪40年代 由于电气技术发展的十分迅速 电路变得愈来愈复杂 某些电路呈现出网络形状 并且网络中还存在一些由3条或3条以上支路形成的交点 节点 这种复杂电路不是串 并联电路的公式所能解决的 刚从德国哥尼斯堡大学毕业 年仅21岁的基尔霍夫在他的第1篇论文中提出了适用于这种网络状电路计算的两个定律 即著名的基尔霍夫定律 该定律能够迅速地求解任何复杂电路 从而成功地解决了这个阻碍电气技术发展的难题 不仅仅是电路求解大师 热辐射定律 光谱分析仪 29 一 KCL KVL介绍几个概念 1 支路 2 节点 3 回路 4 网孔 请回答 以上电路图的支路 节点 回路 网孔的数量 30 KCL KirchhoffCurrentLaw 在集总电路中 任何时刻 对任意节点 所有流入流出结点的支路电流的代数和恒等于零 本质是电流连续性的表现 即流入节点的电流等于流出节点的电流 KVL KirchhoffVoltageLaw 在任何一个闭合回路中 各段电阻上的电压降的代数和等于电动势的代数和 即 IR E 从一点出发绕回路一周回到该点时 各段电压的代数和恒等于零 即 U 0 注意 在使用KCL KVL时一定要严格按照其列方程的条件 31 二 基尔霍夫定律的应用1 用支路电流法求解发杂电路2 应用基尔霍夫定律进行电位的计算 汽车电路的特点 低压12V 24V直流单线并联负极搭铁线路由颜色标签 33 五 汽车电路的特点1 低压直流电源2 单线制 负极搭铁 图1 1汽车单线制 汽车为什么选择直流电路 蓄电池没有交流的 直流电变为交流电叫逆变 常用电子元件组成的振荡器将直流电变为交流电再用变压器升压 这种装置叫逆变器 可用逆变器将蓄电池直流电变为交流电源 现在市场上有卖的 UPS称为不间断电源 是因为停电的时候 它能快速转换到 逆变 状态 从而不会让在使用中的电脑因为突然停电未来得及存储而失去重要文件 不是用来当备用电源用的 如果你只是想在停电的时候可以用电 光买逆变器就够了 一般家用UPS里用的大多是 免维护型铅酸蓄电池 电路的状态 电路有负载 空载和短路三种工作状态 知识目标 了解电路的三种工作状态 掌握电路在三种工作状态下的特征 了解电器设备的额定值 能力目标 学会区分电路所处的不同状态 掌握不同工作状态下的电压 电流及功率的计算方法 36 开关闭合 接通电源与负载 负载端电压 1 特征 1 负载状态 电流的大小由负载决定 在电源有内阻时 I U U E IR0 当R0 R时 则U E 表明当负载变化时 电源的端电压变化不大 即带负载能力强 37 1 负载状态 P PE P 负载取用功率 电源产生功率 内阻消耗功率 电源输出的功率由负载决定 负载大小的概念 负载增加指负载取用的电流和功率增加 电压一定 38 2 电源与负载的判别 根据U I的实际方向判别 电源 U I实际方向相反 即电流从U 端流出 发出功率 负载 U I实际方向相同 即电流从U 端流入 吸收功率 39 例1 已知 方框代表电源或负载 U 220V I 1A试问 哪些方框是电源 哪些是负载 解 a 电流从 流出 故为电源 b 电流从 流入 故为负载 c 电流从 流入 故为负载 d 电流从 流出 故为电源 40 电源外部端子被短接 2 短路状态 1 短路处的电压等于零 U 02 短路处的电流I视电路情况而定 电路中某处短路时的特征 41 特征 开关断开 3 空载状态 1 开路处的电流等于零 I 02 开路处的电压U视电路情况而定 电路中某处断开时的特征 42 课题三常用的电路元件 知识目标 了解固定电阻 电感 电容的命名方法 并掌握其标识方法 能力目标 能够对电阻 电感进行正确地识别与测量 能够对电容进行正确地识别与测量 43 一 电阻元件 1 定义 导体对电流阻碍作用的大小 是导体本身的一种性质 44 2 影响电阻大小因素 材料 长度 横截面积 温度等 通常 银 铜 铝做导线 电木和橡胶做绝缘体 人体电阻的一般值是1000 2000欧 出汗时 人体的电阻值较小 干燥时 人体的电阻值较大 导线 开关 电流表 电阻很小 可以看做没有电阻 R 0 电压表 电阻很大 可以看做断路 R 参数 功率 W 阻值 45 3 电阻分类 固定电阻器 R 一经制成阻值不再改变 可变电阻器 RH 在一定范围可调 使用时固定在某一值上 电位器 RP 在一定范围内连续可调 46 固定电阻器 R 贴片电阻 插件组排 贴片组排 一般电阻 47 可变电阻器 RH 48 电位器 RP 49 4 固定电阻的命名方法 50 5 固定电阻的标识 直标法色标法文字符号法 直标法 将电阻的阻值和误差直接用数字和字母按一定的规律印在电阻上 色标法 在电阻上涂上不同的色环来表示电阻的标称值及误差 文字符号法 51 6 电位器 电位器电阻值随旋转角度变化规律 1 X型 直线型 分压 调节电路 2 Z型 指数型 音量调节 3 D型 对数型 黑白度 对比度 52 7 电阻测量 1 欧姆表原理E 干电池电动势r 干电池内阻G 电流表R 可变电阻红黑表笔之间为被测电阻 对给定的欧姆表I与被测电阻Rx有一一对应关系 故可以通过I的读数得到Rx值 2 测量时要断开电路上的电源和被测电阻的一端 电阻的串联 在电路中有两个或更多个电阻一个一个地顺序相连 并且在这些电阻中流过同一电流 这种连接方法称为电阻的串联 串联的几个电阻可用一个等效电阻来代替 等效电阻的阻值等于各个串联电阻之和 即R R1 R2 R3 Rn 1 串联电路电流处处相等 I总 I1 I2 I3 In2 串联电路总电压等于各处电压之和 U总 U1 U2 U3 Un3 串联电阻的等效电阻等于各电阻之和 R总 R1 R2 R3 Rn4 串联电路总功率等于各功率之和 P总 P1 P2 P3 Pn 电阻的并联 电路中有两个或更多电阻连接在两个公共的节点之间 承受同一个端电压 这些电阻的连接称为电阻并联 两个并联电阻可用一个等效电阻来代替 等效电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数之和 即1 R 1 R1 1 R2 1 R3 1 Rn 并联电路电流计算L总 L1 L2 Ln即总电流等于通过各个电阻的电流之和电压计算U总 U1 U2 Un并联电路各支路两端的电压相等 且等于总电压电阻值计算1 R总 1 R1 1 R2 1 R3 1 Rn即总电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和对于n个相等的电阻串联和并联 公式就简化为R串 n R和R并 R n 特殊电阻在汽车上的应用 1 热敏电阻汽车负温度系数热敏传感器 用于感应工作温度范围的电阻感应器 光敏电阻 光敏电阻是利用半导体的光致导电特性制成的 在受到光照不同程度时 可产生有效的电极 从而导致光电导体的电阻率发生变化 压敏电阻 绝对压力传感器是采用歧管压力方式计量进气量的电控汽油喷射系统中最重要的传感器 依据进气压力传感器信号产生原理可分为半导体压敏电阻式 电容式 膜盒传动式等 主要用于感应空气压力 60 二 电感元件 1 电感定义 电流通过线圈时 线圈中形成的感应磁场会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流 这种电流与线圈的相互作用关系称其为电的感抗 也就是电感 2 特点 储能 通直流 阻交流 61 回忆 电路板上的电感 您是否注意到过 62 3 电感器的分类 1 固定电感器 可变电感器 2 空心电感器 铁心电感器 磁芯电感器 3 自感线圈 互感线圈4 电感器命名 1 大多数电感器要根据要求自己设计 制作 2 命名由四部分组成5 固定电感器标识 1 直标法 2 色环标注法 63 6 电感器的检查和测试 1 外观和绝缘的检查 2 测量其电阻 判断其是否短路 断路等 64 分频器 模拟分频器是音箱内的一种电路装置 用以将输入的模拟音频信号分离成高音 中音 低音等不同部分 然后分别送入相应的高 中 低音喇叭单元中重放 之所以这样做 是因为任何单一的喇叭都不可能完美的将声音的各个频段完整的重放出来 65 低频扼流线圈 低频扼流圈用于电源和音频滤波 它通常有很大的电感 可达几个亨到几十亨 因而对于交变电流具有很大的阻抗 特点 利用自感系数大 电阻小的电感 其对低频交流电阻碍大 对高频交流电的阻大 想一想 高频扼流线圈的特点有哪些 66 选频放大器 对某一段频率或单一频率的信号具有突出的放大作用 而对其他频率的信号具有较强抑制作用的放大器 应用举例 某高保真拾音器源于进口IC 多次滤波选频放大电路设计 具有噪声小 音色纯正的特点 67 二 电容元件 1 电容定义 一般来说 电荷在电场中会受力而移动 当导体之间有了介质 则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上 造成电荷的累积储存 最常见的例子就是两片平行金属板 也是电容器的俗称 储存电荷的容器 2 特点 储能 通交流 阻直流 68 3 电容的单位和符号不同的电容器储存电荷的能力也不相同 规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量 电容的基本单位为法拉 F 想一想 与电感的对应关系 4 电容器的主要参数 1 电容器的标称容量 2 电容器的额定直流工作电压 3 电容器的误差 69 5 电容器的主要种类和特点 1 无极性电容 有极性电容 电解电容 2 固定电容 可变电容有极性电容 介质为氧化膜 容量大因为极性电容充满了电解液 故又称为点解电容 70 6 电容器的检测 1 测电容的漏电阻 2 判断电解电容的极性电容漏电阻 也称为绝缘电阻 由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体 它的电阻不是无限大 而是一个有限的数值 一般很精确 如534K 652K 电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻 或者叫做漏电电阻 大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容的漏电流的比值 漏电电阻越小 漏电越严重 电容漏电会引起能量损耗 这种损耗不仅影响电容的寿命 而且会影响电路的工作 因此 漏电电阻越大越好 71 7 电容器的功能 1 充电 2 放电充放电功能的演变 3 旁路 4 去耦 5 滤波 6 储能 72 使充电后的电容器失去电荷 释放电荷和电能 的过程称为放电 使电容器带电 储存电荷和电能 的过程称为充电 73 在电子电路中 去耦电容和旁路电容都是起到消除干扰的作用 电容所处的位置不同 称呼就不一样了对于同一个电路来说 旁路 bypass 电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象 把前级携带的高频杂波滤除 而去耦 decoupling 也称退耦 电容是把输出信号的干扰作为滤除对象 74 滤波 对同一个电容 信号频率越高 越容易通过 大电容 1000 F 滤低频 小电容 20pF 滤高频储能 超级电容将替代可充电电池 超级电容是一种非常大的极化电解质电容 这里的 大 指的是容量 而不是它们的物理尺寸 超级电容公交车 75 课题五惠斯通电桥知识目标 认识惠斯通电桥的连接特点 掌握其平衡状态及条件 能力目标 能够运用惠斯通电桥电路 学会分析汽车上某些传感器的工作原理 惠斯通电桥 又称单臂电桥 是一种可以精确测量电阻的仪器 图3 13所示是一个通用的惠斯通电桥 电阻R1 R2 R3 R4叫做电桥的四个臂 G为检流计 用以检查它所在的支路有无电流 当G无电流通过时 称电桥达到平衡 平衡时 四个臂的阻值满足一个简单的关系 利用这一关系就可测量电阻 平衡条件 对壁电阻乘积相等即 Rx R3 R2 R4此时Vc Vd 电路图符号 汽车常用电路符号 汽车常用测量工具 1 导线作用 跨接测试用电设备 判断电器故障 短接诊断接口 注意 避免短路 2 试灯作用 满足汽车电路物理量的检测 满足用电设备的跨接保护检测 3 指针万用表指针式万用表是一种多功能 多量程的测量仪表 一般万用表可测量直流电流 直流电压 交流电流 交流