汽车电工电子技术PPT（高职）完整全套教学课件

汽车电工电子技术01第1章直流电路02第2章正弦交流电路03第3章磁路与变压器04第4章电动机05第5章常用电动机控制电路06第6章工厂供电与安全用电07第7章常用半导体器件08第8章信号放大电路09第9章直流稳压电源10第10章组合逻辑电路11第11章时序逻辑电路12第12章转换电路13第13章汽车电子控制技术基础14第14章技能实训指导（1）理解电路的组成和作用。（2）熟悉电路基本物理量的含义。（3）理解电路基本定律，会利用基尔霍夫定律解决复杂电路问题。学习目标第1章直流电路1.2电路的基本物理量1.1电路的基本知识1.3电路的基本定律1.4支路电流法1.5戴维南定理目录页1.6车用直流电源——蓄电池本章小结

电路，简单地说就是电流流通的路径。它是由若干电气设备或元件按照一定方式用导线连接而成的，通常由电源、负载、导线和中间环节四个部分组成。电源是将其他形式的能量转换为电能的装置，如发电机、干电池和蓄电池等将各种非电能（如热能、化学能、机械能、水能、原子能等）转换成电能。负载是消耗电能的设备，它将电能转换成非电形态的能量并消耗掉。例如，电动机、照明灯和电炉等，它们可将电能转换成机械能、光能和热能。中间环节包括变压器、控制开关和保护装置等，是连接电源和负载的部分，主要起控制、保护和测量等作用。1.1电路的基本知识1.1.1电路的组成

日常生活中使用的手电筒电路如图1-1（a）所示，其中干电池是电源，灯泡是负载，筒体（包括开关）是中间环节。电路理论中，通常用电路原理图来表示实际电路。在电路原理图中，各种电器元件都不需要画出原有的形状，而是采用统一规定的图形符号来表示。图1-1（b）就是手电筒的电路原理图。1.1电路的基本知识1.1.1电路的组成

电路种类繁多，从基本功能上可分为两类。一类是电力电路，其主要作用是电能的传输和转换，如把发电厂电机组产生的电能，通过变压器、输电线路送到千家万户的电力系统。一类是信号电路，其主要作用是信号的传输和处理，如各种物理量的测量电路、放大电路，声音、图像或文字处理电路。1.1电路的基本知识1.1.2电路的作用1.2电路的基本物理量1.1电路的基本知识1.3电路的基本定律1.4支路电流法1.5戴维南定理目录页1.6车用直流电源——蓄电池本章小结电流是由带电粒子有规则的定向运动而形成的，其大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，即1.2电路的基本物理量1.2.1电流大小或方向随时间变化的电流称为交流电流，用小写字母i表示；不随时间变化的电流称为直流电流，用大写字母I表示。习惯上规定正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向为电流的实际方向。在复杂电路的分析中，一段电路电流的实际方向很难预先判断出来，在电路中就无法标明电流的实际方向。为了便于分析和计算电路，人为地引入了电流参考方向的概念。所谓参考方向，就是任意选定一个方向作为电流的方向，这个方向就称为电流的参考方向，有时又称为电流的正方向。电流的参考方向一般用实线箭头表示。1.2电路的基本物理量1.2.1电流

图1-2所示为某电路的一部分，其中长方框表示一个二端元件，流过这个元件的电流为i，其实际方向可能是从A到B，也可能是从B到A。在该图中用实线箭头表示电流的参考方向，它不一定与电流的实际方向一致。如果电流的实际方向是由A到B，如图1-2（a）中虚线箭头所示，与参考方向一致，则电流为正值，即i>0；在图1-2（b）中，电流的参考方向由B到A，电流的实际方向由A到B，两者不一致，故电流为负值，即i<0。这样，在指定的电流参考方向的情况下，电流值的正和负就可以反映出电流的实际方向。1.2电路的基本物理量1.2.2电压与电动势电荷在电路中运动，必然受到电场力的作用，也就是说，电场力对电荷做了功。为了衡量其做功的能力，引入了“电压”这一物理量，并定义：电路中a、b两点间的电压，在数值上等于电场力把单位正电荷从电路中a点移动到b点所做的功，用Uab表示，即1.2电路的基本物理量1.2.2电压与电动势电压的实际方向规定为由高电位端指向低电位端，即指向电位降低的方向。与电流一样，在较为复杂的电路中，往往无法事先确定电压的实际方向（或者极性）。因此，在电路图上所标出的也都是电压的参考方向。若电压的参考方向与实际方向一致，则其值为正；若电压的参考方向与实际方向相反，则其值为负。这样，在指定电压参考方向的情况下，电压值的正和负就可以反映出电压的实际方向，如图1-3所示。1.2电路的基本物理量1.2.2电压与电动势电动势是用来表示电源力移动单位正电荷做功本领的物理量。在图1-4中，电源的电动势，在数值上等于电源力把正电荷q从负极b（低电位）经由电源内部移到电源的正极a（高电位）所做的功Wba，即1.2电路的基本物理量1.2.2电压与电动势1.2电路的基本物理量1.2.2电压与电动势1.2电路的基本物理量1.2.3电位为了分析电路方便，常指定电路中任意一点为参考点。定义：电场力把单位正电荷从电路中某点移到参考点所做的功称为该点的电位，用大写字母V表示。电路中某点的电位即该点与参考点之间的电压。为了确定电路中各点的电位，必须在电路中选取一个参考点。1.2电路的基本物理量1.2.3电位由以上分析可知：电压是绝对的，电位是相对的。1.2电路的基本物理量1.2.3电位（4）在研究同一电路系统时，只能选取一个电位参考点。电位概念的引入，给电路分析带来了方便，因此，在电子线路中往往不再画出电源，而改用电位标出。图1-7是电路的一般画法与电子线路的习惯画法示例。1.2电路的基本物理量1.2.4功率在直流电路中，a、b两点间的电压为U，在t时间内电荷Q受电场力作用，从a点移动到b点，电场力所做的功为1.2电路的基本物理量1.2.4功率如图1-8（a）所示，U和I取关联参考方向，功率P=UI。若P>0，说明这段电路上电压和电流的实际方向是一致的，元件吸收了功率，是负载性质。如图1-8（b）所示，U和I取非关联参考方向，功率P=-UI。若P<0，则说明这段电路上电压和电流的实际方向不一致，元件释放功率，是电源性质。1.2电路的基本物理量1.2.4功率【例1-1】电路如图1-8（a）所示，U=12V，I=-2A，计算元件的功率。解：由电路可知，电流和电压为关联参考方向，P＝UI＝12×（-2）＝-24W<0，说明元件释放功率而不是吸收功率，相当于电源。1.2电路的基本物理量1.1电路的基本知识1.3电路的基本定律1.4支路电流法1.5戴维南定理目录页1.6车用直流电源——蓄电池本章小结1.3电路的基本定律1.3.1欧姆定律欧姆定律是电路的基本定律之一，它指流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻成反比。对于图1-9（a）所示电路，欧姆定律可用下式表示：式中，R即为该段电路的电阻。1.3电路的基本定律1.3.1欧姆定律由式（1-9）可知，在电压U一定的情况下，电阻R越大，则电流I越小。可见，电阻具有对电流起阻碍作用的性质。欧姆定律表示了线性电阻两端电压和电流的约束关系。因此，欧姆定律的表达式也称为线性电阻元件约束方程。在图1-9（b）和（c）中，电压和电流的参考方向非关联，欧姆定律可用下式表示：1.3电路的基本定律1.3.1欧姆定律当元件的电压U和电流I之间的关系满足欧姆定律时，称为线性器件；当器件的电压U和电流I之间的关系不满足欧姆定律时，称为非线性器件。1.3电路的基本定律1.3.2基尔霍夫定律支路：电路中由一个元件或多个元件组成的一条路径，可以流过独立电流时，就称这条路径为一条支路。如图1-10所示的电路中，有a—c—b（由E1和R1的串联组合而成）、a—d—b（由E2和R2的串联组合而成）、a—b（由单个元件R3构成）三条支路。1.电路中几个专用名词1.3电路的基本定律1.3.2基尔霍夫定律节点：三条或三条以上支路的连接点称为节点。图1-10所示的电路中，有a、b两个节点。回路：由若干条支路所组成的闭合路径称为回路。图1-10所示的电路中，有a—d—b—c—a、a—b—d—a、a—b—c—a三个回路。1.电路中几个专用名词1.3电路的基本定律1.3.2基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律（Kirchhoff’sCurrentLaw，KCL）指出：在任一时刻，通过电路中任一节点的各支路电流的代数和恒等于零。其数学表达式为2.基尔霍夫第一定律——电流定律1.3电路的基本定律1.3.2基尔霍夫定律基尔霍夫电压定律（Kirchhoff’sVoltageLaw，KVL）指出：在任一时刻，对电路中的任一闭合回路，沿任意方向绕行一周所有支路电压的代数和等于零。即3.基尔霍夫第二定律——电压定律1.3电路的基本定律1.3.2基尔霍夫定律如图1-11（a）所示的闭合电路中，以ABCD绕行方向为回路的绕行方向，应用基尔霍夫电压定律有3.基尔霍夫第二定律——电压定律1.3电路的基本定律1.3.2基尔霍夫定律这是基尔霍夫电压定律的另一种表达式。按式（1-14）列KVL方程时，应遵循以下几点规定：（1）在图中标明各支路电流的参考方向，并规定各回路的绕行方向。（2）当支路电流的参考方向与回路的绕向一致时，电压取“+”号，反之取“-”号。（3）当电动势的方向与回路的绕向一致时,电动势取“+”号，反之取“-”号。基尔霍夫电压定律充分体现了电路中，能量的守恒性和任意一点电位的单值性。3.基尔霍夫第二定律——电压定律1.3电路的基本定律1.3.2基尔霍夫定律【例1-2】如图1-11（b）所示电路，根据所标出的电流方向，用KVL定律列出回路电压方程。3.基尔霍夫第二定律——电压定律1.2电路的基本物理量1.1电路的基本知识1.3电路的基本定律1.4支路电流法1.5戴维南定理目录页1.6车用直流电源——蓄电池本章小结1.4支路电流法支路电流法是以支路电流为未知量，应用基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL），列出与未知量数目相等的独立方程，然后解出未知的支路电流。支路电流法的解题步骤：（1）在电路中标明各支路电流的参考方向，以各支路电流为未知量。（2）如果电路中有n个节点，b条支路，按KCL列出（n-1）个独立的电流方程。（3）选取回路并选定回路的绕行方向，按KVL列出b-（n-1）个独立的回路电压方程。（4）联立求解所列方程组，即可计算出各支路电流。1.4支路电流法1.4支路电流法【例1-3】在图1-13所示的电路中，已知US1=12V，US2=12V，R1=1Ω，R2=2Ω，R3=4Ω，R4=4Ω求各支路的电流。解：选择各支路电流的参考方向和回路绕行方向如图1-13所示，列出节点电流和回路电压方程；1.4支路电流法支路电流法是求解复杂电路最基本的方法，在需要求解电路中全部支路电流时，可采用此法。但如果只需要求出某一条支路电流时，用支路电流法计算就会比较烦琐。1.2电路的基本物理量1.1电路的基本知识1.3电路的基本定律1.4支路电流法1.5戴维南定理目录页1.6车用直流电源——蓄电池本章小结1.5戴维南定理1.5.1二端网络可以把一组元件连接成的电路作为一个整体来看，这个整体就是电路网络。任何电路网络无论简单还是复杂，只要它有两个引出端与外部电路相连，且从一个端子流入的电流等于从另一端子流出的电流，则称这一电路结构为二端网络，二端网络也称单口网络，如图1-14所示的电路中，电路结构N称为二端网络，I称为端口电流，U为端口电压。通常把二端网络分为两类，即无源二端网络和有源二端网络。内部不含电源的二端网络称为无源二端网络，如图1-15所示；内部含有电源的二端网络称为有源二端网络，如图1-16所示。1.5戴维南定理1.5.1二端网络1.5戴维南定理1.5.2戴维南定理在线性电路分析中，当电路结构较为复杂，且仅仅需要计算某条支路的电压和电流，而不必对所有支路进行分析时，就可以利用戴维南定理简化处理，最后利用结构简单的等效电路来解决问题。任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电压源来等效代替，如图1-17（b）所示。等效电压源的电动势E是有源二端网络图1-17（a）所示的开路电压Uab，即将负载断开后a、b两端之间的电压。内阻R0是将有源二端网络变成（将理想电压源短路，理想电流源开路）无源二端网络时从a、b两端向网络看进去的内阻。这就是戴维南定理。1.5戴维南定理1.5.2戴维南定理1.5戴维南定理1.5.2戴维南定理图1-17（b）所示的电路是一个最简单的电路，其中电流可由下式计算：

等效电压源的电动势E和内阻R0也可经过测量或计算得出。用戴维南定理的解题步骤：（1）画出把待求支路从原电路中移去后的有源二端网络。（2）求有源二端网络开路电压Uab。（3）求有源二端网络内部所有独立电源作用为零时（理想电压源短路，理想电流源开路）的等效电阻R0。（4）画出戴维南等效电路，将待求支路接入等效电路，求出未知量。1.5戴维南定理1.5.2戴维南定理1.5戴维南定理1.5.2戴维南定理1.2电路的基本物理量1.1电路的基本知识1.3电路的基本定律1.4支路电流法1.5戴维南定理目录页1.6车用直流电源——蓄电池本章小结1.6车用直流电源——蓄电池1.6.1蓄电池的结构车用蓄电池（见图1-19）是一种直流可逆电池，工作时可以把电能转变为化学能储存起来，也可以把化学能转变为电能释放出来。1.6车用直流电源——蓄电池1.6.1蓄电池的结构（1）在起动发动机期间，它为起动系统、点火系统、电子燃油喷射系统和汽车的其他电气设备供电。（2）当发动机停止运转或低怠速运转时，由它给汽车用电设备供电。（3）当出现用电需求超过发电机供电能力时，蓄电池也参加供电。（4）蓄电池起到了整车电气系统的电压稳定器的作用，能够缓和电气系统中的冲击电压，保护汽车上的电子设备。（5）在发电机正常工作时，蓄电池将发电机发出多余的电能存储起来——充电。1.蓄电池的主要用途1.6车用直流电源——蓄电池1.6.1蓄电池的结构汽车蓄电池由单个的单格电池组成。单格电池由正极板、负极板、隔板、电解液、电池盖板、加液孔塞和电池外壳组成。（1）极板。蓄电池极板由栅架和活性物质组成，活性物质填充在铅锑合金的栅架上。极板是蓄电池的核心部分，它分正极板和负极板。正极板上的活性物质是深棕色二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质是青灰色海绵状铅（Pb）。在蓄电池充放电过程中，电能和化学能的相互转换，就是依靠极板上活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的。PbO2和Pb形成的原电池的电动势大约为2V。由于单片极板上的活性物质数量少，所存储的电量少，为了增大蓄电池的容量，通常将多片正、负极板分别并联，用横板焊接，组成正、负极板组，如图1-20所示。横板上连有极桩，各片间留有间隙。安装时正、负极板相互嵌合，中间插入隔板。在每个单格电池中，负极板的数量总比正极板多一片。2.蓄电池的结构1.6车用直流电源——蓄电池1.6.1蓄电池的结构2.蓄电池的结构1.6车用直流电源——蓄电池1.6.1蓄电池的结构（2）隔板。为了减小蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池内部正、负极板应尽可能地靠近，但为了避免彼此接触造成短路，正、负极板之间要用隔板隔开。隔板材料应具有多孔性且化学性能稳定，以便电解液渗出，并具有良好的耐酸性和抗氧化性。常见的隔板有木制隔板、微孔塑料隔板、微孔橡胶隔板和玻璃纤维隔板等。（3）电解液。电解液是蓄电池内部发生化学反应的主要物质，由化学用纯硫酸和蒸馏水按一定的比例配制而成。水的密度为1g/cm3，硫酸的密度为1.83～1.84g/cm3，两者以不同的比例混合后形成不同密度的电解液。蓄电池电解液的密度一般为1.24～1.31g/cm3，使用中的密度应根据地区、气候条件和制造厂的要求而定。2.蓄电池的结构1.6车用直流电源——蓄电池1.6.1蓄电池的结构（4）外壳。蓄电池的极板组、隔板和电解液装在外壳中，外壳应耐酸、耐热、耐震动冲击。蓄电池有硬橡胶外壳和聚丙烯塑料外壳两种，如图1-21所示。2.蓄电池的结构1.6车用直流电源——蓄电池1.6.1蓄电池的结构蓄电池的正负极板所能产生的电动势大约为2V，为了获得更高的电动势，通常要将多个2V的蓄电池单元串联起来。为此，在制造蓄电池外壳时，将一个整体的外壳分成若干个单格，一般是将整个外壳分成3个或6个互不相通的单格，安装3组或6组极板组，形成6V或12V的蓄电池。外壳的每个单格底部制有凸起的肋条用来搁置极板组。肋条之间的空隙可以积存极板脱落的活性物质，防止正、负极板短路。蓄电池各单格电池之间均用铅质联条串联。联条安装在盖上是一种传统的连接方式，不仅浪费材料，而且还使蓄电池内阻增大，所以此种连接方式正在被穿壁式连接所取代。采用穿壁连接方式连接单格电池时，所用联条尺寸很小，并设在蓄电池内部。2.蓄电池的结构1.6车用直流电源——蓄电池1.6.1蓄电池的结构每个单格电池都有一个加液孔，旋下加液孔盖，可以加注电解液或检测电解液密度；旋入孔盖便可防止电解液溅出。孔盖上设有通气孔，该小孔应保持畅通，以便随时排出蓄电池内化学反应放出的氢气（H2）和氧气（O2），防止外壳胀裂和发生事故。蓄电池盖有硬橡胶盖和聚丙烯耐酸塑料盖两种，前者与硬橡胶外壳配用，盖子与外壳之间的缝隙用沥青封口剂填封；后者与聚丙烯耐酸塑料外壳配用，其盖子为整体结构，与外壳之间采用热接合工艺黏合。蓄电池外壳上还有正负极桩。2.蓄电池的结构1.6车用直流电源——蓄电池1.6.2蓄电池的使用与维护（1）不要连续使用起动机。每次起动的时间不得超过5s，如果一次未能起动，应停顿15s以上再作第二次起动，连续三次起动不成功者，应查明原因，排除故障后再起动发动机。（2）安装和搬运蓄电池时，应轻搬轻放，不可敲打或在地上拖拽。蓄电池在汽车上应固定牢靠，以防行车时振动和移位。1.蓄电池的正确使用1.6车用直流电源——蓄电池1.6.2蓄电池的使用与维护（3）冬季使用的注意事项。1）冬季使用蓄电池时，应特别注意保持其处于充足电状态，以免电解液密度降低而结冰。2）冬季补加蒸馏水，应在充电前进行，以使蒸馏水较快地与电解液混合而不致结冰。3）冬季蓄电池容量降低，因此在起动冷态发动机前，应进行预热，以减少起动阻力矩。4）冬季气温低，充电较困难，因此可以适当调高调节器的调节电压，以改善蓄电池的充电状态，但仍须避免过量充电。（4）要经常检查蓄电池的电解液和蓄电池的放电情况，若发现电解液不足或蓄电池充电不足，要及时进行补充和充电。1.蓄电池的正确使用1.6车用直流电源——蓄电池1.6.2蓄电池的使用与维护（1）经常清除蓄电池表面的灰尘污物，电解液溅到蓄电池表面时，应用抹布蘸10%浓度的苏打水或碱水擦净，电极桩和电线夹头上出现氧化物时应及时清除。（2）经常疏通加液孔盖上的通气孔。（3）检查各单格内电解液的液面高度，应高出极板上沿10~15mm，如发现不足应及时补充，如图1-22所示。2.蓄电池的维护1.6车用直流电源——蓄电池1.6.2蓄电池的使用与维护（4）检测蓄电池的存放电程度。用密度间接判断，电解液密度与放电程度的关系是密度每下降0.01g/cm3相当于蓄电池放电6％，当车用蓄电池的放电程度冬季达25％、夏季达50％时应充电，必要时及时进行补充充电，如图1-23所示。也可通过测定单格或整个蓄电池的电压来直接判断，通过高频放电计检测，当单格电池电压低于1.7V或整个蓄电池电压低于10.5V时，必须给蓄电池进行补充充电，如图1-24所示。2.蓄电池的维护1.6车用直流电源——蓄电池1.6.2蓄电池的使用与维护2.蓄电池的维护1.6车用直流电源——蓄电池1.6.2蓄电池的使用与维护（5）根据当时的季节，及时调整电解液密度。（6）放完电的蓄电池在24h内应及时充电。（7）停驶车辆的蓄电池，每两个月应进行一次补充充电。（8）拆卸蓄电池电缆时，应先拆下蓄电池负极，再拆下蓄电池正极；安装蓄电池电缆时，应先安装蓄电池正极，再安装蓄电池负极，以免拆卸过程中造成蓄电池断路。2.蓄电池的维护1.2电路的基本物理量1.1电路的基本知识1.3电路的基本定律1.4支路电流法1.5戴维南定理目录页1.6车用直流电源——蓄电池本章小结本章小结1.电路电路是电流流过的路径，它由电源、负载、导线和中间环节四部分组成。电路的作用可以概括为两个方面：（1）实现能量的传输和转换。（2）实现信号的传递和处理。本章小结2.基本物理量（1）电流。电荷的定向移动形成电流，习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向。（2）电压。电压也称电位差（或电势差），其实际方向定义为电位降低或电压降低的方向。（3）电动势。电动势是用来表示电源力移动单位正电荷做功本领的物理量，电源电动势的实际方向规定为在电源内部由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向。（4）电位。电场力把单位正电荷从电路中某点移到参考点所做的功称为该点的电位。（5）功率。电路中，单位时间内电路元件的能量变化称为功率。本章小结3.参考方向参考方向是一个假定的方向，在电路的分析中，引入参考方向后，电压、电流是个代数量。电压、电流大于零表示电压、电流的参考方向与实际方向一致，电压、电流小于零表示电压、电流的参考方向与实际方向相反。本章小结4.基本定律KCL:对于电路中的任一节点，任一瞬时流入（或流出）该节点的电流代数和为零。该定律充分反映了电路中，电流的连续性和电荷的守恒性。KVL:对于电路中的任一回路，任一瞬时沿回路绕行一周，则组成该回路的各段支路上的元件电压的代数和为零。该定律充分反映了电路中，电位的单值性和能量的守恒性。本章小结5.车用蓄电池的使用与维护车用蓄电池是一种直流可逆电池，俗称“电瓶”。车用蓄电池工作时，既可以把电能转变为化学能储存起来，也可以把化学能转变为电能释放出来。车用蓄电池用来起动车辆，同时还派生出其他的功能。车用蓄电池主要由极板、隔板、电解液和壳体组成。其中，（1）极板为蓄电池的主要构件，有正、负极板之别，负极板比正极板多一片，使每片正极板都处在两片负极板之间，起到有效防护作用。（2）隔板用来防止正、负极板直接接触而造成短路。（3）电解液是蓄电池内部参与化学反应的主要物质，密度一般在1.24～1.31g/cm3之间。（4）外壳用来盛装极板、隔板组件和电解液。合理使用与维护蓄电池，可以提高蓄电池的使用效率，延长蓄电池的使用寿命。保持蓄电池清洁，严格控制起动时间，定期检测电解液液面高度和蓄电池的存放电程度。感谢观看

完成习题汽车电工电子技术（1）理解正弦交流电的基本概念和表征正弦交流电特征的物理量。（2）掌握正弦量的相量表示法。（3）掌握单相正弦交流电路中电压和电流的关系。（4）理解和掌握功率的概念和计算方法。（5）了解正弦交流电路串联谐振的条件及特征。（6）掌握三相电源及三相负载的连接。学习目标第2章正弦交流电路2.2正弦量的相量表示法2.1正弦交流电的基本知识2.3交流电路中的基本元件2.4单相正弦交流电路2.5串联电路目录页2.6三相正弦交流电路本章小结

大小和方向随时间作周期性变化的电压、电流和电动势统称交流电。图2-1所示为几种交流电的波形图。其中，把大小和方向随时间按正弦规律变化的电压、电流和电动势称为正弦交流电，也称为正弦量,如图2-1（d）所示。2.1正弦交流电的基本知识2.1.1正弦交流电的基本概念

在现代工农业生产和日常生活中，交流电被广泛应用，其主要原因是与直流电相比，交流电在产生、输送和使用方面具有明显的优点和重大的经济意义。例如，在远距离输电时，采用较高的电压可以减少线路上的损失。对于用户来说，采用较低的电压既安全又可降低电器设备的绝缘要求。这种电压的升高和降低，在交流供电系统中可以方便而经济地由变压器来实现。此外，异步电动机比起直流电动机来，具有构造简单、价格便宜，运行可靠等优点。在一些采用直流电的场合，如工业上的电解和电镀等，也可利用整流设备，将交流电转化为直流电。2.1正弦交流电的基本知识2.1.1正弦交流电的基本概念2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素

幅值是瞬时值中的最大值，又称为最大值或峰值，通常用Im、Um和Em表示，它们是与时间无关的常数。有效值是从电流的热效应来规定的。在电工技术中，如果一个交流电流通过电阻R时，在一个周期内产生的热量与某直流电流通过同一电阻R在相等时间内产生的热量相等，就将这一直流电的数值定义为交流电流的有效值，有效值用大写字母表示。根据定义得2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素1.幅值和有效值2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素1.幅值和有效值一般情况下，人们所说的交流电流和交流电压，以及测量仪表所指示的电流和电压值都是指有效值，所有电气设备的铭牌上标注的额定电压、额定电流也都是有效值。2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素1.幅值和有效值角频率ω是表示正弦量变化快慢的一个物理量。为了说明角频率的概念，先了解一下周期T和频率f的含义。周期T是正弦量变化一周期所需要的时间。周期T越大，波形变化越慢；反之，周期T越小，波形变化越快。周期T的单位是秒（s）。频率f表示每秒时间内正弦量重复变化的次数。频率f越大，正弦量变化越快；反之越慢。频率f的单位是赫兹（Hz）。较高的频率用千赫（kHz）和兆赫（MHz）表示。2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素2.角频率2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素2.角频率式（2-1）中的ωt+φ0称为正弦量的相位角，简称相位。相位角是时间的函数，当t=0时的相位称为初相位，又称为初相角。初相角φ0的大小和正负与正弦量变化起点的时间有关，通常规定正弦量由负值变化到正值（曲线上升沿）经过的零点为该正弦量的零点，由正弦量零点到计时起点（t=0）之间对应的角度即初相位φ0。由于正弦量是周期性变化的，因此初相位的取值范围一般规定为-π<φ0<π。图2-3所示为不同初相位的正弦电压波形。2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素3.初相位2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素3.初相位图2-3（a）中，φ0=0，正弦电压的表达式为u=Umsinωt。图2-3（b）中，φ0>0，正弦电压的表达式为u=Umsin（ωt+φ0）。图2-3（c）中，φ0<0，正弦电压的表达式为u=Umsin（ωt-φ0）。正弦量初相角φ0的确定方法：（1）找曲线上升沿和横轴最近的交点。（2）交点在纵轴的左侧时，φ0为正；交点在纵轴的右侧时φ0为负。φ0的正负也可以这样确定，当正弦量的初始瞬时值为正时，φ0为正；初始瞬时值为负时，φ0为负。或从正弦零点所处的位置来看，如果正弦零点在纵轴的左侧，φ0为正；在纵轴右侧，φ0为负。两个同频率的正弦交流电在任何瞬时的相位角之差或初相角之差称为相位差，用φ表示。2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素3.初相位由式（2-9）可见，相位差φ的大小与时间t、角频率ω无关，它只取决于两个同频率正弦量的初相位。2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素3.初相位2.1正弦交流电的基本知识2.1.2正弦交流电的三要素3.初相位2.2正弦量的相量表示法2.1正弦交流电的基本知识2.3交流电路中的基本元件2.4单相正弦交流电路2.5串联电路目录页2.6三相正弦交流电路本章小结一个正弦量具有幅值、角频率、初相位三个特征量（三要素），它可用三角函数式i=Imsin（ωt+φ0）或正弦波形（见图2-2）来表示，但用这两种表示方法作正弦交流电的和、差运算时，过程烦琐，很不方便。为此，在电工技术中，常用相量来表示正弦量，达到简化运算的目的。2.2正弦量的相量表示法用旋转相量表示正弦量的方法如下：设有一正弦量u=Umsin（ωt+φ0），以直角坐标系的O点为原点，取相量的长度为正弦量的振幅Um，相量的起始位置与横轴之间的夹角为正弦量的初相位φ0，并以角频率ω绕原点按逆时针方向旋转。这样，该相量在旋转的过程中，它每一瞬时在纵轴上的投影即代表正弦量在该时刻的瞬时值，如图2-5（a）所示。例如,在t=0时，u0=Umsinφ0；t=t1时，u=Umsin（ωt1+φ0）。2.2正弦量的相量表示法2.2.1用旋转相量表示正弦量2.2正弦量的相量表示法2.2.1用旋转相量表示正弦量Um是电压的幅值相量，U是电压的有效值相量。注意，相量只是表示正弦量，而不是等于正弦量。另外,式（2-10）或式（2-11）中只有两个特征量，即模和幅角，也就是正弦量的幅值（或有效值）和初相位。这是由于在线性电路中，电路的输入和输出均为同频率的正弦量。频率是已知的或特定的，可不必考虑，只要求出正弦量的幅值（或有效值）和初相位即可。2.2正弦量的相量表示法2.2.1用旋转相量表示正弦量按照各个正弦量的大小和相位关系用初始位置的有向线段画出的若干个相量的图形，称为相量图。在相量图上能形象地看出各个正弦量的大小和相互间的相位关系。图2-6所示为用相量图表示的两个正弦量。从图中容易看出，电压相量比电流相量I超前φ角，即正弦电压u比正弦电流i超前φ角。2.2正弦量的相量表示法2.2.2相量图对相量表示法作以下几点说明。（1）只有正弦周期量才能用相量表示。（2）只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。（3）在相量图中，可以用幅值相量，也可化为有效值相量，但是必须注意，有效值相量在纵轴上的投影不再代表正弦量的瞬时值。（4）作相量图时，各相量的相对位置很重要，一般任选一个相量为参考相量，通常把它画在直角坐标系的横轴位置上，其余各相量的位置，则以与这个参考相量之间的相位差来确定。2.2正弦量的相量表示法2.2.2相量图2.2正弦量的相量表示法2.1正弦交流电的基本知识2.3交流电路中的基本元件2.4单相正弦交流电路2.5串联电路目录页2.6三相正弦交流电路本章小结电阻元件是电路中最基本的电路元件，是实际电阻器的理想化模型，是表征电路中电能消耗的理想元件。电阻元件用符号R表示，如图2-7所示。2.3交流电路中的基本元件2.3.1电阻元件1.电阻元件的符号一个电阻元件有电流通过后，若只考虑它的热效应，忽略它的磁效应，即成为一个理想电阻元件。在图2-8中u和i的参考方向关联，根据欧姆定律得2.3交流电路中的基本元件2.3.1电阻元件2.电阻元件的特性式（2-12）为电阻元件u和i的约束方程，即电阻元件上的电压与电流呈线性关系，两者的比值是一个大于零的常数，称为这一部分电路的电阻，单位是欧［姆］（Ω）。2.3交流电路中的基本元件2.3.1电阻元件2.电阻元件的特性式（2-14）表明电阻元件把从电源吸收的电能全部转化为热能消耗掉，所以电阻是一个耗能元件，并且电阻消耗电能的过程是不可逆的能量转换过程。在汽车传感器电路中，为了提高信号的检测灵敏度和准确度，经常使用电阻分压网络将敏感元件连接成电桥的形式。电桥的形式很多，汽车传感器电路中常用的是直流单臂电桥——惠斯通电桥。惠斯通电桥的电路原理图如图2-9所示。电桥共有四个桥臂。其中一个桥臂ac接敏感元件RX，其余三个臂cb、bd、da分别接标准电阻R2、R3、R4。直流电源E接在电桥的一对对角点ab上，另一对对角点cd接检测电流的检流计。接通电源后调节电阻R2、R3、R4，使检流计的电流为零，则表明此时电桥的cd两点电位相等，称电桥处于平衡状态。如果敏感元件RX受外界信号影响电阻值改变，电桥平衡被打破，这时cd两点电位不相等，检流计中将有电流Ig流过。2.3交流电路中的基本元件2.3.1电阻元件3.电阻分压网络在汽车电路中的应用2.3交流电路中的基本元件2.3.1电阻元件3.电阻分压网络在汽车电路中的应用（1）热敏电阻。热敏电阻是电阻式温度传感器的一种。一般把金属氧化物陶瓷半导体材料经过成形、烧结等工艺制成的测温元件称为热敏电阻（有一部分热敏电阻由碳化硅材料制成）。在工作温度范围内，其电阻值随温度升高而增加的热敏电阻称为正温度系数（PTC）热敏电阻；其电阻值随温度升高而减少的热敏电阻称为负温度系数（NTC）热敏电阻。在临界温度时，其阻值发生跃变的称为临界温度热敏电阻（CTR）。热敏电阻是用半导体材料掺入适当的金属氧化物，根据所要求的形状，在1000℃以上的高温下烧结而成。按照氧化物比例的不同及烧结温度的差别，可以得到特性各异的热敏电阻。一般来说，工作温度范围为-20～130℃的热敏电阻可用于水温和气温的检测，工作温度范围为600～1000℃的高温检测电阻，用于排气温度的检测。热敏电阻式湿度传感器可用于汽车风窗玻璃的防霜、发动机上化油器进气部位空气湿度的测定以及电控自动空调车的车内相对湿度检测。2.3交流电路中的基本元件2.3.1电阻元件4.特殊电阻在汽车上的应用（2）压敏电阻。压敏电阻是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变，或者是说“电阻值对电压敏感”的电阻器。英文名称叫“VoltageDependentResistor”,简写为“VDR”,或者称为“Varistor”。压敏电阻的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的“氧化锌”（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料由二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成，所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阈值UN时，流过它的电流极小，相当于一只关上的阀门；当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。2.3交流电路中的基本元件2.3.1电阻元件4.特殊电阻在汽车上的应用（3）光敏电阻。光敏电阻是利用半导体的光致导电特性制成的。在受光时，半导体受光照产生载流子，由一电极到达另一电极，有效地参与导电，从而使光电导体的电阻率发生变化。光照强度越强，电阻值越小。目前生产的光敏电阻主要是硫化镉（CdS）光敏电阻（占90％以上），为提高硫化镉光敏电阻的光灵敏度，在CdS中掺入铜、银等杂质。光电式光量传感器内装有光敏电阻。当有光照射到传感器上时光敏电阻的阻值发生变化，即这种传感器把周围亮度的变化转换成元件阻值的变化。它可以用于汽车上各种灯具亮灯、熄灯的自动控制。光电式光量传感器可用于灯光控制器上。灯光控制器就装在仪表板的上方，到傍晚时，它使尾灯点亮；当天色变暗时，则点亮前照灯。当对方来车时，还具有变光功能。当然，这都是自动完成的。2.3交流电路中的基本元件2.3.1电阻元件4.特殊电阻在汽车上的应用电感元件是实际电感器的理想模型，用来表征电路中磁场能储存这一物理性质的理想元件。电感元件的电路符号如图2-10所示。电感元件又称为线圈或电感线圈，用符号L表示。2.3交流电路中的基本元件2.3.2电感元件1.电感元件的符号在图2-11中，关联参考方向规定：当u与i的参考方向一致，i与eL的参考方向都与磁场线的参考方向符合右手螺旋定则时，i与eL的参考方向也应该一致。根据法拉第电磁感应定律得2.3交流电路中的基本元件2.3.2电感元件2.电感元件的特性L为线圈的电感（也称自感系数），单位是亨［利］（H）。由式（2-15）可知，当线圈中通过不随时间而变化的恒定电流时，其感应电动势为0，电感元件可视为短路。当电路中有电感器（线圈）存在时，电流通过线圈时会产生比较集中的磁场，因而必须考虑磁场能储存的影响。2.3交流电路中的基本元件2.3.2电感元件2.电感元件的特性2.3交流电路中的基本元件2.3.2电感元件2.电感元件的特性理想电感元件是不消耗电能的，仅仅把电源输出的电能转变成磁场能并储存在线圈中，所以电感是一个储能元件。由式（2-19）可知，当电感元件中的电流增大时，磁场能量增大，在此过程中电能转换为磁能，即电感元件从电源取用能量（充磁过程）；当电感元件中的电流减小时，磁场能量转换为电能，即电感元件向电源放还能量（放磁过程）。实际的电感元件除了有储能作用外，也会消耗一部分电能（反映组成线圈的导线电阻耗能大小），因此实际的电感元件可以被看成是理想电感元件和理想电阻元件的串联组合。电感线圈在汽车上的应用尤为广泛，例如，点火线圈、电感式传感器、曲轴位置传感器和各种继电器和电磁阀等。2.3交流电路中的基本元件2.3.2电感元件2.电感元件的特性电容元件是用来表征电路中电场能储存这一物理性质的理想元件。电容元件简称电容，用符号C表示。图2-12所示为几种常见的电容元件的图形符号。2.3交流电路中的基本元件2.3.3电容元件1.电容元件的符号当电路中有电容元件存在时，电容器极板（由绝缘材料隔开的两个金属导体）上会聚集起等量异性电荷。如图2-13（a）所示，电压u越高，聚集的电荷q就越多，产生的电场越强，储存的电场能就越多。q与u的比值称为电容量。即2.3交流电路中的基本元件2.3.3电容元件2.电容元件的特性2.3交流电路中的基本元件2.3.3电容元件2.电容元件的特性2.3交流电路中的基本元件2.3.3电容元件2.电容元件的特性理想电容元件是不消耗电能的，仅仅把电源输出的电能转变成电场能并储存在两极板之间，所以电容是一个储能元件。由式（2-23）可知,当电容元件两端的电压增加时，电场能量增大，在此过程中，电容元件从电源吸收能量（充电过程），式（2-23）表示在任意时刻t电容器所储存的电场能量；当电容元件两端的电压降低时，电场能量减小，即电容元件向电源放还能量（放电过程）。实际的电容器除了有储能作用外，也会消耗一部分电能（反映出电容的漏电），因此实际的电容器元件可以被看成是理想电容元件和理想电阻元件的并联组合。2.3交流电路中的基本元件2.3.3电容元件2.电容元件的特性电容器作为基本电子元件在汽车电路中应用很广，作为单体元件应用的典型例子就是传统点火系统中分电器上的电容器。在点火过程中，与分电器触点并联的电容器具有重要作用。这是因为触点打开、磁场消失时，在点火线圈一次绕组中产生200～300V的自感电动势，若无电容器，该自感电动势就会在触点间形成火花使触点烧坏；同时该电动势的方向与原来一次电流的方向相同，使一次电路内的电流不能迅速中断，磁场消失也相应减慢，因而二次感应电动势大大降低。为了避免上述不良的后果，可在触点间并联一个电容器。当触点打开时，一次绕组中所产生的自感电动势向电容器迅速充电，触点间不再形成强烈的火花，延长了触点的使用寿命；同时触点打开后，一次绕组和电容器形成一振荡回路，充了电的电容器通过一次绕组进行振荡放电。当电容器第一次放电时，电流以相反的方向通过一次绕组，加速了磁场的消失，使二次感应电动势显著提高。可见,有了电容器后就能减小触点火花，延长触点寿命并增强了点火线圈二次电压。2.3交流电路中的基本元件2.3.3电容元件3.电容在汽车电路中的典型应用测量电容器的电容量要用电容表，有的万用表也带有电容挡。在通常情况下，电容用于滤波或隔直，电路中对电容量的精确度要求不高，故不需测量实际电容量。但是，使用中应掌握电容的一般检测方法。（1）测试漏电阻（适用于0.1μF以上容量的电容）。方法：用万用表的电阻挡（R×100和R×1k），将表笔接触电容器的两引线。刚接触时，由于电容充电电流大，表头指针偏转角度最大，随着充电电流减小，指针逐渐向R∞方向返回，最后稳定处即漏电阻值。一般电容器的漏电阻为几百至几千千欧，漏电阻相对小的电容质量不好。测量时，若表头指针指到或接近零点，表明电容器内部短路。若指针不动，始终指在∞处，则意味着电容器内部断路或已失效。对于电容量在0.1μF以下的小电容，由于漏电阻接近无穷，难以分辨，故不能用此法测量漏电阻或判定好坏。2.3交流电路中的基本元件2.3.3电容元件4.电容器的检测（2）电解电容器的极性检测。电解电容器的正、负极性不允许接错，当极性接反时，可能因电解液的反向极化引起电解电容器的爆裂。当极性标记无法辨认时，可根据正向连接时漏电阻大、反向连接时漏电阻相对小的特点判断极性。交换表笔前后两次测量漏电阻，阻值大的一次，黑表笔接触的是正极，因为黑表笔与万用表内电池正极相接（采用数字万用表时，红表笔接电池正极）。但用这种办法有时并不能明显地区分正、反向电阻，所以使用电解电容时，要注意保护极性标记。2.3交流电路中的基本元件2.3.3电容元件4.电容器的检测2.2正弦量的相量表示法2.1正弦交流电的基本知识2.3交流电路中的基本元件2.4单相正弦交流电路2.5串联电路目录页2.6三相正弦交流电路本章小结纯电阻电路是指电路中只含有电阻的电路，如图2-14（a）所示是一个线性电阻元件的交流电路。电压u和电流i的参考方向如图所示,两者的关系由欧姆定律确定,即2.4单相正弦交流电路2.4.1纯电阻电路1.电路中电压与电流的关系2.4单相正弦交流电路2.4.1纯电阻电路1.电路中电压与电流的关系2.4单相正弦交流电路2.4.1纯电阻电路2.电路中的功率（2）平均功率。在工程中常用瞬时功率在一个周期内的平均值表示的功率，称为平均功率。平均功率也称有功功率，用大写字母P表示。即2.4单相正弦交流电路2.4.1纯电阻电路2.电路中的功率图2-15（a）所示为一电感线圈组成的交流电路，假定这个线圈中只有电感L，而电阻R可忽略不计，这就是一个纯电感电路。设电流为参考正弦量，即2.4单相正弦交流电路2.4.2纯电感电路1.电路中电压与电流的关系2.4单相正弦交流电路2.4.2纯电感电路2.感抗2.4单相正弦交流电路2.4.2纯电感电路3.电路中的功率2.4单相正弦交流电路2.4.2纯电感电路3.电路中的功率2.4单相正弦交流电路2.4.2纯电感电路3.电路中的功率2.4单相正弦交流电路2.4.3纯电容电路1.电路中电压与电流的关系2.4单相正弦交流电路2.4.3纯电容电路2.容抗2.4单相正弦交流电路2.4.3纯电容电路3.电路中的功率2.4单相正弦交流电路2.4.3纯电容电路3.电路中的功率2.4单相正弦交流电路2.4.3纯电容电路3.电路中的功率2.2正弦量的相量表示法2.1正弦交流电的基本知识2.3交流电路中的基本元件2.4单相正弦交流电路2.5串联电路目录页2.6三相正弦交流电路本章小结2.5串联电路2.5.1串联电路中电压与电流的关系2.5串联电路2.5.1串联电路中电压与电流的关系2.5串联电路2.5.1串联电路中电压与电流的关系2.5串联电路2.5.2RLC串联电路中的阻抗2.5串联电路2.5.2RLC串联电路中的阻抗2.5串联电路2.5.3串联谐振1.串联谐振的条件2.5串联电路2.5.3串联谐振2.串联谐振的特性2.5串联电路2.5.3串联谐振2.串联谐振的特性2.5串联电路2.5.3串联谐振2.串联谐振的特性2.2正弦量的相量表示法2.1正弦交流电的基本知识2.3交流电路中的基本元件2.4单相正弦交流电路2.5串联电路目录页2.6三相正弦交流电路本章小结2.6三相正弦交流电路2.6.1三相正弦交流电源2.6三相正弦交流电路2.6.1三相正弦交流电源2.6三相正弦交流电路2.6.1三相正弦交流电源2.6三相正弦交流电路2.6.2三相交流电源的连接1.星形连接2.6三相正弦交流电路2.6.2三相交流电源的连接1.星形连接2.6三相正弦交流电路2.6.2三相交流电源的连接1.星形连接2.6三相正弦交流电路2.6.2三相交流电源的连接1.星形连接2.6三相正弦交流电路2.6.2三相交流电源的连接2.三角形连接2.6三相正弦交流电路2.6.2三相交流电源的连接2.三角形连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接三相负载有两种连接方式：星形（Y）连接和三角形（△）连接。若负载所需的电压是电源的相电压，像各种照明负载、家用电器等，应当将负载接到端线与中性线之间。当负载数量较多时，应当尽量平均分配到三相电源上，使三相电源得到均衡的利用，这就构成了负载的星形连接，如图2-25（a）所示。若负载所需的电压是电源的线电压，像电动机、功率较大的电炉等，应当将负载接到端线与端线之间。当负载数量较多时，应当尽量平均分配到三相电源上，这就构成了负载的三角形连接，如图2-25（b）所示。若三相电源上接入的负载完全相同，即阻抗值相同、阻抗角相等的负载，称为三相对称负载，如三相电动机、三相变压器等。2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接1.三相负载的星形连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接1.三相负载的星形连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接1.三相负载的星形连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接1.三相负载的星形连接（2）不对称三相负载：三相负载不对称，若中性线的存在，使每相负载两端的电压是对称的电源相电压，从而保证了三相负载能独立正常的工作。如果中性线断开，各相负载两端的电压会根据各相负载阻抗值的大小重新分配，这有可能使电压高的相里的用电设备在高于额定电压的情况下运行，这样会危及设备的安全和缩短使用寿命。而电压低的相里的设备在低压下运行，发挥不出应有的功率，影响使用效果。因此，三相负载不对称时，必须采用三相四线制，且中性线上不能安装开关、熔断器等装置。2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接2.三相负载的三角形连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接2.三相负载的三角形连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接2.三相负载的三角形连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接2.三相负载的三角形连接2.6三相正弦交流电路2.6.3三相负载的连接2.三相负载的三角形连接2.6三相正弦交流电路2.6.4三相交流电路的功率2.6三相正弦交流电路2.6.4三相交流电路的功率2.6三相正弦交流电路2.6.4三相交流电路的功率2.2正弦量的相量表示法2.1正弦交流电的基本知识2.3交流电路中的基本元件2.4单相正弦交流电路2.5串联电路目录页2.6三相正弦交流电路本章小结本章小结1.正弦交流电的基本概念本章小结2.正弦交流电路中的基本元件本章小结3.R、L、C元件伏安（功率）关系比较见表2-1本章小结4.谐振本章小结5.三相交流电路本章小结5.三相交流电路感谢观看

完成习题汽车电工电子技术（1）理解磁场和磁路的基本概念。（2）掌握交流铁芯线圈电路的三个关系（即电磁关系、电压电流关系和功率关系）。（3）理解电磁铁的基本结构、工作原理以及在汽车上的应用。（4）理解单相变压器的基本结构与工作原理。（5）了解变压器在汽车上的典型应用。（6）了解几种常见变压器的结构、用途及工作原理。学习目标第3章磁路与变压器3.2交流铁芯线圈电路3.1磁路的概述3.3变压器3.4特殊变压器3.5变压器在汽车上的典型应用目录页本章小结

常用的电气设备（如变压器、电动机等），在工作时都会产生磁场。为了把磁场聚集在一定的空间范围内，以便加以控制和利用，就必须用高磁导率的铁磁材料做成一定形状的铁芯，使之形成一个磁通的路径，使磁通的绝大部分通过这一路径而闭合。把磁通经过的闭合路径称为磁路。为了分析和计算磁场，下面首先介绍磁路的基础知识。3.1磁路的概述

磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。它是一个矢量，其方向与该点磁力线的切线方向一致，磁感应强度B与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右手螺旋定则。其大小可用通过单位电流强度的单位长度导线所受的力，即B＝F/IL来确定。若磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同，则为均匀磁场。在国际单位制中，磁感应强度的单位是特［斯拉］（T）。在电磁单位制中，磁感应强度的单位是高斯（Gs），简称高。两者的关系为3.1磁路的概述3.1.1磁场的基本物理量1.磁感应强度

在均匀磁场中，磁感应强度B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Φ，即Φ＝BS或B＝Φ/S。磁感应强度在数值上可以看成与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。在国际单位制中，磁通的单位是韦［伯］（Wb）。3.1磁路的概述3.1.1磁场的基本物理量2.磁通3.1磁路的概述3.1.1磁场的基本物理量3.磁导率

磁场强度H是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量。为了从磁感应强度B中除去磁介质的因素，故定义为H=B/μ。磁场强度也是矢量，只与产生磁场的电流以及这些电流的分布情况有关，而与磁介质的磁导率无关，它的单位是安/米（A/m）。3.1磁路的概述3.1.1磁场的基本物理量4.磁场强度

根据导磁性能的好坏，自然界的物质可分为两大类。一类称为铁磁材料，如铁、钢、镍和钴等，这类材料的导磁性能好，磁导率大；另一类为非铁磁材料，如铜、铝、纸和空气等，此类材料的导磁性能差，磁导率小（接近真空的磁导率μ0）。铁磁材料是制造变压器、电动机和电器等各种电工设备的主要材料。铁磁材料的导磁性能对电磁器件的性能和工作状态有很大影响。铁磁材料的导磁性能表现为高导磁性、磁饱和性和磁滞性。3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能

铁磁材料具有很强的导磁能力，在外磁场作用下，其内部的磁感应强度会大大增强，相对磁导率可达几百、几千甚至几万。这是因为在铁磁材料的内部存在许多磁化小区，称为磁畴。每个磁畴就像一块小磁铁。在无外磁场作用时，这些磁畴的排列是不规则的，对外不显示磁性，如图3-1（a）所示。在一定强度的外磁场作用下，这些磁畴将顺着外磁场的方向趋向规则的排列，产生一个附加磁场，使铁磁材料内的磁感应强度大大增强，如图3-1（b）所示，这种现象称为磁化。非铁磁材料没有磁畴结构，不具有磁化特性。通电线圈中放入铁芯后，磁场会大大增强，这时的磁场是线圈产生的磁场和铁芯被磁化后产生的附加磁场之叠加。变压器、电动机和各种电器的线圈中都放有铁芯。在这种具有铁芯的线圈中通入不大的励磁电流，便可产生足够大的磁感应强度和磁通。3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能1.高导磁性3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能1.高导磁性

在铁磁材料的磁化过程中，随着励磁电流的增大，外磁场和附加磁场都将增大。但当励磁电流增大到一定值时，几乎所有的磁畴都与外磁场的方向一致，附加磁场就不再随励磁电流的增大而继续增强了，这种现象称为磁饱和现象。材料的磁化特性可用磁化曲线B=f（H）表示，如图3-2所示。它大致上可分为四段，其中Oa段的磁感应强度B随磁场强度H增加较慢；ab段B随H成正比地增加；b点以后B随H的增加速度又减慢下来，逐渐趋于饱和；过了c点以后，其磁化曲线近似于直线，且与真空或非铁磁材料的磁化曲线B0=f（H）平行。工程上称a点为附点，称b点为膝点，c点为饱和点。由于铁磁材料B与H的关系是非线性的，故由B=μH的关系可知，其磁导率产生的数值将随磁场强度H的变化而改变，如图3-2中的B=f（H）曲线。铁磁材料在磁化起始的oa段和进入饱和以后，μ值均不大，但在膝点b附近达到最大值。所以电气工程上通常要求铁磁材料工作在膝点附近。3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能2.磁饱和性3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能2.磁饱和性

如果励磁电流是大小和方向都随时间变化的交变电流，则铁磁材料将受到交变磁化。在电流交变的一个周期中，磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图3-3磁滞回线所示。由图可见，当磁场强度减小时，磁感应强度并不沿着原来这条曲线回降，而是沿着一条比它高的曲线缓慢下降。当H减速到0时，B并不等于0而仍保留一定的磁性。这说明铁磁材料内部已经排齐的磁畴不会完全回复到磁化前杂乱无章的状态，这部分保留的磁性称为剩磁，用Br表示。如要去掉剩磁，使B=0，应施加一反向磁场强度Hc。Hc的大小称为矫顽磁力，它表示铁磁材料反抗退磁的能力。3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能3.磁滞性3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能3.磁滞性

若再反向增大磁场，则铁磁材料将反向磁化；当反向磁场减小时，同样会产生反向剩磁（-Br）。随着磁场强度不断正、反向变化，得到的磁化曲线为一封闭曲线。在铁磁材料反复磁化的过程中，磁感应强度B的变化总是落后于磁场强度H的变化，这种现象称为磁滞现象，图3-3所示的封闭曲线称为磁滞回线。3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能3.磁滞性

铁磁材料按其磁性能又可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三种类型，图3-4所示是不同类型的磁滞回线。其中，图3-4（a）是软磁材料，图3-4（b）是硬磁材料，图3-4（c）是矩磁材料。软磁材料的剩磁和矫顽力较小，磁滞回线形状较窄，但磁化曲线较陡，即磁导率较高，所包围的面积较小。它既容易磁化，又容易退磁，一般用于有交变磁场的场合，如用来制造镇流器、变压器、电动机以及各种（中、高频）电磁元件的铁芯等。常见的软磁材料有纯铁、硅钢、玻莫合金以及非金属软磁铁氧体等。硬磁材料的剩磁和矫顽力较大，磁滞回线形状较宽，所包围的面积较大，适用于制作永久磁铁，如扬声器、耳机、电话机、录音机以各种磁电式仪表中的永久磁铁。常见的硬磁材料有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。矩磁材料的磁滞回线近似于矩形，剩磁很大，接近饱和磁感应强度，但矫顽力较小，易于翻转，常在计算机和控制系统中用作记忆元件和开关元件。矩磁材料有镁锰铁氧体及某些铁镍合金等。3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能3.磁滞性3.1磁路的概述3.1.2铁磁材料的磁性能3.磁滞性3.2交流铁芯线圈电路3.1磁路的概述3.3变压器3.4特殊变压器3.5变压器在汽车上的典型应用目录页本章小结

图3-5所示是交流铁芯线圈电路，线圈的匝数为N，当在线圈两端加上正弦交流电压u时，就有交变励磁电流i流过。在交变磁通势的作用下产生交变的磁通，其绝大部分通过铁芯，称为主磁通Φ，但还有很小部分从附近空气中通过，称为漏磁通Φσ。这两种交变的磁通都将在线圈中产生感应电动势。3.2交流铁芯线圈电路3.2.1电磁关系

设线圈电阻为R，主磁通在线圈上产生的感应电动势为e，漏磁通产生的感应电动势为eσ，它们与磁通的参考方向之间符合右手螺旋定则。根据基尔霍夫电压定律可得，铁芯线圈中的电压、电流与电动势之间的关系为3.2交流铁芯线圈电路3.2.1电磁关系3.2交流铁芯线圈电路3.2.1电磁关系在交流铁芯线圈电路中，除了在线圈电阻上有功率损耗外，铁芯中也会有功率损耗。线圈上损耗的功率称为铜损；铁芯中损耗的功率称为铁损，铁损包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。3.2交流铁芯线圈电路3.2.2功率损耗铁磁材料交变磁化的磁滞现象所产生的铁损称为磁滞损耗。它是由铁磁材料内部磁畴反复转向，磁畴间相互摩擦引起铁芯发热而造成的损耗。铁芯单位体积内每周期产生的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。为了减小磁滞损耗，交流铁芯均由软磁材料制成。3.2交流铁芯线圈电路3.2.2功率损耗1.磁滞损耗铁磁材料不仅有导磁能力，同时也有导电能力，因而在交变磁通的作用下铁芯内将产生感应电动势和感应电流，感应电流在垂直于磁通的铁芯平面内围绕磁力线呈漩涡状，如图3-6（a）所示，故称为涡流。涡流使铁芯发热，其功率损耗称为涡流损耗。为了减小涡流，可采用硅钢片叠成的铁芯，它不仅有较高的磁导率，还有较大的电阻率，可使铁芯的电阻增大，涡流减小。同时，硅钢片的两面涂有绝缘漆，使各片之间互相绝缘，可把涡流限制在一些狭长的截面内流动，从而减小了涡流损耗，如图3-6（b）所示。所以各种交流电动机、电器和变压器的铁芯普遍用硅钢片叠成。3.2交流铁芯线圈电路3.2.2功率损耗2.涡流损耗3.2交流铁芯线圈电路3.2.2功率损耗2.涡流损耗电磁铁是利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。电磁铁主要由线圈、铁芯及衔铁三部分组成，铁芯和衔铁一般用软磁材料制成。铁芯一般是静止的，线圈总是装在铁芯上。开关电器的电磁铁的衔铁上还装有弹簧，如图3-7所示。3.2交流铁芯线圈电路3.2.3电磁铁3.2交流铁芯线圈电路3.2.3电磁铁当线圈通电后，铁芯和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁芯方向运动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹簧的反作用力，衔铁将在反作用力的作用下返回原来的释放位置。电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。如果按照用途来划分可分为牵引电磁铁、起重电磁铁、制动电磁铁、自动电器的电磁系统和其他用途的电磁铁。其中，牵引电磁铁主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务；起重电磁铁用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料；制动电磁铁主要用于对电动机进行制动，以达到准确停车的目的；自动电器的电磁系统，如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等；其他用途的电磁铁，如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。3.2交流铁芯线圈电路3.2.3电磁铁利用电磁铁的特点，可制成许多控制部件或执行部件应用到汽车上，其中比较典型的应用就是触点式电压调节器和汽车电喇叭。其中，触点式电压调节器利用电磁铁在不同电流下的磁力变化使衔铁触点断开或吸合，控制发电机励磁电路的闭合与断开，以达到调节发电机输出电压的目的。电喇叭利用衔铁触点控制电磁铁电路的通断，使电磁铁不断吸合和断开，产生振荡，发出鸣叫音。下面分别说明。3.2交流铁芯线圈电路3.2.4电磁铁在汽车上的应用现以配装在东风EQ1090汽车上的FT—61型双级触点式电压调节器为例进行说明，其结构原理如图3-8所示。动触点在两个静触点中间形成一对动断的低速触点K1，另一对动合的高速触点K2能调节两级电压，故称为双级触点式。高速静触点与金属底座直接搭铁。对外只有点火（或火线、电枢、A、S、+）和磁场（或F）两个接线柱。3.2交流铁芯线圈电路3.2.4电磁铁在汽车上的应用1.触点式电压调节器3.2交流铁芯线圈电路3.2.4电磁铁在汽车上的应用1.触点式电压调节器低速触点K1和加速电阻R1、调节电阻R2并联；高速触点K2与发电机励磁绕组并联；温度补偿电阻R3串入磁化线圈电路。另外，还有电磁铁芯、磁化线圈、活动触点臂衔铁、拉力弹簧等。硅整流三相同步交流发电机相电压有效值的变化规律前面已叙述过，硅整流发电机输出电压的高低，取决于转子的转速和磁极磁通。保持电压恒定的调控原理，只能在转速升高时，相应减弱磁通，而减弱磁通只能以减小励磁电流来实现。K1—低速触点；K2—高速触点；R1—加速电阻（8.5Ω）；R2—调节电阻（1Ω）；R3—温度补偿电阻（13Ω）FT—61型双级触点式电压调节器就是通过控制硅整流发电机励磁电流的大小来控制发电机输出电压的。现将稳压过程简述如下。FT—61型双级触点式电压调节器与发电机的接线如图3-9所示。3.2交流铁芯线圈电路3.2.4电磁铁在汽车上的应用1.触点式电压调节器3.2交流铁芯线圈电路3.2.4电磁铁在汽车上的应用1.触点式电压调节器（1）闭合点火开关S，此时，由于发电机转速很低，调节器点火接线柱对地的电压小于14V，电流流入电磁线圈产生的电磁力不能克服弹簧的拉力，所以低速触点K1仍然闭合。（2）发电机转速升高，使发电机电压高于蓄电池电压时，磁场电流和电磁线圈中的电流均由发电机供给。发电机自身向励磁绕组提供励磁电流，自励电流由发电机A端输出。3.2交流铁芯线圈电路3.2.4电磁铁在汽车上的应用1.触点式电压调节器（3）随着发电机转速的升高，当发电机电压达到一级工作电压（14V）时，电磁线圈的电磁力增强，克服弹簧拉力，将衔铁吸下，使K1打开，处于中间悬空位置。由于电路中串入了R1、R2使磁场电流减小，发电机电压降低。当发电机电压下降而略低于工作电压（14V）后，通过电磁线圈3的电流减小，电磁吸力减弱,K1在弹簧作用下重新闭合，R1、R2被短路，使磁场电流增加，发电机电压再度升高。当发电机电压升至略高于工作电压14V时，K1又被打开，处于悬空位置，发电机电压又降低。如此重复，K1不断振动，使发电机电压保持在一级调压值14V上工作。3.2交流铁芯线圈电路3.2.4电磁铁在汽车上的应用1.触点式电压调节器（4）发电机高速运转时，即使K1打开，串入R1、R2，因其数值很小，发电机电压仍会继续升高，此时电压升到二级调压值14.5V，因电磁吸力远远大于弹簧弹力，使K2闭合。K2闭合，磁场绕组的两端均搭铁而短路，于是发电机电压急剧下降。与此同时，电磁线圈吸力减小，衔铁又使活动触点处于悬空位置，K1、K2均打开，磁场电路中又串入R1、R2，电压重新升高。如此重复,K2不断振动开闭，使发电机电压保持在二级调压值14.5V上稳定工作。3.2交流铁芯线圈电路3.2.4电磁铁在汽车上的应用1.触点式电压调节器为了保证安全行车，汽车上都装有电喇叭。汽车电喇叭按外形不同可分为螺旋形、筒形和盆形等，目前国产汽车使用的多为螺旋形和盆形喇叭。两种电喇叭的结构和工作原理基本相同，不同之处是扬声筒形状不同。汽车电喇叭靠电磁原理使膜片振动而发出声音警报信号。电喇叭由电磁铁、可动的衔铁、膜片和常闭的触点