《汽车电工与电子技术基础》课件项目2：汽车交流电路的检测与维

汽车电工与电子技术基础项目2：汽车交流电路的检测与维修多媒体教学课件西安电子科技大学出版社出版情境导入：

车载用电设备几乎都是直流供电，实际上直流电是由交流电转换而来的。燃油汽车的三相正弦交流电由搭载在车上一台交流发电机产生。随着新能源汽车的崛起，有些用电设备就需三相交流供电，主要是混合动力汽车与纯电动汽车的驱动电机、电动空调的压缩机。因此，正弦交流电路是汽车电路中不可或缺的一部分。项目描述：

燃油汽车的仪表盘充电指示故障报警灯，发动机起动后不熄灭，需要进行维修。故障的部位可能是：（1）线路连接处有断路；（2）发电机皮带松脱或打滑；（3）发电机本身出故障；（4）整流模块或电压调节器故障；（5）磁场继电器故障。完成项目，你需要：1.观测正弦交流电压波形2.观测RLC在交流电路中的特性4.学会三相负载电路的分析3.知道如何提高功率因数5.三相交流发电机检测与维修正弦交流电的基础知识单一参数的交流电路三相交流电路功率因数的提高车用交流发电机知识导航：任务2.1：观测正弦交流电压波形2.1.1正弦交流电的产生2.1.2.正弦交流电的三要素2.1.3正弦交流电的表示法2.1.1正弦交流电的产生2.1.1正弦交流电的产生1.正弦交流电的产生电磁感应定律内容是什么？2.正弦交流电的波形2.1.1正弦交流电的产生3.正弦交流电的数学表达式cd边感应电动势为：ab边感应电动势为：负载端电压:流过R的电流:2.1.1正弦交流电的产生？提问与答疑2.1.2.正弦交流电的三要素2.1.2.正弦交流电的三要素

1.幅值：表征大小瞬时值：正弦量在任一瞬间所对应的大小

称为瞬时值。表示为、、。

2.1.2.正弦交流电的三要素最大值：瞬时值中出现的最大量称为最大值，也叫峰值。表示为、、。2.1.2.正弦交流电的三要素有效值：交流电流通过电阻R在一个周期内所产生的热量和直流电流通过同一电阻R在相同时间内所产生的热量相等，则这个直流电流的数值叫做交流电流的有效值。表示为、、。例：已知求最大值与有效值各为多少V。当t=0时，电压的瞬时值为多少？解：2.1.2.正弦交流电的三要素2.角频率：表征变化快慢程度周期：变化一次所需要的时间叫做周期。用“T”表示，单位秒S。2.1.2.正弦交流电的三要素频率：单位时间内变化的次数称为频率。用“ƒ”表示，单位赫兹（Hz）。角频率：单位时间内变化的弧度。用“ω”表示，单位:弧度/秒（rad/s）。单位时间为秒S例：已知求角频率、频率与周期各为多少。解：2.1.2.正弦交流电的三要素（1）初相位：当t=0时，电压（电流）的起始位置。3.相位角：表征正弦交流电的进程2.1.2.正弦交流电的三要素（2）相位差：两个同频率电压或电流初相位的差值。：超前：滞后：同相：反相例：已知解：求，电压的初相位各为多少？哪个电压超前，超前多少度滞后30度，或者超前30度2.1.2.正弦交流电的三要素2.1.3正弦交流电的表示法2.1.3正弦交流电的表示法1.瞬时表达式：2.波形表示法：3.相量表示法：用复数来表示正弦量的方法称为相量表示法。代数式指数式极坐标式为了便于运算三角函数式2.1.3正弦交流电的表示法3.相量表示法动画2.1.3正弦交流电的表示法相量表示：相量图2.1.3正弦交流电的表示法注意：（1）只有正弦量才能用相量表示，相量不能表示非正弦量。（2）相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。（3）只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上，不同频率的正弦量不能画在同一个相量图上，否则无法比较与计算。（4）相量的加、减运算服从平行四边形法则。2.1.3正弦交流电的表示法【例】电路中，设求总电流i，并画出电流相量图。【解】？提问与答疑知识导航：任务2.2：观测R、L、C在交流电路中的特性2.2.1纯电阻电路2.2.3纯电感电路2.2.2纯电容电路2.2.1纯电阻电路2.2.1纯电阻电路设电压、电流的参考方向如图所示：电流：则电压：相量表示：相量图：2.2.1纯电阻电路瞬时功率：平均功率：2.2.1纯电阻电路电阻在交流电路中的特点是：（1）电压与电流频率相同；（2）电压与电流的瞬时值、最大值、有效值均遵循欧姆定律；（3）电压与电流同相；（4）瞬时功率与平均功率都为正，电阻消耗电能。（5）电阻对电流阻碍作用不随频率的变化而变化。2.2.1纯电阻电路【例】将一个100Ω的电阻接入电压为因电阻与频率无关，电压保持不变时，电流有效值相等。电源上，试求（1）电流有效值。（2）如果电压保持不变，将频率变为100Hz，这时电流有效值又为多少？【解】（1）电压的有效值为：∵电流的有效值为：？提问与答疑2.2.2纯电容电路2.2.2纯电容电路设电压、电流的参考方向如图所示：则电流：相量表示：相量图：电压：2.2.2纯电容电路式：有：表征了电容对交流电流的阻碍作用，称之为容抗2.2.2纯电容电路瞬时功率：充电充电放电平均功率：无功功率：放电2.2.2纯电容电路综上分析，电容元件在交流电路中的特点：（1）电压与电流频率相同；（2）电压与电流的最大值、有效值遵循欧姆定律，但瞬时值不遵循欧姆定律；（3）电压与电流不同相，电流超前电压90度，或者说电压滞后电流90度。（4）电容元件在交流电路中的平均功率为零，所以它不消耗能量。电容有存储电能的作用。（5）电容元件在交流电路中对电流有阻碍作用。其容抗与电容C、频率ƒ成反比。2.2.2纯电容电路【例】：把一个10μF的电容元件接到频率为50Hz，电压有效值为10V的正弦电源上，试求电流为多少？如果保持电压值不变，将电源频率改为1000Hz，这时电流将为多少？【解】（1）频率为50Hz时：（2）频率为1000Hz时：？提问与答疑2.2.3纯电感电路2.2.3纯电感电路设电压、电流的参考方向如图所示：电流：则电压：相量表示：相量图：2.2.3纯电感电路式：有：表征了电感对交流电流的阻碍作用，称之为感抗2.2.3纯电感电路瞬时功率：储能放能储能放能平均功率：无功功率：2.2.3纯电感电路综上分析，电感元件在交流电路中的特点：（1）电压与电流频率相同；（2）电压与电流的最大值、有效值遵循欧姆定律，但瞬时值不遵循欧姆定律；（3）电压与电流不同相，电压超前电流90度，或者说电流滞后电压90度；（4）电感元件在交流电路中的平均功率为零，不消耗能量，能将电能转化为磁能进行存储。（5）电感元件在交流电路中对电流有阻碍作用，其感抗与电感L、频率ƒ成正比。2.2.3纯电感电路（2）当频率调到5000Hz时：【例】：把一个0.1H的电感元件接到电压为的正弦电源上，试求（1）电流是多少，写出电流的瞬时表达式。（2）若将频率调到5000Hz，电源电压保持不变，这时电流将为多少？【解】（1）当ω=314rad/s时？提问与答疑任务2.3功率因数的提高知识导航：2.3.1RL串联交流电路2.3.2功率因数的提高2.3.1RL串联交流电路2.3.1RL串联交流电路1.RL串联电路电压的关系设电流：电压电压：电感电压：总电压：2.3.1RL串联交流电路2.RL串联电路的阻抗总阻抗：

阻抗角：2.3.1RL串联交流电路3.RL串联电路的功率有功功率:无功功率:视在功率:2.3.1RL串联交流电路4.功率因数：

反映功率利用率？提问与答疑2.3.2功率因数的提高2.3.2功率因数的提高1.功率因数提高的意义【例1】一台发电机的额定电压为220V，输出的总功率为4400KVA。问：该发电机向额定工作电压为220V，有功功率为4.4KW，功率因数为0.5的用电器供电，能使多少个这个的设备工作正常？若将用电的功率因数提高到0.8，又能使多少这种用电设备正常工作？【解】

发电机的额定工作电流为功率因数为0.5，每个用电设备的电流为：发电机能提供这种设备正常工作的个数为：2.3.2功率因数的提高功率因数提高到0.8，则每个用电设备的电流为设备正常工作的个数为【例2】一座发电站以220KV的高压输入给负载4.4×105KW的电力，如果输电线的总电阻为10Ω，试计算负载的功率因数为0.5提高到0.8时，输电线上一天可以少损失多少电能？【解】功率因数为0.5时，线路中的电流为：功率因数为0.8时，线路中的电流为：一天少损失的电能为：2.3.2功率因数的提高（1）减小了电路中能量互换规模，提高了供电设备能量的利用率。（2）减小了线路与发电机绕组的功率损耗。2.3.2功率因数的提高2.功率因数提高的方法（1）提高用电设备本功率因数（2）在感性负载上并联电容器提高功率因数2.3.2功率因数的提高在并联电容之前：在并联电容之后：并联电容器电容值的公式:？提问与答疑知识导航：任务2.4：三相负载电路的分析2.4.1三相交流电的产生2.4.2三相交流电动势的连接2.4.3三相负载的连接2.4.1三相交流电的产生2.4.1三相交流电的产生单相正弦交流电是如何产生的？1.三相正弦交流电的产生及特点2.4.1三相交流电的产生瞬时表达式三相对称电动势：电动势幅值相同，频率相等，相位彼此相差120度。特点（1）相量表达式2.4.1三相交流电的产生相量图三相对称电动势：在任一瞬间其相量和为零特点（2）波形图2.4.1三相交流电的产生相序：三相电动势随时间按正弦规律变化，它们先后达到最大值的顺序。相序为特点（3）2.4.1三相交流电的产生交流发电机结构

定子

转子？提问与答疑2.4.1三相交流电动势的连接交流发电机结构

定子

转子1.星形连接法——Y连接火线（相线）：三相绕组的始端分别引出三根导线，用“L”表示。中线（零线）：三相绕组的末端联结成一个公共点引出一条线，用“N”表示。三相四线制2.4.2三相交流电动势的连接相电压：火线与中线之间的电压，用“”表示。线电压：火线与火线之间的电压，用“”表示。我国市电标准：相电压220V

线电压380V2.4.2三相交流电动势的连接2.4.2三相交流电动势的连接2.三角形连接法——连接2.4.2三相交流电动势的连接？提问与答疑2.4.3三相负载的连接1．星形连接负载相电压：负载两端的电压称为负载相电压。负载相电压就等于电源相电压。相电流：在相电压的作用下，流过各负载的电流称为相电流。相电流用“”表示。线电流：流过每根火线的电流称线电流。线电流用“”表示。显然，当负载星形连接时，相电流等于线电流。（1）几个概念：2.4.3三相负载的连接中线电流：流过中性线的电流为中线电流，用“”表示。对称负载：三相负载的大小与性质都相等时，称之为对称负载。2.4.3三相负载的连接（2）各电流、电压之间的基本关系①线电压是相电压的倍，且线电压超前相应相电压30度。用相量表示为：②线电流等于相电流。即：③当负载对称时，中线电流等于零。2.4.3三相负载的连接【例】：如图电路中，电源电压对称，每相电压均为，负载均为白炽灯组，在额定电压下：（1）当求负载相电压、负载相电流及中线电流；2.4.3三相负载的连接【解】（1）负载相电压与电源相电压相等（2）当相灯泡灯丝烧断，求负载相电压、负载相电流及中线电流；【解】：（2）2.4.3三相负载的连接（3）当短路时，求负载相电压、负载相电流及中线电流；【解】:短路，W相烧保险，不影响其它两相。2.4.3三相负载的连接（4）当短路且中线断开时，求负载相电压、负载相电流；【解】：相电压远超其额定电压220V，会导致灯泡烧毁。2.4.3三相负载的连接【解】：

负载相电压不再等于电源相电压，可能导致负载烧毁2.4.3三相负载的连接（5）当开路且中线断开时，求负载相电压，负载相电流。（1）负载对称且有中性的情况下，各相电压对称且中线电流为零。此时中线若开路，对电路无影响，各负载相电压依旧对称。（2）负载不对称有中线的情况下，负载相电压保持不变，中线电流不等于零。若一相出现故障，其它两相均不受影响。（3）负载不对称无中线的情况下，负载相电压不再等于电源相电压。任何一相出现故障，均影响其它两相电压出现异常，导致故障发生。

中线的作用是使不对称负载获得对称的相电压。

结论：中线上不允许接入保险、开关2.4.3三相负载的连接2．负载三角形连接（1）负载相电压等于电源线电压。（2）各线电流与相电流的关系负载对称时2.4.3三相负载的连接？提问与答疑知识导航：任务2.5：汽车三相交流发电机检测与维修2.5.1汽车交流发电机的构造2.5.2汽车交流发电机的特性2.5.3汽车交流发电机的型号2.5.4汽车交流发电机的检测2.5.1汽车交流发电机的构造2.5.1汽车交流发电机的构造1．定子总成：获得三相交流电动势。定子铁心：硅钢片定子绕组：三相对称铜线圈互成120度按正弦规律分布镶嵌在定子槽中定子总成2345三相绕组采用星形连接2.5.1汽车交流发电机的构造2．转子总成：产生旋转磁场。转子铁心：硅钢片转子绕组：通电产生磁场转子总成爪极：磁化滑环：接电刷42315转子轴2.5.1汽车交流发电机的构造3．电刷电刷的作用是将外电源引入转子绕组。2.5.1汽车交流发电机的构造4．整流器将三相交流电转换成直流电。2.5.1汽车交流发电机的构造？提问与答疑2.5.2汽车交流发电机的特性2.5.2汽车交流发电机的特性1.输出特性空载转速n1:低于n1不向外供电满载转速n2:n1-n2转速升高输出电流增大转速继续增大:自动限流保护

n1常用作选择发动机与发电机之间传动比的主要依据；定期测量n1与n2这两个数据，可判断出发电机性能是否良好。指发电机向负载供电时，保持发电机输出电压恒定的情况下，发电机的输出电流与转速之间的关系，即函数关系。2.空载特性发电机空载时，其输出电压与转速之间的关系，即时的函数关系，称为空载特性。空载特性是判断硅整流发电机性能是否良好的重要依据。2.5.2汽车交流发电机的特性3.外特性外特性是指转速一定时，输出电压与输出电流之间的关系。即n=常数时，函数关系曲线。交流发电机有自我限制电流的功能2.5.2汽车交流发电机的特性？提问与答疑2.5.3汽车交流发电机的型号2.5.3汽车交流发电机的型号1．产品代号：按产品名称顺序，取汉语拼音的头一个字母组成。“J”指交流，“F”指发电机，“Z”指整，“W”指无刷，“B”指泵。2．分类代号：在发电机的型号中，以电压等级为分类代号。“1”指12V，“2”指24V。代号1235789功率=180＞180-250＞250-350＞350-500＞500-750＞750-1000＞10003．分组代号：分组代号指的是功率等级，单位为“W”。4．产品设计序号：按主品设计顺序，以阿拉伯数字表示。5．变型代号2.5.3汽车交流发电机的型号例：JF173表明了该产品为交流发电机，标称电压为12V，额定功率为750W，设计序号为3，调整臂在中间位置。

JF2511Y表明了该产品为交流发电机，标称电压为24V，额定功率为500W，设计序号为11，调整臂在右侧。？提问与答疑2.5.4