第一章汽車照明電路1.1電路及其基本物理量1.2電阻元件和歐姆定律1.3汽車照明電路分析1.1電路及其基本物理量1.1.1電路概述1.1.2電路的基本物理量1.1.3電路的開路和短路

電路：由電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接起來的整體，它是電流所通過的路徑。電路一般由電源、負(fù)載以及中間環(huán)節(jié)等部分組成。電路中供給電能的設(shè)備和器件稱為電源，用電設(shè)備或元器件稱為負(fù)載。用電設(shè)備或元器件在工作時(shí)表現(xiàn)出的電磁現(xiàn)象可以用下面三個(gè)理想負(fù)載元件及其組合來反映。1.1.1電路概述

電阻元件—替代主要是消耗電能并轉(zhuǎn)換成其他形式能量的實(shí)際元件，用字母R表示，簡稱電阻。電感元件—替代主要是存儲(chǔ)磁場能量的實(shí)際元件，用字母L表示，簡稱電感。電容元件—替代主要是存儲(chǔ)電場能量的實(shí)際元件，用字母C表示，簡稱電容。理想元件電阻（R）、電感（L）、電容（C）、電壓源（US）、電流源（IS）的圖形符號如圖1-2所示。圖1-1汽車行李廂照明電路簡圖圖1-2理想元件圖形符號1.1.2電路的基本物理量1．電流

（1）定義：電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流，通常將正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流正方向。電流的大小用電流強(qiáng)度來衡量，其數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量。根據(jù)定義有 （1-1）式中，i

—

電流強(qiáng)度（簡稱電流），單位為安培（A）。（2）分類一類是電流的大小和方向都不隨時(shí)間而變化，稱為恒定電流，簡稱直流，用I表示。另一類是電流大小和方向都隨時(shí)間變化，稱為變動(dòng)電流，變動(dòng)電流用i表示，其中一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值為零的變動(dòng)電流，稱為交變電流，簡稱交流。（3）參考方向除了用箭頭來表示電流的參考方向外，還可用雙下標(biāo)表示，如Iab表示電流參考方向從a指向b。圖1-3電流的參考方向

（1-2）在直流電路中電壓用大寫字母U表示。電壓的單位為伏特（V）。兩點(diǎn)之間電壓的實(shí)際方向是由高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，所以電壓也常稱為電壓降。2．電壓與電位圖1-4電壓與電動(dòng)勢

對一個(gè)電路，若元件電流與電壓選擇的參考方向相同，如圖1-5所示，則稱為關(guān)聯(lián)參考方向，否則為非關(guān)聯(lián)方向。通常汽車中的搭鐵點(diǎn)就是電路的參考點(diǎn)，電路中任一點(diǎn)的電位就是相對于搭鐵點(diǎn)的電壓。電力系統(tǒng)中，通常以大地作為參考點(diǎn)；電子電路中，一般選擇電子設(shè)備的金屬機(jī)殼或某公共點(diǎn)作為參考點(diǎn)。參考點(diǎn)的電位為零，用符號“⊥”表示。圖1-5電壓電流關(guān)聯(lián)參考方向

【例1-1】如圖1-6所示電路，若選擇O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，求A、B兩點(diǎn)的電位。若選擇B點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則求A、O兩點(diǎn)的電位。

圖1-6電壓與電位分析解（1）若選擇O點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則

VO

=

0VVB

=

UBO

=

7

VA

=

UAB

+

VB

=

3V

+

7V

=

10V（2）若選擇B點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則

VB

=

0VVA

=

UAB

=

3VVO

=

UOB

=

?

UBO

=

?

7V

衡量電源力克服電場力對電荷做功能力的物理量稱為電動(dòng)勢。一般汽車蓄電池的電壓通常為12V，干電池的電壓為1.5V。3．電動(dòng)勢

（1-3） （1-4）若在電壓、電流非關(guān)聯(lián)方向下，則

P

=

?

UI （1-5）4．電能和電功率

【例1-2】如圖1-7所示電路，已知US

=

12V，I

=

4A，U2

=

6V，I1

=

?1A，I2

=

3A，U3

=

?6V。求各元件的功率，并說明元件是發(fā)出功率還是吸收功率。圖1-7例1-2圖解根據(jù)功率式（1-6）、式（1-7）得

=?USI=?12V×4A=?48W<0（發(fā)出功率）P1=?U2I1=?6V×(?1)A=6W>0（吸收功率）P2=U2I2=6V×3A=18W>0（吸收功率）P3=?U3I=?(?6)V×4A=24W>0（吸收功率）∑P=+P1+P2+P3

=?48W+6W+18W+24W=0，說明電路的功率平衡。1.1.3電路的開路和短路1．開路狀態(tài)

圖1-8電路的開路狀態(tài)

由于電源線絕緣損壞、操作不當(dāng)?shù)纫痣娫吹膬奢敵龆讼嘟佑|，造成電源被直接短路，如圖1-9所示。4．電能和電功率圖1-9電路的短路狀態(tài)1.2電阻元件和歐姆定律1.2.1電阻元件1.2.2電阻的串并聯(lián)1.2.1電阻元件1．電阻率和電阻溫度系數(shù)

（1-6）電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)（G），單位為西門子（S）。 （1-7）歐姆定律：

U

=

IR （1-8）若電壓和電流為非關(guān)聯(lián)方向，則歐姆定律可寫為

U

=

?

IR （1-9）2．歐姆定律

在電壓和電流的關(guān)聯(lián)方向下，任何時(shí)刻線性電阻元件吸收的功率為 （1-10）同樣，在電壓和電流非關(guān)聯(lián)方向下，任何時(shí)刻線性電阻元件吸收的功率為 （1-11）3．電阻的電功率

【例1-3】已知一電阻R

=10，電壓電流為關(guān)聯(lián)方向，流經(jīng)電流I=?2A。試求：電阻電壓（U），功率（P）。解電壓、電流為關(guān)聯(lián)方向，故

U

=IR

=(?2A)×10

=?20(V)P

=I2R

=(?2A)2×10=40(W)＞

0（吸收功率）圖1-10電阻串聯(lián)1.2.2電阻的串并聯(lián)圖1-11電阻分壓在汽車中的應(yīng)用圖1-12電阻并聯(lián)圖1-13汽車后窗除霜裝置圖1—蓄電池2—點(diǎn)火開關(guān)3—熔斷器4—除霜器開關(guān)及指示燈5—除霜器（電熱絲）圖1-14例1-4圖

【例1-4】如圖1-14所示電阻電路，已知R1

=

60，R2

=

40，R3

=

40，U

=

80V。求電路總電阻R，電流I、I2、I3，電壓U1、U2。解等效電阻

總電流

【例1-5】如圖1-15所示電路中，蓄電池電壓為12V，前照雙絲燈中近光燈絲為12V、25W。試分析前照燈（近光）電流路徑，并計(jì)算前照燈近光正常工作時(shí)的總電流（I）。3.1汽車照明電路分析圖1-15汽車常用照明系統(tǒng)電路1—蓄電池2—門控開關(guān)3—室內(nèi)燈4—室內(nèi)燈控開關(guān)5—示寬燈6—尾燈7—牌照燈8—儀表燈9—燈光開關(guān)10—變光開關(guān)11—遠(yuǎn)光指示燈12—前照燈（4燈亮遠(yuǎn)光、2燈亮近光）13—超車燈開關(guān)第二章汽車電源電路2.1電容元件2.2電源及其在汽車中的應(yīng)用2.3基爾霍夫定律及其應(yīng)用2.4直流電路分析計(jì)算2.5汽車電路分析2.7單一元件正弦交流電路2.8RLC串聯(lián)電路2.1電容元件2.1.1電容元件2.1.1電容元件1．電容元件的基本特性

（2-1）圖2-1電容元件存儲(chǔ)電荷

電容是電容元件固有的參數(shù)，它與極板上所帶的電荷量（Q）以及電容元件兩端的電壓（U）無關(guān)。（1）電容元件的串聯(lián)

①等效電容的倒數(shù)等于各電容倒數(shù)之和。 （2-2）

②每個(gè)電容元件分得的電壓與其電容量成反比。 （2-3）2．電容元件的串聯(lián)和并聯(lián)①等效電容等于各電容之和。 （2-4）（2）電容元件的并聯(lián)②為了使各個(gè)電容元件都能夠安全工作，工作電壓（U）不得超過它們中的最低耐壓值。電容元件并聯(lián)后，等效電容量增大。因此，當(dāng)電路中單個(gè)電容元件的容量不夠時(shí)，可以通過并聯(lián)來增加電容量。②為了使各個(gè)電容元件都能夠安全工作，工作電壓（U）不得超過它們中的最低耐壓值。電容元件并聯(lián)后，等效電容量增大。因此，當(dāng)電路中單個(gè)電容元件的容量不夠時(shí)，可以通過并聯(lián)來增加電容量。

（2-5）3．電容元件的電壓電流關(guān)系圖2-2電容元件的并聯(lián)

圖2-3電容的電壓、電流關(guān)系

【例2-1】有兩只相同的電解電容元件，外殼標(biāo)有470F/25V，求并聯(lián)和串聯(lián)時(shí)的等效電容以及允許施加的電壓。解由外殼標(biāo)注可知該電容元件的電容量為470F，耐壓為25V。（1）電容元件并聯(lián)時(shí)的等效電容為

兩只相同的電容元件并聯(lián)，允許施加的電壓應(yīng)不超過其耐壓值，即

（2）電容元件串聯(lián)時(shí)的等效電容為

（1）電容元件的充電

4．電容元件的充電和放電圖2-4電容元件充、放電電路圖2-5充電時(shí)的uC和i1曲線（2）電容元件的放電圖2-6放電時(shí)的uC和i2曲線

=

RC （2-6）（3）時(shí)間常數(shù)2.2電源及其在汽車中的應(yīng)用2.2.1實(shí)際電壓源模型2.2.2蓄電池2.2.3實(shí)際電流源模型2.2.4實(shí)際電壓源模型與實(shí)際電流源模型的等效變換2.2.1實(shí)際電壓源模型圖2-7實(shí)際電壓源與外特性曲線

電壓源（US）、電流（I）及其端電壓（U）的關(guān)系為 （2-7）汽車電路采用直流電源供電。2.2.2蓄電池圖2-8汽車電源電路蓄電池的構(gòu)造圖2-9蓄電池的構(gòu)造1—蓄電池的外殼2—密封膏3—加液孔塞5—負(fù)極板6—同極連接片7—隔板8—正極板9—極板支架10—沉淀池11—聯(lián)條

鉛酸蓄電池的選用必須符合汽車電氣系統(tǒng)的額定電壓，能供給起動(dòng)機(jī)所需要的較大啟動(dòng)電流的容量，保證可靠啟動(dòng)。3．蓄電池的接線方式圖2-10蓄電池的4種連接方式圖2-11實(shí)際電流源與外特性曲線2.2.3實(shí)際電流源模型圖2-12實(shí)際電源的兩種模型2.2.4實(shí)際電壓源模型與實(shí)際電流源模型的等效變換【例2-2】求如圖2-13（a）所示電路的等效電流源模型和如圖2-13（b）所示電路的等效電壓源模型。圖2-13例2-2圖解（1）求圖2-13（a）所示電路的等效電流源模型：（2）求圖2-13（b）所示電路的等效電壓源模型模型：2.3基爾霍夫定律及其應(yīng)用2.3.1基爾霍夫電流定律2.3.2基爾霍夫電壓定律

在任一時(shí)刻，電路中流入任一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流之和等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。

I1

+

I2

=

I3

+

I4

寫出一般表達(dá)式

∑I入

=

∑I出 （2-8）2.3.1基爾霍夫電流定律

圖2-14KCL應(yīng)用圖2-15三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)

【例2-3】如圖2-16所示的電路中，I1=2A，I2=4A，I3=6A，試求I4、I5和I6。解（1）節(jié)點(diǎn)E：

I4=I1+I2=2A+4A=6A （2）節(jié)點(diǎn)B：

I5=I2+I3=4A+6A=10A （3）節(jié)點(diǎn)F：

I6=I3+I4=6A+6A=12A 圖2-16例2-3圖

任一瞬時(shí)，作用于電路中任一回路各支路電壓的代數(shù)和恒等于零。

∑Ui

=

0 （2-9）2.3.2基爾霍夫電壓定律圖2-17KVL應(yīng)用

圖2-18開口電路

【例2-4】如圖2-19所示電路，已知R1=20，R2=10，R3=10，US1=30V，US2=10V，求I和UAC。圖2-19例2-4圖解根據(jù)KVL可寫出

IR1+IR2+IR3=US1+US2 即

I（R1+R2+R3）=US1+US2 代入數(shù)據(jù)，得I（20+10+10）=（30+10）V（40）I=40VI=1AUAC=US1?IR1+US2?IR2=30?20×1+10?10×1）V=10V UAC=IR3=1A×10=10V

支路電流法是以支路電流為待求量，利用基爾霍夫兩定律列出電路的方程式，從而解

2.3.3支路電流法圖2-20例2-5圖

【例2-5】圖2-20所示電路是汽車上的發(fā)電機(jī)（US1）、蓄電池（US2）和負(fù)載（R3）并聯(lián)的原理圖。已知US1

=

12V，US2

=

12V，R1

=

1，R2

=

2，R3

=

5，求各支路電流。解支路數(shù)m

=

3；節(jié)點(diǎn)數(shù)n

=

2；網(wǎng)孔數(shù)

=

2。各支路電流的參考方向如圖1-40所示，回路繞行方向順時(shí)針。電路3條支路，需要求解3個(gè)電流未知數(shù)，因此需要3個(gè)方程式。

（1）根據(jù)KCL，列節(jié)點(diǎn)電流方程（列（n

?

1）個(gè)獨(dú)立方程）：a節(jié)點(diǎn)：

I1

+

I2

=

I3

（2）根據(jù)KVL，列回路電壓方程：網(wǎng)孔1：I1R1?

I2R2

=

US1?

US2網(wǎng)孔2：I2R2

+

I3R3

=

US22.4直流電路分析計(jì)算2.4.1疊加定理2.4.2運(yùn)用實(shí)際電源等效變換求解支路電流

在線性電路中，所有獨(dú)立電源共同作用產(chǎn)生的響應(yīng)（電壓或電流），等于各個(gè)電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的響應(yīng)的疊加。2.4.1疊加定理

【例2-6】在如圖2-21所示電路中，已知US1

=

20V，US2

=

10V，R1

=

2，R2

=

3，R3

=

5，用疊加定理求電路中的電流（I）。解（1）根據(jù)如圖1-41（a）所示電路分別畫出兩個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)的分電路圖，如圖1-41（b）、（c）所示。圖2-21例2-6圖

【例2-7】用電源等效變換求如圖2-22（a）所示電路5Ω電阻支路的電流（I3）。

2.4.2運(yùn)用實(shí)際電源等效變換求解支路電流解（1）將圖2-22（a）中兩并聯(lián)支路—電壓源模型變換成電流源模型，形成4條支路的并聯(lián)，如圖2-22（b）所示。其中，

（2）合并并聯(lián)電流源IS1和IS2，同時(shí)兩個(gè)1電阻并聯(lián)為等效電阻（R0），如圖2-22（c）所示。圖2-22例2-6圖

（3）合并后的電流源（IS）與電阻（R0）并聯(lián)，可進(jìn)一步變換成電壓源與電阻的串聯(lián)，如圖2-22（d）所示。

R0

=

0.5

（4）根據(jù)圖1-42（d），求得5Ω電阻的電流。2.5汽車電路分析2.5.1特殊電阻在汽車傳感器中的應(yīng)用2.5.2電感元件在汽車傳感器中的應(yīng)用2.5.3電容元件在汽車傳感器中的應(yīng)用2.5.4汽車電路分析1．熱敏電阻2.5.1特殊電阻在汽車傳感器中的應(yīng)用圖2-23熱敏電阻的溫度特性1—負(fù)溫度系數(shù)（NTC）2—正溫度系數(shù)（PTC）3—臨界溫度系數(shù)（CTR）2．光敏電阻圖2-24光電元件硫化鎘的特性圖2-25光電式光量傳感器在汽車燈光控制器上的應(yīng)用2.5.2電感元件在汽車傳感器中的應(yīng)用圖2-26可調(diào)電感式溢油環(huán)位置傳感器原理圖2.5.3電容元件在汽車傳感器中的應(yīng)用圖2-27電容式進(jìn)氣歧管壓力電容元件2.5.4汽車電路分析圖2-28水溫傳感器的結(jié)構(gòu)和特性1．發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器電路分析

圖1-50所示為北京切諾基汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱敏電阻式水溫傳感器與電控單元ECU的連接電路。圖2-29北京切諾基汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱敏電阻式水溫傳感器與ECU的連接電路2．壓阻效應(yīng)式歧管壓力傳感器電路分析圖2-30歧管壓力傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理特性1—引線端子2—?dú)んw3—硅杯4—真空室5—硅膜片6—錫焊封口7—應(yīng)變電阻8—金線電極9—引線電極10—底座11—真空管3．電磁式水溫表工作分析圖2-31電磁式水溫表工作原理圖1—熱敏電阻2—彈簧3—傳感器殼體4—銜鐵圖1-52所示為電磁式水溫表工作原理圖。

圖2-32電磁式水溫表等效電路2.6正弦交流電及其相量表示2.6.1正弦交流電的三要素2.6.2正弦交流電的相量表示

正弦交流電隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，可用正弦函數(shù)或波形圖表示。 （2-10）2.6.1正弦交流電的三要素圖2-33正弦交流電流的波形圖

幅值是交流瞬時(shí)值中的最大值，也稱峰值。通常用大寫字母加下標(biāo)“m”表示，如Em、Um、Im等。正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系為

（2-11）1．幅值與有效值

【例2-7】某同學(xué)為提高電路的功率因數(shù)，將一耐壓為250V的電容元件并接在交流220V的負(fù)載上。請問這種做法是否正確？解因?yàn)?20V正弦交流電的幅值為311V，超過了電容元件的250V耐壓值，電容元件可能擊穿，所以不能將該電容元件并接在220V的負(fù)載上。圖2-34交流電的周期和平均值2．周期與頻率頻率和周期之間滿足如下關(guān)系：（2-12）圖2-35車速檢測

在汽車檢測技術(shù)中，頻率是一個(gè)重要參數(shù)，如圖2-3（a）所示車速檢測裝置中，當(dāng)自動(dòng)變速器輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在軸上的停止鎖止齒輪的凸齒交替靠近或離開車速傳感器，使感應(yīng)線圈輸出交流電壓如圖2-3（b）所示。

由正弦交流電的瞬時(shí)表達(dá)式（2-1）可知，交流電在任一時(shí)刻的瞬時(shí)值取決于電角度（），這個(gè)電角度稱為交流電的相位。交流電在t=0時(shí)所具有的相位稱為初相，用表示，單位是弧度或度，規(guī)定初相的絕對值不超過π弧度。兩同頻率交流電的初相之差稱為相位差，即 （2-13）3．相位與初相圖2-36交流電的初相和相位差圖2-36交流電的初相和相位差（續(xù)）

【例2-8】某電源電動(dòng)勢

V，該電動(dòng)勢的角頻率、頻率、周期、幅值、有效值、初相位各為多少？畫出波形圖。

解由電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式可知，該電壓的角頻率，最大值Em=141V，所以波形圖如圖2-37所示。圖2-37例2-8波形圖

以正弦交流電流為例，在直角坐標(biāo)系（復(fù)平面）中畫一個(gè)帶箭頭的直線，如圖2-6所示，該直線滿足以下條件：①直線長度按比例等于正弦電流的有效值（I）（或幅值（Im））；②直線與正橫軸的夾角等于正弦交流電的初相（）；③直線以角頻率（）按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這個(gè)帶箭頭的直線就稱為相量。2.6.2正弦交流電的相量表示圖2-38正弦交流電的相量表示

【例2-9】圖2-39所示電路中，已知：

A，A，試用相量法求總電流（i）。

圖2-39例2-9圖2.7單一元件正弦交流電路2.7.1純電阻電路2.7.2純電感電路2.7.3純電容電路2.7.1純電阻電路1．電壓和電流關(guān)系

圖2-40（a）所示電路中，電壓和電流的參考方向一致，設(shè)電阻電壓為

根據(jù)歐姆定律，流過純電阻負(fù)載的電流為 （2-14）

可見，純電阻電路中，電阻兩端電壓和電流是同頻率的正弦量，并且相位相同，其有效值關(guān)系為 （2-15）

根據(jù)以上分析，作uR、iR的波形圖、相量圖如圖2-40（b）、（c）所示。圖2-40純電阻電路

在任意瞬間，電壓瞬時(shí)值與電流瞬時(shí)值的乘積稱為瞬時(shí)功率，即

顯然，瞬時(shí)功率是一個(gè)隨時(shí)間變化的量。對于電阻元件，有 （2-16）2．電路的功率和能量轉(zhuǎn)換

在實(shí)際應(yīng)用中，通常用p在一個(gè)周期內(nèi)的平均值來衡量交流功率的大小，稱為平均功率或有功功率，用大寫字母P表示。由式（2-17）可得純電阻電路的平均功率為 （2-17）

【例2-10】功率為100W的白熾燈，接在的電源上，試求電流有效值。解電阻電壓的有效值為 根據(jù)式（2-10），電流有效值為

2.7.2純電感電路1．電壓和電流的關(guān)系

純電感電路如圖2-41（a）所示，電感電流與電壓參考方向一致，設(shè)電感電流為

根據(jù)數(shù)學(xué)分析，電感兩端的電壓為 （2-18）

可見，純電感電路中，電感電壓和電流是同頻率的正弦量，并且電壓超前電流90°，其有效值關(guān)系為 （2-19）式中，XL—電感的感抗，單位為歐姆（）。 （2-20）圖2-41純電感電路

根據(jù)交流電路瞬時(shí)功率的關(guān)系式，有 （2-21）電感線圈在交流電路中雖無能量消耗，但存在與電源之間的能量交換。通常用瞬時(shí)功率的最大值來衡量能量交換的速率，稱為無功功率，用QL表示，其單位是乏（var）。 （2-22）

【例2-11】一個(gè)電感為0.2H的線圈，接到頻率為50Hz，電壓為10V的正弦交流電源上，求線圈的感抗、電流和無功功率。若電源電壓不變，頻率提高到5000Hz，求這時(shí)的感抗和電流。2.7.3純電容電路1．電壓和電流的關(guān)系

純電容電路如圖2-42（a）所示，電容電壓與電流參考方向一致，設(shè)電容兩端的電壓為 根據(jù)數(shù)學(xué)分析，電容中的電流為 （2-23）

可見，純電容電路中，電容電壓和電流是同頻率的正弦量，并且電流超前電壓90°，其有效值關(guān)系： （2-24）式中，XC

—電容的容抗，單位是歐姆（）。顯然 （2-25）圖2-42純電容電路2．電路的功率和能量轉(zhuǎn)換

電容器的瞬時(shí)功率為 （2-26）電容元件是一種儲(chǔ)能元件，它與電源之間能量交換的最大速率，即電容元件的無功功率（QC）為 （2-27）

【例2-12】一個(gè)電容為10F的電容元件，接到頻率為50Hz，電壓為50V的正弦交流電源上，求容抗、電流和無功功率。若電源電壓不變，頻率提高到5

000Hz，求這時(shí)的容抗和電流。解當(dāng)時(shí)，

當(dāng)時(shí)，

2.8RLC串聯(lián)電路2.8.1電壓和電流關(guān)系2.8.2電路的功率和能量轉(zhuǎn)換RLC串聯(lián)電路如圖2-43所示，取電壓和電流的參考方向一致。為便于分析，電路中各量均采用相量表示，各元件也采用相量化模型。2.8.1電壓和電流關(guān)系圖2-43RLC串聯(lián)電路用相量法分析電路如下。（1）作相量圖

圖2-44相量圖（2）求相量和

①RLC串聯(lián)電路中，總電壓與電流的相位差為，由如圖2-44所示的相量圖，有 （2-28）

②總電壓的有效值與電流有效值以及阻抗之間滿足歐姆定律關(guān)系，即 （2-29）2.8.2電路的功率和能量轉(zhuǎn)換1．平均功率RLC串聯(lián)電路中，只有電阻消耗電能，因此電路的平均功率為

由電壓三角形可知

所以 （2-30）

無功功率是表示電感、電容以及電源之間能量交換的量，由于電感電壓與電容電壓反相，因此RLC串聯(lián)電路的無功功率應(yīng)為電感與電容無功功率之差，即 （2-31）2．無功功率

電源電壓有效值（U）與電流有效值（I）的乘積，稱為視在功率，用S表示，即 （2-32）視在功率的單位是伏安（VA），通常用來表示電氣設(shè)備的容量。例如，50kVA的變壓器，就是指它的視在功率（S）為50kV·A。3．視在功率

由式（2-30）、式（2-31）和式（2-32）可知 （2-33）由于電路的有功功率因此有 （2-34）式中，λ

—

電路的功率因數(shù)。

【例2-13】一個(gè)交流中間繼電器線圈，電阻為2k，電感為43.3H，接在50Hz、380V的電源上。求通過線圈的電流、平均功率、視在功率和功率因數(shù)。

解中間繼電器線圈可等效為RL串聯(lián)電路，電路及相量圖如圖2-14所示。圖2-45電阻、電感串聯(lián)電路第三章汽車點(diǎn)火電路3.1磁路和鐵磁性材料3.2磁路基本定律及其應(yīng)用3.3鐵芯線圈和電磁鐵3.4變壓器3.5汽車?yán)^電器電路分析3.6汽車點(diǎn)火線圈和傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)工作過程3.1磁路和鐵磁性材料3.1.1磁場的基本物理量3.1.2鐵磁性材料3.1.3汽車中的霍爾元件

所謂磁路，就是約束在鐵芯及其氣隙所限定的范圍內(nèi)的磁通路徑。圖3-1磁路示意圖3.1.1磁場的基本物理量1．磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通

電磁力的大小就與磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）、電流（I）、垂直于磁場的導(dǎo)體有效長度L成正比，公式為

F

=

BIL

（3-1）磁通（Φ）是一個(gè)反映一定區(qū)域磁場強(qiáng)弱、方向等狀況的物理量。Φ

=

BS

（3-2）圖3-2載流導(dǎo)體受電磁力作用

磁導(dǎo)率（μ）是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。 （3-3）

（3-4）2．磁導(dǎo)率和磁場強(qiáng)度圖3-3直導(dǎo)體周圍的磁場3.1.2鐵磁性材料1．鐵磁性材料特點(diǎn)（1）磁化曲線—高導(dǎo)磁性和磁飽和性圖3-4B=f（H）磁化曲線圖3-5磁滯回線（2）磁滯回線—磁滯性

按照鐵磁性材料磁滯回線的形狀以及在工程中的用途不同，鐵磁性材料可分為3大類，即軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料。2．鐵磁性材料分類圖3-6鐵磁性材料分類3.1.3汽車中的霍爾元件1．霍爾效應(yīng)和霍爾元件圖3-7霍爾效應(yīng)霍爾電壓為（3-7）式中，KH—霍爾元件靈敏度，大小由霍爾元件的半導(dǎo)體材料及幾何尺寸決定。

圖3-8（c）所示為霍爾元件的基本檢測電路，實(shí)際應(yīng)用中可以把激勵(lì)電流（I）或磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）作為輸入信號進(jìn)行檢測。圖3-8霍爾元件結(jié)構(gòu)及基本檢測電路

霍爾式曲軸位置傳感器利用觸發(fā)葉片或輪齒改變通過霍爾元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度（B），從而使霍爾元件產(chǎn)生脈沖的霍爾電壓信號，經(jīng)放大整形后即為曲軸位置傳感器的輸出信號。2．霍爾元件在汽車中的應(yīng)用圖3-9霍爾式曲軸位置傳感器1—霍爾元件2—磁極3—轉(zhuǎn)子葉片3.2磁路基本定律及其應(yīng)用3.2.1磁路的歐姆定律3.2.2磁路的基爾霍夫定律3.2.3磁路定律在汽車中的應(yīng)用—磁感應(yīng)點(diǎn)火信號發(fā)生器

一段磁路，設(shè)長為l，磁路截面積為S，磁力線均勻分布于橫截面上，可知

經(jīng)變換，得磁通（Φ）為 （3-8）3.2.1磁路的歐姆定律

式中，Um—磁路的磁位差，單位為安培（A），Um

=

Hl；

Rm—磁路的磁阻，單位為1/亨（1/H），。3.2.2磁路的基爾霍夫定律1．基爾霍夫磁通定律

寫成一般形式為（3-9） ∑(Hl)=∑(NI)=∑(F) （3-10）式中，NI—磁路的磁動(dòng)勢（F），單位為安培（A）；Hl—磁位差Um。2．基爾霍夫磁位差定律圖3-11基爾霍夫磁位差定律

【例3-1】圖3-12所示為一無分支磁路，磁路中磁通為順時(shí)針方向，試對磁路進(jìn)行分段，并寫出該磁路的磁位差平衡式。圖3-12無分支磁路表3-1 磁路與電路對照表磁路電路磁通（Φ）電流（I）磁位差（Um）電壓（U）磁動(dòng)勢（F）電動(dòng)勢（E）磁阻Rm

=

l/μS電阻R

=

l/r

S磁導(dǎo)率（μ）電導(dǎo)率（r）歐姆定律Φ

=

Um/Rm歐姆定律I

=

U/R基爾霍夫定律∑Φ

=

0∑Hl

=

∑NI基爾霍夫定律∑I

=

0∑IR=∑U

汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的作用是為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)已壓縮的可燃混合氣提供足夠能量的電火花，使發(fā)動(dòng)機(jī)能及時(shí)、迅速地燃燒做功。點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況和使用條件下，均應(yīng)保證可靠而準(zhǔn)確地點(diǎn)火。3.2.3磁路定律在汽車中的應(yīng)用—磁感應(yīng)點(diǎn)火信號發(fā)生器圖3-13磁感應(yīng)式點(diǎn)火信號發(fā)生器1—信號轉(zhuǎn)子2—永久磁鐵3—鐵芯4—磁通5—傳感線圈6—空氣隙圖3-14信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的3個(gè)不同狀態(tài)1—信號轉(zhuǎn)子2—傳感線圈3—鐵芯4—永久磁鐵

如圖3-14所示，通過對信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的3個(gè)不同狀態(tài)的分析，得到傳感線圈中磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢的波形變化如圖3-15所示。3.3鐵芯線圈和電磁鐵3.3.1鐵芯線圈的交流電路分析3.3.2鐵芯線圈的功率損耗3.3.3電磁鐵根據(jù)基爾霍夫定律得

（3-14）3.3.1鐵芯線圈的交流電路分析圖3-16鐵芯線圈電路

式中，銅耗，它與電流的平方成正比。鐵耗包含兩部分損耗—磁滯損耗（ph）和渦流損耗（pe）。3.3.2鐵芯線圈的功率損耗

（3-18）（1）磁滯損耗

鐵芯既能導(dǎo)磁，也能導(dǎo)電，因此當(dāng)磁通交變時(shí)，在鐵芯截面中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，繼而產(chǎn)生漩渦狀的感應(yīng)電流，稱之為渦流。渦流是電磁感應(yīng)的一種特殊形式，如圖3-17所示。（2）渦流損耗圖3-17渦流圖3-18Φ=f（i）曲線圖3-19電磁鐵的結(jié)構(gòu)1—鐵芯2—線圈3—銜鐵

根據(jù)電磁鐵線圈中所通過的電流不同，可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩大類。3.3.3電磁鐵1．直流電磁鐵直流電磁鐵的勵(lì)磁電流是直流。

F

=

4B02S

×

105

（3-21）Fav

=

2Bm2S

×

105

（3-22）2．交流電磁鐵

由于交流電磁鐵的吸力隨時(shí)間在0與最大值之間變化，因而銜鐵要發(fā)生震動(dòng)而引起噪聲。為改善電磁鐵工作時(shí)的震動(dòng)和噪聲現(xiàn)象，可以在鐵芯的局部端面上嵌裝一個(gè)短路環(huán)，又稱分磁環(huán)，如圖3-20所示。圖3-20交流電磁鐵的短路環(huán)表3-2 直流電磁鐵和交流電磁鐵的比較電磁鐵鐵芯結(jié)構(gòu)吸合過程吸合后吸合不好時(shí)直流電磁鐵整塊軟鋼制成，無短路環(huán)電流不變，吸力變大，磁阻變小無震動(dòng)線圈不會(huì)過熱交流電磁鐵硅鋼片疊成，有短路環(huán)吸力不變，電流變小，磁阻變小有震動(dòng)線圈會(huì)過熱，可能燒壞

圖3-21所示為汽車電控燃油噴射系統(tǒng)中的噴油器，其中電磁鐵中的銜鐵與針閥是一體的，噴油器就是采用電磁鐵的電磁吸力來打開或關(guān)閉燃油計(jì)柱塞，從而控制噴油器的噴油量。圖3-21汽車電控燃油噴射系統(tǒng)中的噴油器圖3-22開關(guān)式電磁閥1—計(jì)算機(jī)2—鐵芯線圈3—銜鐵4—閥球5—泄油孔6—主油道7—控制油道3.4變壓器3.4.1單相變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.4.2單相變壓器的工作原理3.4.3儀表用互感器3.4.4變壓器技術(shù)參數(shù)

變壓器是將一種等級的交流電壓變換成頻率相同的另一種等級的交流電壓的靜止電氣設(shè)備。3.4.1單相變壓器的基本結(jié)構(gòu)圖3-23單相變壓器結(jié)構(gòu)

鐵芯構(gòu)成了變壓器的磁路，使繞組之間實(shí)現(xiàn)電磁耦合。為了提高鐵芯導(dǎo)磁性能，減少鐵芯損耗，鐵芯通常采用厚度為0.35～0.5mm且表面涂有絕緣漆的硅鋼片交錯(cuò)疊裝而成。1．鐵芯

繞組構(gòu)成變壓器的電路，與電源相連接的繞組稱為一次側(cè)繞組或初級繞組，與負(fù)載相連的繞組稱為二次側(cè)繞組或次級繞組。根據(jù)兩側(cè)繞組匝數(shù)的不同，也可將匝數(shù)多的稱為高壓繞組，匝數(shù)少的稱為低壓繞組。單相小容量變壓器的繞組多用高強(qiáng)度漆包線繞制。為了降低繞組和鐵芯間的絕緣要求，一般高壓繞組同心地套在低壓繞組的外面。2．繞組3.4.2單相變壓器的工作原理1．變壓器的空載運(yùn)行—電壓變換

圖3-24所示為單相變壓器的空載運(yùn)行示意圖。圖中標(biāo)注了各物理量的參考方向。一次側(cè)繞組接額定電壓為UN1的交流電源，二次側(cè)繞組處于開路狀態(tài)，稱為變壓器的空載運(yùn)行。圖3-24單相變壓器的空載運(yùn)行示意圖

圖3-26所示為單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行示意圖。圖中標(biāo)注了各物理量的參考方向。一次側(cè)繞組接額定電壓為UN1的交流電源，二次側(cè)繞組與負(fù)載相連接時(shí)，稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。2．變壓器的負(fù)載運(yùn)行—電流變換

圖3-25變壓器繞組的同名端圖3-26單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行示意圖

變壓器除了可以變換電壓、電流之外，還可以變換負(fù)載阻抗，從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。如圖3-27所示。3．變壓器的阻抗變換圖3-27變壓器的阻抗變換

變壓器在傳遞能量時(shí)存在損耗，包括銅耗和鐵耗。銅耗（pCu）為一、二次側(cè)繞組電阻產(chǎn)生的損耗，大小為 （3-32）它隨負(fù)載電流的變化而變化，因此稱銅耗（pCu）為可變損耗。4．變壓器的損耗與效率圖3-28變壓器效率特性曲線3.4.3儀表用互感器1．電壓互感器圖3-29電壓互感器的外形和原理圖圖3-30電流互感器的外形和原理圖2．電流互感器3.4.4變壓器技術(shù)參數(shù)1．額定電壓（UN1、UN2）

額定電壓是根據(jù)變壓器的絕緣強(qiáng)度和允許溫升而規(guī)定的電壓值，單位為V或kV。

額定電流是根據(jù)變壓器允許溫升而規(guī)定的電流值，單位為A或kA。2．額定電流（IN1、IN2）

變壓器額定容量是指在額定電壓和額定電流情況下，其輸出的額定視在功率。單相變壓器為 （3-36）三相變壓器為

SN= （3-37）3．額定容量（SN）

我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工頻頻率為50Hz，有些國家則規(guī)定為60Hz，使用時(shí)應(yīng)注意。改變使用頻率會(huì)導(dǎo)致變壓器某些電磁參數(shù)（如磁通等）發(fā)生變化，影響其正常工作。4．額定頻率（f）

【例3-2】有一臺(tái)單相變壓器，SN

=

10kVA，UN1/UN2

=

380V/220V。（1）若在二次側(cè)接上40W，220V的白熾燈最多可接多少盞？試計(jì)算此時(shí)變壓器一次側(cè)、二次側(cè)工作電流。（2）若在二次側(cè)接上cos

=

0.46，UN

=

220V，PN

=

40W的日光燈（設(shè)每燈含有鎮(zhèn)流器的功耗7W），問最多可接多少盞？3.5汽車?yán)^電器電路分析3.5.1汽車電路的特點(diǎn)3.5.2繼電器3.5.3汽車?yán)^電器電路分析3.5.1汽車電路的特點(diǎn)1．直流低壓

汽車中電源有兩類，一類是蓄電池，另一類是交流發(fā)電機(jī)及其整流電路，它們都是直流低壓電源。

蓄電池正極線直接與各用電設(shè)備連接，蓄電池負(fù)極線直接搭在車架金屬機(jī)件上，這種負(fù)極線與車體相連接的方式就稱為搭鐵，也稱為接地或接鐵。2．負(fù)極搭鐵圖3-32汽車電電路特點(diǎn)分析（制動(dòng)燈監(jiān)視電路）1—熔斷器2—制動(dòng)踏板3—制動(dòng)燈開關(guān)4—干簧管繼電器5—監(jiān)視指示燈6—制動(dòng)燈

電源到用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線連接，用電設(shè)備的另一端也就近搭鐵。3．單線并聯(lián)3.5.2繼電器1．電磁式繼電器

電磁式繼電器通常用來傳遞信號和同時(shí)控制多個(gè)電路，也可直接用它來控制電氣執(zhí)行元件。

蓄電池正極線直接與各用電設(shè)備連接，蓄電池負(fù)極線直接搭在車架金屬機(jī)件上，這種負(fù)極線與車體相連接的方式就稱為搭鐵，也稱為接地或接鐵。2．負(fù)極搭鐵

圖3-33常用電磁式繼電器的圖形符號圖3-34幾種常見插接式繼電器的外形示意圖

在圖3-35（c）中繼電器線圈得電，動(dòng)合觸點(diǎn)（87-88a）閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)（87-87a）斷開。圖3-32（b）、（d）中的二極管和電阻都是起保護(hù)繼電器作用。圖3-35幾種常見插接繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及插座插腳布置圖圖3-36干簧式繼電器外形、圖形符號及工作原理3.5.3汽車?yán)^電器電路分析1．揚(yáng)聲器繼電器電路圖3-37汽車揚(yáng)聲器繼電器電路1—觸點(diǎn)臂2—線圈3—按鈕4—觸點(diǎn)5—支架6—揚(yáng)聲器7—蓄電池圖3-38單線圈式蓄電池繼電器結(jié)構(gòu)示意圖1—回位彈簧2—?jiǎng)佑|點(diǎn)3—靜觸點(diǎn)

4—?jiǎng)?lì)磁線圈5—?jiǎng)予F芯6—靜鐵芯2．蓄電池繼電器電路

電磁式電源總開關(guān)亦稱蓄電池繼電器。其結(jié)構(gòu)有單線圈式和雙線圈式兩種。

圖3-39單線圈式蓄電池繼電器控制電路1—主觸點(diǎn)2—單線圈式電源開關(guān)

3—蓄電池4—開關(guān)5—線圈

圖3-40雙線圈式蓄電池繼電器結(jié)構(gòu)示意圖1—彈簧2—切換撥片3—?jiǎng)佑|點(diǎn)4—?jiǎng)訑嘤|點(diǎn)5—靜觸點(diǎn)

6—吸拉線圈7—保位線圈8—?jiǎng)予F芯9—靜鐵芯圖3-41雙線圈式蓄電池繼電器控制電路1—主觸點(diǎn)2—續(xù)流二極管3—蓄電池4—開關(guān)

5—吸拉線圈6—?jiǎng)訑嘤|點(diǎn)7—保位線圈3.6汽車點(diǎn)火線圈和傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)工作過程3.6.1點(diǎn)火線圈3.6.2傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)3.6.1點(diǎn)火線圈1．點(diǎn)火線圈的分類

點(diǎn)火線圈按冷卻方式不同分為瀝青式、油浸式和氣冷式；按有無附加電阻可分為帶附加電阻型和不帶附加電阻型；按接線柱的多少可分為兩接柱式和三接柱式；按鐵芯形狀不同可分為開磁路式和閉磁路式；按功能差異可分為普通型和高能型。

點(diǎn)火線圈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-47所示，主要由鐵芯、一次側(cè)與二次側(cè)繞組、殼體及附加電阻等組成。2．傳統(tǒng)點(diǎn)火線圈—開磁路點(diǎn)火線圈圖3-47點(diǎn)火線圈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1—絕緣座2—鐵芯3—二次側(cè)繞組

4—一次側(cè)繞組5—導(dǎo)磁鋼套6—外殼

7—接線柱（接斷路器）8—膠木蓋9—高壓線接頭10—接線柱（接附加電阻及短路開關(guān)）11—接線柱（接電源、附加電阻及短路開關(guān)）12—附加電阻圖3-48開磁路點(diǎn)火線圈的磁路1—磁力線2—鐵芯3—一次側(cè)繞組4—二次側(cè)繞組5—導(dǎo)磁鋼片3．閉磁路點(diǎn)火線圈

圖3-49閉磁路點(diǎn)火線圈1—鐵芯2—一次側(cè)繞組接線柱3—二次側(cè)繞組接線柱4—一次側(cè)繞組5—二次側(cè)繞組6—空氣隙圖3-50兩種點(diǎn)火線圈變換效率的比較1—開磁路線圈2—閉磁路線圈點(diǎn)火線圈規(guī)格Rt/L1/mHR2/kL2/H開磁路線圈1.46.110.255閉磁路線圈1.46.56.66.43.6.2傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)1．傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的基本組成

傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)組成示意圖如圖3-51所示，主要由電源、點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)火線圈、分電器（包括配電器和斷電器）、火花塞等組成。圖3-51傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)組成示意圖1—點(diǎn)火開關(guān)2—電流表3—蓄電池4—起動(dòng)機(jī)5—高壓導(dǎo)線6—阻尼電阻7—火花塞8—斷電器9—電容器10—點(diǎn)火線圈11—附加電阻12—配電器（1）電源電源為蓄電池和發(fā)電機(jī)，供給點(diǎn)火系統(tǒng)所需電能，一般電壓為12V。（2）點(diǎn)火開關(guān)點(diǎn)火開關(guān)的作用是接通或斷開點(diǎn)火系統(tǒng)一次側(cè)電路。（3）點(diǎn)火線圈

點(diǎn)火線圈就是一個(gè)升壓變壓器。（4）分電器分電器包括配電器和斷電器，作用是接通和切斷低壓電路，使點(diǎn)火線圈及時(shí)產(chǎn)生高壓電，按發(fā)動(dòng)機(jī)各汽缸的點(diǎn)火順序送至火花塞。（5）電容器電容器與斷路器觸點(diǎn)并聯(lián)，用來減小斷路器觸點(diǎn)斷開時(shí)的火花，延長觸點(diǎn)的使用壽命，提高點(diǎn)火線圈的高電壓。

傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)是基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作的。它把蓄電池或發(fā)電機(jī)的12V低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)?5～20kV的高壓電，同時(shí)按一定規(guī)律送入各缸火花塞，經(jīng)過火花塞電極間火花放電點(diǎn)燃混合氣。2．傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理（1）斷電器觸點(diǎn)閉合，一次側(cè)繞組電流按指數(shù)規(guī)律增長圖3-52傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作過程（2）斷電器觸點(diǎn)打開，二次側(cè)繞組產(chǎn)生高電壓圖3-53傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)工作過程波形圖（3）火花塞電極間火花放電第四章汽車電動(dòng)門窗升降電路4.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理4.2直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式4.3直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速4.5三相交流電路4.6車用直流起動(dòng)機(jī)4.4無刷直流電機(jī)4.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理4.1.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理4.1.3直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩4.1.4直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡4.1.5直流電動(dòng)機(jī)的銘牌

直流電動(dòng)機(jī)主要由定子（固定部分）和電樞（旋轉(zhuǎn)部分）兩大部分組成。圖5-1所示為直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。4.1.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖4-1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

定子主要由主磁極、換向磁極、機(jī)座、端蓋、電刷裝置等部件組成。

（1）主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生主磁場。1．定子圖4-2主磁極結(jié)構(gòu)圖（2）換向磁極

在相鄰的主磁極之間裝有換向磁極，它也是由鐵芯和繞組構(gòu)成。其作用是消除或減小換向時(shí)的火花，保護(hù)換向器，使電動(dòng)機(jī)可靠安全的運(yùn)行。（3）機(jī)座圖4-3機(jī)座結(jié)構(gòu)圖（4）電刷裝置

電刷裝置一般由電刷、刷握、引線、電刷彈簧等構(gòu)成。

直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以常稱之為電樞。電樞部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、軸承、風(fēng)扇等。2．電樞（1）電樞鐵芯（2）電樞繞組圖4-4小型直流電動(dòng)機(jī)電樞沖片和電樞鐵芯示意圖（3）換向器圖4-5換向器結(jié)構(gòu)示意圖

流電動(dòng)機(jī)也是由磁路和電路兩個(gè)基本部分組成的。它的工作原理仍以電磁力定律和電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)。4.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖4-6直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖Ea＝KeΦn （4-1）式中，Ke

—電動(dòng)勢常數(shù)，由電動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)所決定。直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電樞中的電流為 （4-2）式中，U

—外加電壓；

Ra

—電樞繞組的電阻。4.1.3直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩

于是得 U

=

Ea+RaIa

（4-3）這是直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式，顯然Ea＜U。上式兩邊乘以電流（Ia），即得功率平衡方程：

UIa

=

EaIa+RaIa2

（4-4）式中，EaIa

—電磁功率，它轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率，如果不計(jì)摩擦損耗，它也就是電動(dòng)機(jī)的輸出功率；

RaIa2—電樞繞組的銅耗；

UIa

—電源供給的電功率（不計(jì)鐵耗）。

直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（T）與每極磁通（Φ）和電樞電流（Ia）成正比：

T

=

KTΦIa （4-5）式中，KT

—轉(zhuǎn)矩常數(shù)，取決于電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。

直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行狀況取決于負(fù)載的大??；當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩都將自動(dòng)地作相應(yīng)的變化來達(dá)到新的平衡。轉(zhuǎn)速公式可由式（4-1）和式（4-3）得出 （4-6）4.1.4直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡

直流電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)明其型號、額定數(shù)據(jù)和勵(lì)磁方式等。型號主要說明產(chǎn)品代號和規(guī)格代號。例如，型號為Z-132L-TH的直流電動(dòng)機(jī)，說明此直流電動(dòng)機(jī)是中心高為132mm，長機(jī)座，適用于濕熱帶地區(qū)使用的普通直流電動(dòng)機(jī)。4.1.5直流電動(dòng)機(jī)的銘牌

直流電動(dòng)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下，帶額定負(fù)載、按規(guī)定勵(lì)磁方式勵(lì)磁且使勵(lì)磁電流為額定值、電樞繞組加額定電壓時(shí)的運(yùn)行方式，稱為額定運(yùn)行。額定數(shù)據(jù)主要有如下幾個(gè)。

額定電壓（UN）指直流電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，電樞繞組外接電源的電壓，也是電動(dòng)機(jī)安全工作的最高電壓。1．額定電壓

額定電流（IN）指直流電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，電樞繞組流過的直流電流，也是電動(dòng)機(jī)按規(guī)定長期額定運(yùn)行時(shí)電樞繞組可以通過的最大電流。2．額定電流

額定功率（PN）指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率。即

PN

=

UNIN

N

（4-7）式中，N

—額定效率。3．額定功率

額定轉(zhuǎn)速（nN）指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)銘牌上一些物理量的額定值，可以計(jì)算另一些物理量的額定值，則額定轉(zhuǎn)矩為 （4-8）4．額定轉(zhuǎn)速

勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁繞組的供電方式，勵(lì)磁方式與電動(dòng)機(jī)的性能有密切關(guān)系。直流電動(dòng)機(jī)有他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)４種勵(lì)磁方式。5．勵(lì)磁方式4.2直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式4.2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)4.2.2并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)4.2.3串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)4.2.4復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

勵(lì)磁電流為

式中，Uf

—

勵(lì)磁電壓；

Rf

—

勵(lì)磁電阻（包括勵(lì)磁繞組電阻和勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻）。為了能用較小的電流產(chǎn)生足夠的磁場，勵(lì)磁繞組匝數(shù)很多，導(dǎo)線截面很細(xì)，所以Rf比較大，一般的關(guān)系是RfRa。4.2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)圖4-7他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的等效電路圖

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與其電樞電路并聯(lián)后，共同由一個(gè)直流電源供電，其等效電路如圖4-8所示，這時(shí)電源輸出的電流等于電樞電流與勵(lì)磁電流之和，即

I

=

Ia+If

（4-9）

4.2.2并勵(lì)直流電動(dòng)圖4-8并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的等效電路圖圖4-9并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組串聯(lián)后，由一個(gè)電源供電，其等效電路如圖4-10所示?？梢姶畡?lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流，其數(shù)值為 （4-11）

4.2.3串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)圖4-10串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的等效電路圖

復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的主磁極上裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組。一個(gè)勵(lì)磁繞組與電樞電路并聯(lián)，稱為并勵(lì)繞組；另一個(gè)勵(lì)磁繞組與電動(dòng)機(jī)電樞串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組；兩繞組共同由一個(gè)直流電源供電。4.2.4復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)圖4-11復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的等效電路圖4.3直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速4.3.1啟動(dòng)4.3.2反轉(zhuǎn)4.3.3調(diào)速

電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，所以此時(shí)Ea=0，此時(shí)電樞電流稱為啟動(dòng)電流（Ist），根據(jù)式（4-2）可知 （4-12）根據(jù)式（5-16）可知為了減小啟動(dòng)電流，對于容量稍大的直流電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)可降低加在電樞繞組上的電壓，或在電樞電路中串聯(lián)啟動(dòng)變阻器。4.3.1啟動(dòng)

降壓啟動(dòng)的方法只適用于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。這種方法要求有一個(gè)電壓可變的直流電源（如可控硅電源）專供電樞使用。啟動(dòng)時(shí)，降低電樞電壓，待啟動(dòng)后，隨著轉(zhuǎn)速的升高逐步升高電樞電壓，直到轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值。1．降壓啟動(dòng)2．串聯(lián)啟動(dòng)變阻器圖4-12并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串變阻器啟動(dòng)原理電路

改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向叫反轉(zhuǎn)。改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向就是改變電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方向。電磁轉(zhuǎn)矩的方向是由主磁通方向和電樞電流的方向共同決定的。因此，改變電樞電流或主磁通的方向都能使電磁轉(zhuǎn)矩方向改變。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的具體方法有改變電樞電壓極性和改變勵(lì)磁電壓極性。4.3.2反轉(zhuǎn)1．改變電樞電壓極性圖4-13并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓極性電路圖

將勵(lì)磁繞組兩極接線調(diào)換，即可改變勵(lì)磁電壓的極性，使勵(lì)磁電流方向改變，從而使主磁通的方向改變。這種實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)的方法在實(shí)際中一般很少采用。因?yàn)楦慕觿?lì)磁繞組接線時(shí)，勵(lì)磁電流有可能出現(xiàn)中斷，從而引起“飛車”事故。2．改變勵(lì)磁電壓極性

由直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)矩（T）不變（負(fù)載不變）時(shí)，影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高低的主要是電樞回路電阻（Ra）、主磁通（Φ）、電源電壓（U）3個(gè)因素。因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可由下述3種方法調(diào)節(jié)。4.3.3調(diào)速1．改變電樞電路的電阻調(diào)速

圖4-14電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖

圖4-15調(diào)速物理過程圖

這種調(diào)速方法的特點(diǎn)如下。

①只能在額定轉(zhuǎn)速（nN）以下進(jìn)行調(diào)節(jié)，簡稱下調(diào)。

②由于流過調(diào)速電阻（Re）上的電流為電樞電流，其數(shù)值較大，故Re上的能量損耗大，不經(jīng)濟(jì)。

③使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的速度變化較大，這對于要求穩(wěn)速的負(fù)載來說是不利的。

④電樞電流不受影響，數(shù)值保持不變，故這種調(diào)速叫作恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

⑤調(diào)控方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)。

2．改變勵(lì)磁電流調(diào)速圖4-16勵(lì)磁電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖圖4-17調(diào)速物理過程圖

這種調(diào)速方法的特點(diǎn)如下。

①調(diào)速平滑，可做到無級調(diào)速。

②流經(jīng)調(diào)速電阻（Re）的勵(lì)磁電流較小，故功率損耗小，比較經(jīng)濟(jì)。

③調(diào)速后機(jī)械特性變軟，運(yùn)行的穩(wěn)定性差。

④調(diào)速范圍比較小。

⑤只能在額定轉(zhuǎn)速（nN）以上調(diào)速，簡稱上調(diào)，也稱為弱磁調(diào)速。

直流電動(dòng)機(jī)常由單獨(dú)的可調(diào)整流裝置供電。目前用得最多的可調(diào)直流電源是晶閘管整流（SCR）裝置。調(diào)節(jié)電源電壓就可均勻調(diào)速。因?yàn)榧釉陔姌猩系碾妷翰荒艹^額定值（UN），所以這種調(diào)速方法只能在額定轉(zhuǎn)速（nN）以下作均勻調(diào)速。這種調(diào)速方法具有調(diào)速范圍廣、平滑性好等優(yōu)點(diǎn)，但需要專用的直流調(diào)壓電源。3．降低電源電壓4.4無刷直流電機(jī)4.4.1無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4.4.2無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

無刷直流電動(dòng)機(jī)按照其工作特性，基本上可以分為兩大類。（1）具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)（2）具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)

無刷直流電動(dòng)機(jī)的組成：電動(dòng)機(jī)本體、位置傳感器和電子換向線路。4.4.1無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1．電動(dòng)機(jī)本體圖4-18曲型無刷直流電動(dòng)機(jī)本體基本結(jié)構(gòu)

位置傳感器在無刷直流電動(dòng)機(jī)中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，即將轉(zhuǎn)子磁鐵磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后去控制定子繞組換相。位置傳感器種類較多，目前在無刷直流電動(dòng)機(jī)中常用的位置傳感器有電磁式位置傳感器、光電式位置傳感器和磁敏式位置傳感器。2．位置傳感器

無刷直流電動(dòng)機(jī)電子換向線路是用來控制電動(dòng)機(jī)定子上各相繞組通電的順序和時(shí)間，主要由功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號處理單元兩個(gè)部分組成。功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無刷直流電動(dòng)機(jī)定子上各相繞組，以便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。3．電子換向線路

而各相繞組導(dǎo)通的順序和時(shí)間主要取決于來自位置傳感器的信號。但位置傳感器所產(chǎn)生的信號一般不能直接用來控制功率邏輯開關(guān)單元，往往需要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制功率邏輯開關(guān)單元。圖4-19無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理的方框圖4.4.2無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖4-20三相繞組無刷直流電動(dòng)機(jī)半控橋電路原理圖

在圖4-20中3只光電器件（VP1、VP2、VP3）的安裝位置各相差120°，均勻分布在電動(dòng)機(jī)一端。借助安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板（也稱截光器）的作用，使得從光源射來的光線依次照射在各個(gè)光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。圖4-20中所示位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置和如圖4-21（a）所示的位置相對應(yīng)。圖4-21各相繞組電流與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)示意圖4.5三相交流電路4.5.1三相電源4.5.2三相電源和負(fù)載的聯(lián)結(jié)4.5.3三相交流電路的功率4.5.1三相電源1．三相交流電動(dòng)勢圖4-22三相交流發(fā)電機(jī)

選定電動(dòng)勢的參考方向由繞組的末端指向首端，如圖4-23（b）所示，則 （4-13）

相應(yīng)的波形圖、相量圖如圖4-23（a）、（b）所示。圖4-23三相對稱電動(dòng)勢2．三相電源的星形聯(lián)結(jié)（1）星形聯(lián)結(jié)

把上述三相繞組的末端U2、V2和W2連在一起，就構(gòu)成星形聯(lián)結(jié)，如圖2-17所示。圖4-24三相電源的星形聯(lián)結(jié)

圖4-25所示為三相電源作星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓相量圖，由圖可見，星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電壓是相電壓的倍，即 （4-14）（2）星形聯(lián)結(jié)時(shí)線電壓和相電壓的關(guān)系

圖4-25三相電源星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓相量圖

需要說明的是，三相電源也可以作三角形聯(lián)結(jié)，其線電壓和電源相電壓的關(guān)系是 （4-15）圖4-26三相電源的三角形聯(lián)結(jié)4.5.2三相電源和負(fù)載的聯(lián)結(jié)1．三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

當(dāng)負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流和對應(yīng)的相電流為同一個(gè)電流，即：

圖4-27三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)原理圖用有效值表示為 （4-16）從圖4-27不難看出，這種三相四線制的供電方式中，三相負(fù)載分別與中線構(gòu)成獨(dú)立的單相閉合回路，各相負(fù)載的相電壓就是對稱電源的相電壓（UP），因此，各相負(fù)載的相電流分別為 ，， （4-17）【例4-1】三相電源作星形聯(lián)結(jié)，線電壓是380V，負(fù)載是額定電壓為220V的電燈組，問：（1）三相負(fù)載采用什么聯(lián)結(jié)方式；（2）若三相負(fù)載的等效電阻R1=R2=R3=510，求相電流、線電流和中線電流；（3）若三相負(fù)載的等效電阻分別為R1=510，R2=510，R3=2k，求中線電流。解（1）由三相電源的星形聯(lián)結(jié)可知，電源線電壓為380V時(shí)，相應(yīng)的相電壓為，UP等于負(fù)載的額定電壓，因此三相負(fù)載應(yīng)接在端線和中線之間，即負(fù)載采用星形聯(lián)結(jié)，如圖2-20所示。圖4-28三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)原理圖

（2）當(dāng)R1

=

R2

=

R3

=

500時(shí)，負(fù)載為對稱三相負(fù)載，各負(fù)載的相電流相等，即

負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)，線電流等于相電流，即

由于電燈組是電阻性負(fù)載，所以負(fù)載相電流和相電壓的相位相同，因此可作相量圖如圖2-21（a）所示。根據(jù)平行四邊形法則，所得相量的有效值為0.43A，相位與相反。因此，中線電流（3）當(dāng)R3

=

2k時(shí)，

作相量圖如圖2-21（b）所示，中線電流可見，在三相不對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，中線電流不等于零。圖4-29例2-8相量圖

三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載的相電壓均為電源的線電壓，即 （4-18）負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，流過端線的線電流不等于流過負(fù)載的相電流，根據(jù)分析，兩者的有效值關(guān)系： （4-19）即三相對稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流是相電流的倍。2．三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)

無論是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，三相負(fù)載總的平均功率都是各負(fù)載平均功率之和，即 （4-20）當(dāng)負(fù)載對稱時(shí)，各相的平均功率相等，總的平均功率為單相平均功率的3倍，即 （4-21）式中，—各相負(fù)載的功率因數(shù)。4.5.3三相交流電路的功率

由于負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，UL=UP，IL=IP；負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，IL=IP，UL=UP，因此，無論三相負(fù)載是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，三相總的平均功率為 （4-22）同理，三相對稱負(fù)載總的無功功率（Q）和視在功率（S）為 （4-24） （4-25）

【例4-2】三相交流異步電動(dòng)機(jī)每相阻抗為10，額定相電壓為380V，功率因數(shù)為0.6。電源的線電壓為380V。（1）分別計(jì)算電動(dòng)機(jī)接成星形和三角形時(shí)的線電流和功率。（2）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，應(yīng)采用哪種接法？解（1）電動(dòng)機(jī)接成星形時(shí)，電動(dòng)機(jī)接成三角形時(shí)，

（2）由于電動(dòng)機(jī)的額定電壓等于電源的線電壓，因此電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)應(yīng)接成三角形。為了減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，可在啟動(dòng)時(shí)接成星形，啟動(dòng)完畢正常運(yùn)行時(shí)改接成三角形。4.6車用直流起動(dòng)機(jī)4.6.1車用直流起動(dòng)機(jī)的構(gòu)造4.6.2車用直流起動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電控原理

車用起動(dòng)機(jī)，都是用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。它由磁極、電樞和換向器等主要部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖4-29所示，電樞繞組與磁場繞組的連接為串聯(lián)方式。4.6.1車用直流起動(dòng)機(jī)的構(gòu)造圖4-29車用直流起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1—磁場繞組2—磁極鐵芯3—起動(dòng)機(jī)外殼4—磁極固定螺釘5—換向器6—轉(zhuǎn)子鐵芯7—電樞繞組8—電樞軸

機(jī)殼的作用是固定機(jī)件和構(gòu)成導(dǎo)磁回路。殼體用鑄鐵澆鑄或鋼板卷焊而成。殼體上設(shè)有一個(gè)接線端子