- 汽車電路原理·識(shí)讀·檢測(cè)·維修
- 顧惠烽主編
- 2335字
- 2021-12-24 18:03:14
1.1 電路基本理論
1.1.1 什么是電?
電是一種能量形式。除了電之外,其他的能量形式還有熱、光、機(jī)械能、化學(xué)能等。
(1)電的優(yōu)點(diǎn) 可長(zhǎng)距離傳輸大量的能量;電能可便捷地轉(zhuǎn)化為其他形式的能量;由電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量是最環(huán)保的方式。
(2)電的定義 電是電子從一個(gè)原子到另一個(gè)原子的運(yùn)動(dòng)(圖1-1-1)。
(3)電的三要素:電壓、電流、電阻。

圖1-1-1 電的定義
1.1.2 通過哪些方式可以獲取電?
獲取電的方式如圖1-1-2所示。

圖1-1-2 獲取電的方式
(1)通過運(yùn)動(dòng)感應(yīng)產(chǎn)生電壓 導(dǎo)體回路在磁場(chǎng)中來回運(yùn)動(dòng)以及永磁鐵在線圈中來回運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生交流電壓,這種過程稱為運(yùn)動(dòng)感應(yīng)(圖1-1-3)。如發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器。

圖1-1-3 通過運(yùn)動(dòng)感應(yīng)產(chǎn)生電壓
(2)通過電化學(xué)過程產(chǎn)生電壓
① 原電池。如果將兩種金屬浸入到電解質(zhì)(酸、堿或鹽溶液)中,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)原電池。兩個(gè)電極之間存在直流電壓,其強(qiáng)度取決于電極的材料。電子由負(fù)極流向正極,電解質(zhì)分解,負(fù)極金屬溶解或發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化。
② 蓄電池。對(duì)于蓄電池,可以通過輸入電流的方式使電化學(xué)轉(zhuǎn)換過程反向進(jìn)行(即充電)(圖1-1-4)。
(3)通過光電元件產(chǎn)生電壓(通過光產(chǎn)生電壓) 如圖1-1-5所示,在金屬基板上涂一層半導(dǎo)體涂層(例如硒),半導(dǎo)體涂層與觸環(huán)相連。光線射入時(shí),觸環(huán)和基板之間就會(huì)產(chǎn)生直流電壓。如電子控制中的測(cè)量值傳感器。

圖1-1-4 通過電化學(xué)過程產(chǎn)生電壓

圖1-1-5 通過光產(chǎn)生電壓
(4)通過壓電元件的晶體形變產(chǎn)生電壓(圖1-1-6) 壓電元件由壓敏晶體(例如電氣石)和導(dǎo)電的薄膜組成,在晶體上施加壓力,就會(huì)產(chǎn)生電壓。如爆震傳感器和壓電噴嘴。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的壓電噴嘴應(yīng)用了反向作用。多塊晶體上下層疊在一起,在晶體上加載電壓,利用晶體的膨脹就可以使噴油嘴開啟。
(5)通過熱電元件吸收熱量產(chǎn)生電壓(圖1-1-7) 將兩種金屬互相連接,并加熱連接部位,就會(huì)產(chǎn)生直流電壓,電壓的大小與金屬配對(duì)和溫度有關(guān)。如溫度測(cè)量元件、測(cè)量值傳感器。

圖1-1-6 通過晶體形變產(chǎn)生電壓

圖1-1-7 通過熱量產(chǎn)生電壓
1.1.3 什么是電壓?
電壓是電的壓力,由它引起電子在電路中移動(dòng)。電壓工作原理如圖1-1-8所示。
電壓的表示符號(hào)是U,單位是伏特(V)。1V表示通過1Ω電阻移動(dòng)1A電流所需的壓力。
單位換算:1mV=0.001V;1kV=1000V;1MV=106V。
電壓數(shù)值的大小可以通過伏特表測(cè)量。如圖1-1-9所示,使用萬用表選擇電壓擋,黑表筆連接負(fù)極,紅表筆連接正極,測(cè)得的電壓即是電路中的電壓。

圖1-1-8 電壓工作原理

圖1-1-9 測(cè)量電壓
(1)直流電壓 又稱直流電或“DC直流電”。直流電壓是指電子持續(xù)以相同的強(qiáng)度沿著同一方向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓(圖1-1-10)。

圖1-1-10 直流電壓工作原理
(2)交流電壓 又稱交流電或“AC交流電”。交流電壓是指在一定的時(shí)間內(nèi),電子多次改變其方向和電流強(qiáng)度(圖1-1-11)。

圖1-1-11 交流電壓工作原理
電壓波形具有正弦波特征,如圖1-1-12所示。常見波形如圖1-1-13所示。

圖1-1-12 電壓波形
f—頻率,Hz;T—周期,s;Up—電壓峰值;
Upp—從一個(gè)峰值到另一個(gè)峰值的電壓;Urms—有效電壓

圖1-1-13 常見波形
1.1.4 什么是電流?
電流表示電子流動(dòng)的速率,如圖1-1-14所示。

圖1-1-14 電流流動(dòng)方向
電流是自由電子的定向運(yùn)動(dòng)(圖1-1-15)。形成電流的原因是電壓。電流只能在閉合的電路中流動(dòng)。電路的組成如圖1-1-16所示。

圖1-1-15 電流的工作原理

圖1-1-16 電路的組成
電流表示符號(hào)為I,單位是安培(A)。1A表示1s內(nèi)有6.25×1018個(gè)電子流過導(dǎo)體上的一點(diǎn)。單位換算:1mA=0.001A。
電流的測(cè)量方法如圖1-1-17所示。使用萬用表選擇電流擋,紅、黑表筆分別連接線路的兩端,測(cè)得線路中的電流。

圖1-1-17 測(cè)量電流
1.1.5 什么是電阻?
電阻為導(dǎo)體反對(duì)電子流動(dòng)的能力,是電流在導(dǎo)體中受到的阻礙(瓶頸)電阻的表示符號(hào)是R,單位是歐姆(Ω)。1Ω表示1A電流流過導(dǎo)體時(shí)在其兩端產(chǎn)生1V電壓降。單位換算:1kΩ=1000Ω;1MΩ=106Ω。影響電阻的因素有導(dǎo)線的長(zhǎng)度、導(dǎo)線的截面積、導(dǎo)線的材料、溫度等。
“電阻”這個(gè)概念在電氣技術(shù)中有兩種含義。
① 材料的物理性質(zhì)。導(dǎo)電材料,例如銅、銀等;電阻材料,例如康銅等;絕緣材料,例如陶瓷等。
② 電氣或電子設(shè)備中的部件(圖1-1-18)。

圖1-1-18 電阻和電阻在電路圖中的符號(hào)
電阻是被動(dòng)部件,它用來將電流限制在一個(gè)電流回路中并構(gòu)成分壓器,以便在特定的點(diǎn)位使電壓可保持恒定的數(shù)值。電阻的作用如圖1-1-19所示。
(1)串聯(lián)電阻 串聯(lián)時(shí),總電阻都比單個(gè)電阻大。總電阻(Rges)等于R1和R2之和(圖1-1-20)。即:
Rges=R1+R2

圖1-1-19 電阻值越大,流量越小

圖1-1-20 串聯(lián)電阻
串聯(lián)電阻在鼓風(fēng)機(jī)電路圖中的應(yīng)用如圖1-1-21所示。通過串聯(lián)電阻可實(shí)現(xiàn)由新鮮空氣控制鼓風(fēng)機(jī)的速度。

圖1-1-21 串聯(lián)電阻在鼓風(fēng)機(jī)電路圖中的應(yīng)用

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(2)并聯(lián)電阻 總電阻小于最小的分電阻R1或R2等(圖1-1-22)。

圖1-1-22 并聯(lián)電阻
并聯(lián)電阻的應(yīng)用如圖1-1-23所示,為可加熱的風(fēng)擋清洗噴水嘴的電路。

圖1-1-23 可加熱的風(fēng)擋清洗噴水嘴電路
不同電阻的應(yīng)用如圖1-1-24所示。

圖1-1-24 電阻的應(yīng)用
電阻測(cè)量方法:使用萬用表電阻擋測(cè)量,將萬用表紅、黑表筆分別連接測(cè)量對(duì)象兩端,測(cè)得數(shù)據(jù)為該測(cè)量對(duì)象的電阻(圖1-1-25)。

圖1-1-25 測(cè)量電阻
1.1.6 歐姆定律
歐姆定律計(jì)算公式如圖1-1-26所示。計(jì)量單位符號(hào)如下:電壓U(V);電流強(qiáng)度I(A);電阻R(Ω)。

圖1-1-26 歐姆定律計(jì)算公式
1.1.7 電功率
電功率計(jì)算公式如圖1-1-27所示。計(jì)量單位符號(hào)如下:功率(W);電壓(V);電流強(qiáng)度(A)。

圖1-1-27 電功率計(jì)算公式
1.1.8 并聯(lián)電路
在并聯(lián)電路中適用下列定律(圖1-1-28):
① 所有的電阻(用電器)承載相同的電壓。
U=U1=U2=…
② 總電流等于所有分電流之和。
I=I1+I2+…
③ 總電阻的倒數(shù)等于所有分電阻的倒數(shù)之和。
④ 總電阻總是小于最小的分電阻。

圖1-1-28 并聯(lián)電路圖
1.1.9 串聯(lián)電路
在串聯(lián)電路中適用下列定律(圖1-1-29):
① 流經(jīng)所有電阻(用電器)的電流相等。
I=I1=I2=…
② 總電壓等于分電壓之和。
U=U1+U2+…
③ 總電阻等于分電阻之和。
R=R1+R2+…

圖1-1-29 串聯(lián)電路圖
1.1.10 混聯(lián)電路
如果要確定混聯(lián)電路中的電路等效電阻或總電阻,建議分多個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算。如圖1-1-30所示,計(jì)算并聯(lián)電阻R2(20Ω)、R3(20Ω)、R4(30Ω)、R5(30Ω)的等效電阻Rp的方法如下。

圖1-1-30 混聯(lián)電路圖
適用以下公式:
代入數(shù)值,得
即
故 Rp=6Ω
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