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第一章基本电气理论一、电的基本知识原子原子是构成元素、并保持元素性质的最小粒子。原子含有微小的肉眼看不见的带正、负电荷的颗粒。一滴水里含有几十亿个原子。原子的结构与太阳系的结构相类似，太阳系以太阳为中心,行星沿轨道围绕太阳旋转。质子、电子和中子离心力向外推小球,而橡皮带却试图将球体引到中心位置，这些力之间的相互平衡产生了球体的运行轨道。假如橡皮带断裂，导致引力丧失,离心力便会将小球甩出。假如因某种原因，原子发生了这种情况,电子和质子间的引力减弱,在离心力的作用下,电子将脱离自己的轨道被甩出去。异性电荷总是相互吸引,而同性电荷则相互排斥。电子排斥电子，质子排斥质子，除非出现中子。导体为使电子流动,必须为其提供一个路径,简单地说，可以将这种路径(电路)想象成一个从电源(电池正极)开始转一圈又返回电源(电池负极)的环路。电子在某些物体中移动比在其它物体中移动更容易些，这些物体如铜、铁和铝等可形成很好的电子移动路径,所以被称作导体。由于元素铜具有很好的导电性,它被广泛应用于汽车电气设备。铜原子核中含有29个质子。请注意最外圈的单个电子，它并非被牢牢地吸住,而是很容易地脱离原子核的束缚,从而成为自由电子。水质子(正)电子(负)原子的中心或“太阳”是由被称作质子和中子的微粒组成。质子带正电荷,中子不带电，而围绕中心旋转的“行星”被称作电子,它带有负电荷。从现在起,当讨论电时,仅讨论质子和电子,因为它们是带电荷的微粒。氢原子是最简单的原子，其构成是一个电子围绕一个质子和一个中子旋转。和两个微粒之间的引力相反的另一种力,称为离心力,因离心力作用于电子,其结果是使电子沿着质子做环绕运动,因而,阻止电子向质子靠近。这种运动就象人在旋转用橡皮带连接的小球时,得到力的平衡一样。氢原子自由电子绝缘体与导体相对的是绝缘体。绝缘体原子里的电子被牢牢吸在轨道里,很难或不可能产生电流，这些材料如橡胶、木头、胶木及陶瓷具很好的抗电性能或“绝缘强度”。介于绝缘体和导体之间的材料产生电流的难易程度亦介于两者之间。所有的导体都对电流产生一定的电阻，电阻的成因是材料的组成或材料的物理形状。二、电压、电流、电阻电压电压是导致电子在导电体内流动的一种电力或压力。电流电流只在含有很多自由电子的物体中流动，这些物体被称为导体。推动及吸引电子脱离轨道并使其在导体里流动所需要的力或压力被称作电动势(EMF)或电子移动力。电流是对在导体里移动的电子流的称谓。就如管子里的水由水压推动一样,导线里的电流则被电压推动。水的流量是用流量表以加仑/每分钟为单位来计量的，同样，电流是用电流表以安培(amps)为单位来计量的。其做法是将电流表接入电路中。---注意---导体原子最外电子层有一个、二个或三个电子,而绝缘体则有五个甚至更多。液压(以磅每平方英寸为单位)P.S.I.电压表低电势电压力(以伏特为单位)高电势---注意---也可认为电压是电路两点间的“电势”差，当电路无电流流动时电压依然存在。电压压力(电子流动)电流电流表电线电阻所有电子元件和电路都有电阻。电阻即阻止电流流动及减缓流动的力。电阻本质上为电“摩擦”,很象液压系统里的节流孔或其它障碍。电阻将电能转换成其它形式的能，如热能、光能或动能。没有电流时可用欧姆表直接测量元件的电阻,计量单位为欧姆。用电压表间接测电阻可先测出运行电路中的压降,从而显示出电路里被测试部分因电阻而变化的电压。---注意---一安培等于6.28千兆电子,即一秒钟里有数十亿个电子通过。压降电流电阻电压压降流量节流孔导体电阻取决于5种因素:1.原子结构2.长度3.横断面积4.温度5.物理状态电阻导致电压(或压力)下降三、欧姆定律欧姆定律说明电的特性早在19世纪,乔治·西蒙·欧姆便通过实验证明了存在于电压、电流及电阻之间非常精确的关系。人们称这种关系为欧姆定律,其表述如下：电路的电流与电压成正比,与电路电阻成反比。若以另一角度解释欧姆定律,它可以是:如果电阻恒定而变化电压，电流将随电压的增大或减小而(成比例地)增大或减小；如果电压恒定而改变电阻，电流与电阻的变化相反:电阻变大时电流将减小，而电阻减小时电流增大。为在汽车上应用欧姆定律,记住它的一个较容易的方法是把它想象为一个电压恒定的跷跷板。电压不变时,如果电阻升高,电流便会下降。反之,电阻下降,则电流上升。四、典型的电路通常有三种基本电路:串联、并联和混联。人们可根据电源、导体、负载以及控制或保护装置的连接情况,来确定是哪种类型的电路。串联电路这是一种最简单的电路，导体、控制和保护装置、负载以及电源都与仅有的一条电路径相连。每个元件的电阻都可以是不同的，数值相同的电流将流经每一个元件,所以通过每个元件的电压也将是不同的。如果路径损坏,电流便不能通过。电阻(R)下降电阻(R)上升电流(I)下降电流(I)上升欧姆定律,电流与电阻对比串联电路定律：串联电路中每一点的电流都是相同的。串联电路的总电阻等于各个电阻的相加值。串联电路中各个压降值的总和等于应用电压或电源电压。保险丝灯接地串联电路,液压通路和电流相类似并联电路一个并联电路有一个以上的电流通路，每个分路的电压相同。假如每个分路的负载电阻相同,分路电流也将相同。假如分路里的负载电阻不同,分路电流也将不同。假如有一个分路损坏,电流将继续流往其它分路混联电路在混联电路里,有些元件为串联,有些元件为并联。电源及控制或保护装置(保险及开关)通常为串联,负载通常为并联。串联电路里电流相等,而在并联电路中则不相等,并联电路里元件的电压相等,而在串联电路里则不等。假如串联部分损坏,整个电路将断开。假如并联分路损坏,电流仍将可以流过串联电路和未断开的分路。五、直流电和交流电电压分为两种类型：直流和交流，通常分别缩写为DC和AC。并联电路定律：并联电路中,通过各分路的电压相同。并联电路中的总电流等于各个分路电流的总和。并联电路中的总电阻通常小于最小电阻分路里的电阻。并联电路,液压通路和电路相类似混联规则：电路里串联部分的电流等于各分路电流的总和。电路电阻是并联部分的电阻总值和所有的串联电阻的总和。并联分路的电压为电源电压减去通过串联负载时所有的压降。接地保险丝混联电路,液压通路和电路相类似直流电(DC)的最佳解释方式就是电子直接地、或连续地沿一个方向流动。汽车的大部分系统均使用直流电。直流电的优点是，可以被储存在电瓶中。而交流电(AC)的最佳解释是电子交替地前后流动。汽车发电机所产生的就是交流电。由于磁性定律，交流电很容易在发电机中产生，但是却非常难以储存。因此，发电机配备有特殊电路，可以在应用于车辆电气系统之前被转换成直流电。六、功率和瓦特功率电的最后一个性质是功率。功率是电路中做功的比率。汽车发动机的输出通常用马力来表示，电机的输出也采用相同的单位。许多电气设备均使用所消耗的电功率多少来划分等级，而不是所产生功率的多少。功率消耗单位用瓦特来表示。735瓦特=1马力采用功率公式来确定功率、电压和电流之间的关系。基本等式或功率公式为P=IXE,或瓦特=安培X伏特。功率是电流与电压的乘积。在一个电路中，如果电压或电流增大，则功率也相应增大。而如果电流减小，功率则降低。瓦特的定义功率的计量单位是瓦特。一瓦特等于一安培乘以一伏特。瓦特额定的最普通应用可能要属灯泡了。采用所消耗的瓦特数来标定灯泡。电阻器也是如此。瓦特额定的其他普遍应用还有扬声器、某些电机和绝大多数的家用电器等。在电路中，电阻是消耗功率的。前面讲过，许多电气设备都有电阻，包括导体、绝缘体、电阻器、线圈和电机等。将任何电路的电压乘以电流，都可以获得功率消耗值。例如，一个标准的电吹风可以具有10安培电流。众所周知，家用电压约为120V。将这两个数值相乘，便可得到1200瓦的结果。七、电磁理论磁场的一些特性:如果没有磁力,电能几乎没有实际用途。磁力对交流发电机、点火线圈和起动机而言是不可缺少的。实际上,电气设备中只有灯和点烟器的工作与磁力无关。异性磁极相互吸引，同性磁极相互排斥。N极吸引另一块磁体的S极,但排斥另一磁体的N极。磁力线可以穿过所有物质,尚未发现磁的绝缘体。磁力线容易穿过可以磁化的物质,如铁或钢，但在通过空气或“气隙”时较难。硬质合金钢用于制作永久磁铁,因为磁化后的硬质合金钢能保持很强的磁性。磁性相吸和磁性排斥为演示磁场中相吸与排斥,在一张纸下将两块磁铁的端头靠近并在纸上撒些铁屑，当N极和S极靠在一起时,磁场变密而且磁力线相互连接;当两个N极靠在一起时,磁场相互排斥。这就是为什么在靠近和分开磁铁时会有“拉”和“推”的感觉。马蹄形磁铁磁力线分布发现磁场磁阻磁力线难以通过的物质被认为具有较大磁阻。空气磁阻很大,而软铁的磁阻则很小,为演示这一点,在一页纸下放一块磁铁,然后在磁场中插入一块软铁块并在纸上撒些铁屑。注意磁力线很容易通过软铁块,并影响它们穿过空气的正常流动。电流产生磁场电流一旦流过导线,导线周围就会产生磁力线。这些磁力线在导线周围形成小的同心圆。这些环形磁力线没有磁极，即没有N或S极。让我们把导线做成线圈状并在导线中通入电流。导线周围会产生磁力线,但这时每条圆形磁力线从导线圈的一边进入另一边。换句话说,这些磁力线都穿过线圈中心,这就形成了一个带有N极和S极的弱电磁体。这些磁力线从N极离开线圈,沿线圈外部流动,在S极重新进入─就象一块条形磁铁。右手定则（导线）磁场的方向可以用右手定则来确定,铁屑相互吸引空气=高磁阻软铁=低磁阻高磁阻和低磁阻电流产生磁力线右手定则铁屑相互排斥即:用右手握住导线,使大拇指的方向与电流的方向一致,那么四指的指向就是磁力线的方向。电磁当一带电导线变成线圈时就会产生一个带N、S极的磁场,如条形磁铁一样。如果将一铁芯放入线圈中,磁场会变强,因为磁力线穿过铁比穿过空气要容易得多。一根铁芯能使磁场强度增大2500倍。这种称为电磁体的结构在发电机中得到应用。发电机使用绕成很多匝的载流导体以及放在其中的一块称为极心的铁芯,用以产生强磁场。右手定则（线圈）磁场的方向可以用右手定则来确定,即:用右手握住导线圈,使四指的方向与电流的方向一致,那么大拇指的指向就是磁力线的方向。电流流入电流流入电流流入电磁体电磁理论:磁力线的数量与线圈的电流匝数成正比。磁力线的数量与磁阻成反比,较大磁阻=较少磁力线,较小磁阻=较多磁力线。电磁感应前面解释过,当电流通过导线时,导线周围会产生磁场。这种作用是可逆的。当磁场及磁力线穿过并做切割导线或导体运动时,导体中有电压产生。这可以通过将导体与灯连接来演示,当磁场做穿过并切割导体快速运动时,灯泡会发光。磁力线通过导体产生电压的过程称为电磁感应。磁场和磁力线作切割导体的运动或导体做切割磁场的运动并没有什么区别，只要二者间有相对运动,导体中就会有感应电压。在交流发电机中,磁场运动,而导体静止。在直流发电机中,导体运动而磁场静止。在交流发电机中,磁体在静止导体内旋转,这样磁力线就穿过导体。被称为定子的静止导体中就会产生感应电压。旋转的磁体称为转子。电磁感应应用举例之一：电磁传感器电磁感应相对运动产生电压旋转磁体产生电压交流发电机的静止导线绕组---注意---电磁感应产生的电压输出随着下列因素变化:磁场强度切割磁力线时的速度切割磁力线的导线数量这种传感器起一个交流信号发生器作用，被用于监控一个旋转目标的速度。例如，ABS系统使用一个车轮速度传感器，以便确定每个车轮的精确速度。电磁传感器包括由一个电线绕组包围的永磁体。当一个金属材料极接近并通过时，磁场被切断，并产生一个小的交流电压信号。一个有齿的环被装在一个旋转目标上。这个有齿环是金属材料的，它接近并通过该电磁传感器，切断磁场。这个过程随着车轮的不断旋转而继续着。该有齿环具有规定的齿数和凹口数，这些数值被转换为英里每小时（mps）。当车轮高速运转时，该信号的强度变得非常重要。因此，被引入该电路的任何形式的电阻都会引起实际车轮速度的一个误传。此外，损坏的，或不正确安装的有齿环也可以引起实际车轮信号的失真。如果该传感器与转轮之间的间隙不正确，也可以导致信号变弱。监控这类信号的最好方法是通过使用一个