汽车电工电子基础

汽车电工电子基础丁立新主编机械工业出版社汽车电工电子基础书名：汽车电工电子基础书号：978-7-111-54197-4作者：丁立新主编出版社：机械工业出版社配套试卷项目二汽车交流发电机与交流电项目目标知识目标1.理解并掌握交流发电机的结构、工作原理及功能。2.掌握交流电的产生、特征、基本概念及相互关系。能力目标1.能够进行交流发电机的拆装及简单的检测维修。2.能够熟练进行简单交流电路的设计与安装。项目设计发电机是汽车的主要电源，由发动机驱动，在正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，若还有过余能量，再向蓄电池充电。本项目就是要通过对汽车用交流发电机的拆装，使学生理解和掌握汽车用交流发电机的一些基本结构、基本发电和正弦交流电的产生原理，并能灵活运用到汽车供电系统的检测中。此外，还要通过对简单荧光灯电路的设计与安装，使学生理解和掌握正弦交流电路的一些基本概念、基本理论、基本元件和电路的基本分析方法，并能灵活运用到生产与生活实际中。为此，本项目设计为三个任务，分别是交流发电机的拆卸与安装、设计与安装荧光灯电路和设计与安装一个三相负载的星形联结电路。任务1.交流发电机的拆卸与安装任务描述首先要求教师讲解交流发电机基本的拆装过程及注意事项，从而明确汽车用交流发电机的基本组成元件及电路的基本功能；然后指导学生进行实物拆装并分析它的发电原理及工作特性；在此基础之上拓展到汽车充电电路相关知识的学习。任务实施1.实验工具：蓄电池、一字及十字螺钉旋具、开口及梅花扳手、万用表、弹簧称、游标卡尺、拉器、百分表、V型铁、油盆、毛刷、清洗剂、润滑脂、“00”号纱布及棉纱。2.拆装过程（1）硅整流交流发电机的拆解及清洗下面以丰田系列40A型硅整流交流发电机为例，说明发电机的拆解及清洗过程。1）拆下皮带轮。2）拧下“B”端子上的固定螺母并取下绝缘套管。3）拆下后端盖罩。4）拧下电刷架和IC调节器的固定螺丝，取下电刷架和IC调节器（注意：电刷要轻取）。5）将与整流器相连接的三相绕组引线及中性点引线的连接螺钉用十字起拧下，取下整流器。6）拆卸整流器端座。7）从驱动端盖里取出转子；用棉纱沾适量清洗剂擦洗转子绕组、定子绕组、电刷及其他机件。（2）硅整流交流发电机的检查1）转子的检查转子绕组短路与断路的检查转子绕组搭铁检查滑环的检查转子轴检查2）定子的检查定子绕组短路与断路的检查定子绕组搭铁检查3）整流器的检查检测正极管检测负极管在不分解发电机的情况下检测二极管电刷组件的检查（3）硅整流交流发电机的装复按拆解的反顺序装复发电机。装复后，转动发电机皮带轮，转子转动平顺，无摩擦及碰击声。（4）演示发电机发电过程待发电机装复完好后，实训课教师演示发电机发电过程，验证发电机的发电功能。同时指导学生简单分析发电机的发电原理。4．思考与讨论汽车用交流发电机的基本构成及发电原理相关知识（1）交流发电机的结构交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。相关知识1）转子。转子的功用是产生旋转磁场。相关知识2）定子。定子的功用是产生交流电，由铁心和三项绕组组成。相关知识3）整流器交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流，并可阻止蓄电池电流向发电机倒流。相关知识4）端盖。端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起固定转子、定子、整流器和电刷组件的作用。相关知识（2）交流发电机的工作原理在交流发电机内部有一个由发动机带动转子而形成的旋转磁场，磁场外有定子绕组，绕组有3组线圈(即3相绕组)，3相绕组彼此相隔120°，当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。相关知识（3）交流发电机的类型和结构特点相关知识（4）交流发电机的型号交流发电机的型号通常有五部分组成。第一部分为产品代号，第二部分为电压等级代号，第三部分为电流等级代号，第四部分为设计序号，第五部分为变型代号。（5）交流发电机的励磁方式将电源电流引入到绕组，使绕组产生磁场的现象，称为励磁。交流发电机励磁方式有自励和他励两种。相关知识2.正弦交流电的产生交流电的大小和方向以各种不同的形式随时间作周期性变化，按正弦规律变化的电流、电压和电动势称作正弦交流电。要得到交变电流，必须有交变的电源。获得交变电源的方法有很多种，电力上用的交流电都是交流发电机产生的。相关知识2.正弦交流电的产生交流电的大小和方向以各种不同的形式随时间作周期性变化，按正弦规律变化的电流、电压和电动势称作正弦交流电。要得到交变电流，必须有交变的电源。获得交变电源的方法有很多种，电力上用的交流电都是交流发电机产生的。实践训练1.上网搜查一下直流发电机的构造、发电原理及主要应用，并回答其与交流发电机在结构和发电原理上有什么异同点。2.汽车用电源是直流电源，为什么汽车用发电机一般都使用交流发电机？任务2.设计与安装荧光灯电路任务描述首先，要求学生设计一个简单的荧光灯交流电路，通过这个电路，进一步明确交流电的产生及其基本特征，从而理解正弦交流电的基本概念，基本理论和正弦交流电的三要素，掌握正弦交流电的表示方法。其次，复习与理解电阻、电感及感抗的物理意义，在掌握电阻、电感电路中的电压、电流关系的基础上，设计荧光灯的实际电路图，明确荧光灯电路的基本组成元件及各元件的作用和电路的基本功能，然后指导学生进行实物操作。任务实施1.实验器材工具：三相交流电源、荧光灯管、镇流器、辉光起动器、开关、导线、电压表、电流表、万用表等。2.电路设计要求学生在认知各元件性能的基础上进行电路设计，画出实物连接图和原理图。3.电路安装1）用万用表分别判断灯管、镇流器、辉光起动器是否可用。2）根据设计的荧光灯电路原理图进行实物连接，即使用绝缘导线将电源、开关、荧光灯管、镇流器和辉光起动器等元件正确连接起来。3）连接好电路后，检查电路连接是否正确，检查正确无误后再通电。4）通电后打开开关，观察荧光灯是否正常工作、观察各测量仪表的变化情况，看是否正确。若表指针数据有变化，说明电路正确。5）实验完毕时，断开电源，拆解电路。4.荧光灯电路工作原理荧光灯电路主要由荧光灯管、镇流器、辉光起动器（启辉器）开关及交流电源构成，电路如图2-17所示。荧光灯电路实际是一个R、L、C混联电路，其中，R代表灯管电阻、L代表镇流器、C代表辉光起动器。3.正弦交流电的基本要素（1）正弦量的三要素在正弦交流电路中，电压和电流的大小和方向随时间按正弦规律变化。凡按照正弦规律变化的电压、电流等物理量统称正弦量，它们的特征表现在变化的快慢、大小及起始点的相位角三个方面，这三个方面成为正弦量的三要素，分别是频率（周期）、振幅（或有效值）和初相位。相关知识1）频率与周期。正弦量完成一次周期性变化所需的时间称为周期T。2）振幅和有效值正弦量的大小和方向随时间作周期性的变化，最大幅值称为振幅，也叫最大值。相关知识3）相位、初相位、相位差（2）正弦量的四种表示方法1）解析式（瞬时值表达式）表示法2）波形图表示法3）相量表示法4）相量图表示法相关知识4.交流电路元件电阻、电感、电容器是交流电路的基本元件，由电阻、电感、电容单个元件组成的正弦交流电路是最简单的交流电路。分析与计算正弦交流电路与直流电路一样，主要是确定电路中电压与电流间的关系，以及讨论电路中的功率（转换与平衡）问题。相关知识（1）纯电阻元件1）纯电阻元件的电压电流关系c)相关知识2）纯电阻元件的功率关系不同时刻电阻上的功率是不同的，将任意时刻的功率成为瞬时功率，用p表示，它等于电压瞬时值u与电流瞬时值i的乘积。p=ui=UmImsin2ωt=2UIsin2ωt=UI(1-cos2ωt)（2）纯电感元件1）电感元件的电压电流关系相关知识2）纯电感元件的功率关系在电感元件的正弦交流电路中，瞬时功率p也是时刻变化的。p=ui=UmImsinωtsin(ωt+90°)=UmImsinωtcosωt=UmIm/2sin2ωt=UIsin2ωt相关知识（3）纯电容元件1）电容元件的电压电流关系相关知识2）纯电容元件的功率关系在电容元件的正弦交流电路中，其瞬时功率p也是时刻变化的。p=ui=UmImsinωtsin(ωt+90°)=UmImsinωtcosωt=UmImsin2ωt/2=UIsin2ωt相关知识电阻R、电感L、电容C三个单一元件交流电路的特征相关知识4．思考与讨论设计一个包含有电阻、电感、电容三种电路元件的混合交流电路任务3.设计与安装一个三相负载的星形联结电路任务描述在理解三相对称电动势、相序概念的基础上，设计安装一个三相负载的星形联结电路（三相四线制供电）。明确三相负载电路的基本组成元件和电路中各元件的作用，然后指导学生进行实物连接，并验证各元件的工作状态和特征。任务实施1.实验工具万用表、220V/10W白炽灯若干、开关、三相交流电源、剩余电流断路器、熔断器、导线等。2.电路设计要求学生在明确三相负载星形（Y）联结原理的基础上进行电路设计，画出实物连接图及原理图。3.电路安装1）检查实验材料及工具，明确每一个器材的实际用途及安全使用注意事项。2）根据设计图样进行实物连接。将3只10W的灯泡按照图所示电路连接成星形三相平衡负载。3）电路连接结束，检查电路安装的正确性4.数据测量三相负载星形（Y）联结电路分两种形式，即有中线电路和无中线电路，要分别测量。5.思考与讨论三相交流电路在有中线（三相四线制）和无中线（三相三线制）两种情况下：1）三相各对称负载两端电压、电流值有什么变化？2）若三相负载不对称，各负载两端电压、电流值又会有什么变化？3）三相四线制供电系统中，中线起什么作用？实践训练1.上网搜查一下直流发电机的构造、发电原理及主要应用，并回答其与交流发电机在结构和发电原理上有什么异同点。2.汽车用电源是直流电源，为什么汽车用发电机一般都使用交流发电机？5.三相正弦交流电路有三个交变电动势的正弦交流电路称为三相正弦交流电路。有三个交变电动势的电源称为三相正弦交流电源；三相正弦交流电源中常见的是对称三相交流电源，对称三相交流电是三个频率、幅值相等，彼此相位相差120°的一组交流电，简称三相交流电，是应用最广泛的一种交流电。相关知识（1）三相交流电动势的产生相关知识规定三相电动势的正方向是从绕组的末端指向首端。三相电动势的瞬时值以eU为参考正弦量，则三相电压的波形图如图所示，三相电动势的瞬时表达式为：相关知识（2）三相交流电源电路三相交流发电机的三相绕组通常并不单独对外供电，而是按一定方式连接在一起同时对外供电。三相电源的基本连接方式有星形（Y）联结和三角形（△）联结。相关知识1）三相交流电源星形（Y）联结如果把三相发电机三个绕组的末端U2、V2、W2接在一起成为一个公共端N，三个绕组的首端U1、V1、W1各引出一条线，这种接法称星形联结。相关知识2）三相交流电源的三角形（△）联结将对称三相电源中的三个绕组中U相绕组的相尾U2与V相绕组的相头V1，V相绕组的相尾V2与W相绕组的相头W1，W相绕组的相尾W2与U相绕组的相头U1依次连接如图，由三个连接点引出三条端线，这样的连接方式成为三角形（也称△形）联结。相关知识6.三相负载电路三相负载也有星形（Y）和三角形（△）联结两种连接方式相关知识（1）负载的星形联结负载星形联结时，每相负载两端的电压是电源的相电压，每相负载中的电流称为相电流IP（IUN、IVN、IWN）；每根端线上的电流称为线电流IL（IU、IV、IW）；中线上的电流称为线电流IN相关知识（2）负载的三角形联结相关知识实践训练汽车发电机在某一转速时相电压是8V，若定子三相绕组系星形联结，其线电压是多少？谢谢！