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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、 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。
8、 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、
9、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
10、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
11、。,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,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
12、压瞬时值u与电流瞬时值i的乘积。 p= ui = Um Im sin2t =2 U I sin2t = UI (1-cos2t),（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 = Um Im sint sin(t+90) = Um Im sintcost = Um Im /2sin 2t = UI sin2t,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
13、= UmIm sintsin(t+90) = UmIm sintcost = UmIm sin 2t /2 = UI sin 2t,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
14、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
15、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
16、）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
