电子电气系统基本原理(学员手册)

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1、 售后服务培训 产品信息 电气 / 电子系统基本原理 BMW 售后服务 本工作手册中所包含的信息仅适用于 BMW 售后服务培训班的学员。 有关技术数据方面的更改 / 补充情况请参见 BMW 售后服务的最新相关信息。 信息状态：2005 年 12 月 联系地址：conceptinfobmw.de 2005 BMW 集团 慕尼黑，德国 未经 BMW AG（慕尼黑）的书面许可不得翻印本手册的任何部分 VS-12 售后服务培训 学员工作手册 电气 / 电子系统基本原理 有关本工作手册的说明 所用符号 为了便于理解内容并突出重要信息，在本工作手册中使用了下列符号： 所包含的信息有助于更好地理解所述系统及

2、其功能。 ? 表示某项说明内容结束。 当前状况 由于 BMW 对车辆结构和装备不断进行后续研发，因此本工作手册中的内容 与培训所用车辆情况可能会不一致。 本手册发行时仅针对左侧驾驶型车辆。 右侧驾驶型车辆部分操作元件的布置位 置与本工作手册的图示情况不同。 目录 电气 / 电子系统基本原理 培训 1 原子结构 1 电压 3 电流 9 电阻 13 欧姆定律 16 电功率 19 电容器和电容 21 线圈和电感 23 半导体技术 26 半导体元件 32 1 培训师工作手册 电气 / 电子系统基本原理 原子结构 电子、质子和中子 所有物质都由大约 100 种不同的元素构成。 这些元素中最小的组成部分是

3、原子。 1 锂原子结构 索引 说明 1 质子 2 中子 3 电子 上图所示的原子模型为玻尔原子模型。 它表示了电子、质子和中子之间的相互关系。 人们假设，原子由一个原子核和一个原子壳组 成。 原子核位于原子的中心。 它由质子和中子构成。 中子是不带电荷的质量粒子。 质子是带正电荷的粒子。质子和中子的质量几 乎相等。 原子核带正电荷，原子的全部质量几乎都在原 子原子核上。 电子是带负电荷的粒子。原子壳内电子的数量 与原子核内质子的数量相等。质子或中子的质 量大约比电子质量大 2000 倍。 原子向外呈电中性。原子核和原子壳带有相同 数量的电荷（质子和电子）。 任务 1： 将图中的原子模型补充完整

4、，使每个模型都呈电中性。 答案： A) B) C) 2 任务 2： 在铜原子原子核内有 29 个质子，在原子核周围的 4 条圆形轨道上有 29 个电子： 轨道 1 - 2 个电子 轨道 2 - 8 个电子 轨道 3 - 18 个电子 轨道 4 - 1 个电子 铜是导电性较好的导体吗？ 请说明理由。 答案： 3 电压 什么是电压？ 正电荷与负电荷分别位于不同两侧时便会产生 电压电源。 电压电源始终具有带有不同电荷的两极。一侧 是缺少电子的正极。 另一侧是电子过剩的负极。 在负极与正极之间有一种电子补偿趋势，即两 极连接起来时电子由负极流向正极。 这种电子补偿趋势称作电压。 下面以车辆蓄电池为例说

5、明电压原理。 2 车辆蓄电池的正极和负极 索引 说明 1 蓄电池的负极接线柱 2 蓄电池的正极接线柱 车辆蓄电池内的这种电化学过程使电荷分离： ? 电子聚集在一侧（负极）， ? 另一侧缺少电子（正极） 两极之间产生一个电势差，即电压。 电压的高低取决于电子数量之差。 如果用一个带有规定电阻的导体将蓄电池两极 连接起来，电子就会从负极移向正极。电流一 直流动，直至两极之间不存在电势差或电路断 路。 可按以下方式描述电压： ? 电压是施加在自由电子上的压力或作用力。 ? 电压是产生电流的原因。 ? 两点或两极之间产生电荷差时就会形成电 压（压力）。 公式符号 电压的公式符号是大写的 U。 计量单位

6、 电压 U 的计量单位是 1 伏特（V）。 4 测量电压 3 用于测量电压的数字万用表 电压用电压表测量。测量电学参数（电压、电 流、电阻）时通常使用一个数字万用表。 电压表始终与用电器、元件或电压电源并联在 一起。 4 示例：测量电阻 R2 上的电压 为了不影响待测电路， 电压表内阻应尽可能大。 在电压电源上测量时测量瞬时电压。 用电压表测量时要注意以下几点： ? 必须设置电压类型，即交流电压或直流电 压。 ? 开始时应选择较大的测量范围（量程）。 ? 测量直流电压时注意极性。 ? 测量后要将电压表调到最大的交流电压量 程。 5 任务 3： 在以下电路图中画出测量电阻 R1 和 R4 电压时

7、电压表的位置。 电阻 R3 上的电压值是多少？ 请连接好电路并测量电压。 答案： 6 电压电源互联 5 - A) 电压电源串联，B) 电压电源并联 将多个独立的电压电源互联起来称为电池。电 压电源串联时，总空载电压等于各空载电压之 和。 Uges = U1 + U2 + U3 电压电源并联时必须要注意，只能将电压相等 的单个电压电源并联起来！ 电压电源并联时， 总空载电压等于各空载电压。 Uges = U1 = U2 = U3 7 任务 4： 在以下电路中测量哪些数值？ 请填写相关数值（伏特）。 8 答案： a) b) c) d) e) f) 任务 5： 是否允许使用电压为 24 V 的货车蓄

8、电池为车载网络电压为 12 V 的 轿车进行辅助起动？ 请说明理由。 答案： 任务 6： 进行辅助起动时，怎样将两个蓄电池的电极接线柱正确连接起来？ 请在下图中画出连接方式。 答案： 9 电流 电荷载体定向移动 电流是指电荷载体（例如物质或真空中的自由 电子或离子）的定向移动。 6 自由电子的定向移动 电流的公式符号是 I。电流强度的计量单位是 安培（A）。电流强度用电流表测量。 7 测量电流 索引 说明 1 开关 2 电流表 3 电阻 电流表始终与用电器串联在一起。为此必须断 开电路导线，以将电流表加入电路中。测量时 电流必须流经电流表。 电流表内阻应尽可能低，以免影响电路。 用电流表测量时

9、要注意以下几点： ? 注意电流类型，即电路中流过的是交流电流 还是直流电流（AC/DC）。 ? 开始时应选择尽可能大的量程。 ? 注意直流电流的极性。 ? 测量后要将电流表调到最大交流电压量程。 10 电流夹钳 另外一种测量电流的方法是使用电流夹钳。如 果待测电流强度 10 A， 那么用电流夹钳测量 电流的优势非常突出。 另一个优点是测量电流 强度时无需打开电路。 8 用电流夹钳测量电流 索引 说明 1 电流夹钳 2 蓄电池负极导线 任务 7： 在以下电路图中画出测量电阻 R1 和 R4 电流时电流表的位置。 流经电阻 R2 的电流有多大？ 请连接好电路并测量电流。 答案： 11 任务 8：

10、借助服务信息 61 03 99（474）测量车辆的休眠电流。记录各个工作步 骤和特殊之处。 在 BMW 车辆上允许的最大休眠电流是多少？ 将相关数值换算为安培数。 为什么可以测量到休眠电流？ 答案： 12 任务 9： 在以下插图画出了两种可能的电流方向。它们各自的名称是什么？ a) b) 为什么电流方向不同？ 答案： a) b) 13 电阻 导体的电阻 电阻是电子在导体晶格结构中移动时受到的阻 力。每个导体和每个用电器都对电流施加一个 电阻。导体的电阻由三个因素决定： ? 材料 ? 长度 ? 横截面。 导体越长电阻值越大。 导体横截面越大电阻值越小。 相同尺寸的不同材料其电阻值不同。每种物质

11、都有一个特定的比电阻 ?。 导体电阻按下列公式计算： 9 计算导体电阻的公式 索引 说明 R 电阻，单位欧姆 ? 比电阻（欧姆 * mm2 / m） l 导体长度，单位 m A 导线横截面，单位 mm2 10 - E90 的蓄电池正极导线 不同型号的 E90 使用不同的蓄电池导线连接 起动机。 汽油发动机车辆使用铝合金蓄电池导线。 铝合金的优点是： ? 重量轻 ? 成本低 铝合金的缺点是导电性较差。 柴油发动机车辆使用铜导线。使用铝合金导线 时必须确保导线横截面足够大，这样会产生安 装空间和布线方面的问题。 14 任务 10： 连接起动机的蓄电池导线长度大约为 5 m，直径为 10 mm。 铝

12、合金的比电阻 = 0.0303 欧姆 * mm2 / m。 圆面积根据以下公式计算：A= (d/2)2 * p。 计算出蓄电池导线电阻。 答案： 任务 11： 如果假设导线电阻相同，那么相同长度的铜蓄电池导线直径是多少？ 铜的比电阻为 = 0.0178 Ohm * mm2 / m。 答案： 任务 12： 蓄电池至接线盒的导线长度大约为 4 m，导线横截面为 40 mm2。接线 盒至脚部空间模块的另一根导线长度大约为 2 m，导线横截面为 20 mm2。脚部空间模块至前灯的导线长度大约为 2 m，导线横截面为 5 mm2。所有三根导线均为铜导线。 计算出这三根导线的总电阻。 答案： 15 任务

13、13： 测量电压为 UB = 13 V 时，将两个电阻并联接入 E90 车载网络供电系 统。 R1 = 1.2 千欧 R2 = 3.9 千欧 计算出总电阻。 将总电阻与单个电阻进行比较。 答案： 16 欧姆定律 最重要的电工学定律 欧姆定律是最重要的电工学定律之一，它描述 了电压、电流和电阻之间的关系。 利用欧姆定律可计算出一个电路的三个基本参 数，前提是至少已知其中的两个参数。 欧姆定律可用以下三个公式表达： U = I * R I = U / R R = U / I 11 “魔法”三角 魔法三角可用于辅助确定欧姆定律的不同公 式。 删掉待计算的数值。用剩下的两个数值计算出 该结果。 为了清

14、楚这些数值的顺序，要记住 URI。 任务 14： 在一个 6 欧姆的电阻上施加 12 V 的电压。 利用欧姆定律计算出电流强度。 答案： 任务 15： 有 3 A 电流流过一个 4 欧姆的电阻。 利用欧姆定律计算出电压。 答案： 17 任务 16： 在电压为 220 V 的电路中有 4 A 电流流过。 利用欧姆定律计算出电阻。 答案： 任务 17： 有一个车辆蓄电池的内阻为 0.5 欧姆，空载电压为 14 V。座椅加热装 置的加热丝电阻为 10 欧姆。座椅加热装置接通时通过的电流为 3 A。 因内阻造成的电压损失有多高？接线柱电压为多少？ 答案： 18 任务 18： 连接好电路。 选择以下电阻

15、值： ? R1 = 100 欧姆 ? R2 = 200 欧姆 ? R3 = 200 欧姆 ? R4 = 100 欧姆 测量所有电阻上的电压降并计算出通过这些电阻的电流。 记录观察结果。 答案： 19 电功率 什么是功率？ 一般来说，功率是指特定时间内做功多少的能 力。 电功率的公式符号是大写的 P，计量单位是瓦 特（W）。 电功率 P、电压 U、电流和电阻之间的数学关 系参见下图。 12 电流 I、电压 U、电阻 R 和功率 P 的换算表 可通过两个已知的电学参数计算出一个未知的 电学参数，例如 P = U*I 任务 19： 在 330d 上起动机功率为 2.2 kW。在 330i 上起动机功

16、率为 1.4 kW。 假设车载网络电压为 13 V，计算出各自的电流强度。 答案： 20 任务 20： 从车上拆下附加转向信号灯。 找到附加转向信号灯的功率数据。 通过附加转向信号灯的电流强度是多少？ 附加转向信号灯的电阻有多大？ 答案： 21 电容器和电容 存储电能 电容器将电能存储在一个电场内。根据电容器 类型分为： ? 非极化电容器 ? 极化电容器 13 左侧：非极化电容器，右侧：极化 电容器 电容器用于稳定整流电压和产生时间延迟。 电容器的存储能力称为电容。电容的计量单位 是法拉（F）。 实际使用的电容器值小于一法拉，例如： 1 F = 10-6 F（F = 微法拉）。 计算充电和放电时间时，需要电容器充电电流 经过的电阻阻值和电容器电容值。施加的电压 对充电时间没有影响。 电容器 C 电容越小、电阻 R 越小，充电过程 越快。 因此电容器 C 与电