汽车电器与电子设备.ppt
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1、第一章 蓄电池,蓄电池的功用,汽车上蓄电池与发电机并联,共同向用电设备供电。蓄电池的作用:(1)发电机起动时,向发电机和点火系统供电。(2)发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电。(3)当用电设备同时接入较多、发电机超载时,协助发电机供电。(4)蓄电池存电不足,而发电机负载又小时,它可将发电机的电能转变为化学能储存起来(充电)。,1.1 蓄电池的构造与型号,蓄电池由若干个单格电池串联而成。单格电池:电压2V、一个单格。组成:极板组、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱等。其结构如图1-1。,1.1.1 极板组,1、正极板:活性物质(二氧化铅PbO2)呈深棕色,厚度2.2mm2、负极板:活性
2、物质(海绵状纯铅Pb)呈青灰色,厚度1.8mm 负极板比正极板多一片,1.1.3 壳体,隔开正负极板特性:多孔性、以便电解液渗透、耐酸、抗氧化。材料:微孔橡胶、微孔塑料、木质、玻璃纤维、纸板。,1.1.2 隔板,用来盛放电解液和极板组。早期:硬橡胶 现在:工程塑料(聚丙稀塑料)底部:突起肋条(搁置极板、积存脱落的活性物质、防极板短路)加液孔、螺塞(通气孔)。,1.1.4 联条,单格电池的串联方法:内部穿壁式连接:在间壁上打孔穿越 传统外露式铅连接条连接:早期,1.1.6 电解液,纯硫酸(相对密度为1.84)+蒸馏水 比重一般为1.24-1.30 冬季比重大,减少结冰的危险,蓄电池的规格型号,1
3、单格数2用途 Q起动型3极板类型420h放电率的额定容量5特殊性能 3Q75,1,2,3,4,5,1.2 蓄电池的工作原理,蓄电池的充、放电过程是一种可逆式电化学反应。一、铅蓄电池的放电过程(化学能电能)PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 化学反应过程见图1-3a所示二、铅蓄电池的充电过程(电能化学能)2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4 化学反应过程见图1-3b所示,1.2.1 放电过程,正极板PbO2+2H2SO4Pb+2SO4-+2H2O Pb+2e Pb+(接通电路)Pb+SO4-PbSO4负极板 Pb Pb+2e Pb+SO4-PbSO4(接通电路)
4、,PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,1.2.2 充电过程,正极板 PbSO4 Pb+SO4-Pb+-2e Pb+Pb+2SO4-PbSO4 PbSO4+2H2O PbO2+2H2SO4负极板 PbSO4 Pb+SO4-Pb+2e Pb,2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4,1.3 蓄电池的工作特性,1.3.1 电动势和内阻静止电动势蓄电池内部工作物质的运动处于暂时的平衡状态时,蓄电池的电动势。Ej=0.84+1515=t+0.00075(t-15)t:t 时电解液的比重,1.3.2 蓄电池的充电特性,恒流充电特性曲线见图1-5 充电开始:铅蓄电池的电动势和端
5、电压上升到,就会产生气泡。当上升到2.7V时,不再上升,硫酸增多,电解液密度增大。当上升到2.7V,活性物质已基本还原为PbO2和Pb。电解液“沸腾”“氢气和氧气”,判断蓄电池充足电的现象,端电压上升到最大值,且两小时内不再增加;电解液比重上升到最大值,且两小时内不再增加;蓄电池激烈地放出大量气泡,电解液沸腾。,1.3.3 蓄电池的放电特性,恒流放电特性曲线见图1-6放电开始:端电压Uf从2.11V2V快,电解液密度下降快。放电中期:Uf从2V 1.85V时间长,电解液密度下降慢。放电终期:Uf从1.85V 1.75V下降快。,1.4 蓄电池容量,蓄电池容量在放电允许的范围内输出的电量。Q=I
6、f*tf If:放电电流 A tf:放电持续时间 h与放电电流的大小及电解液的温度有关标称容量在一定的放电电流、一定的终止电压和一定的电解液温度下测得。标称容量有两种:额定容量、起动容量,1.4.1 额定容量,即设计容量指完全充足电的蓄电池,在30时,以20h放电率的放电电流连续放电至单格电压降至1.75V时所输出的电量。Q20 Ah20h放电率的放电电流0.05Qe以3-Q-90为例说明如何检验蓄电池的质量?,1.4.2 起动容量,表征蓄电池在发动机起动时的供电能力,由于起动容量受温度影响很大,分为常温和低温两种。常温:30、3Qe电流、1.5V、持续时间应在5min以上低温:-18、3Qe
7、电流、1V、持续时间应在2.5min以上如何检验蓄电池的起动容量?,储备容量,蓄电池在25的条件下,以25A恒流放电至单格电压下降到1.75V时的放电时间。单位min。表达了在汽车充电系统失效的情况下,蓄电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒流的能力仅靠蓄电池供电时,汽车所能运行的时间。,1.4.3 影响蓄电池容量的因素,(一)产品结构因素极板的表面积越大、片数越多参加反应的活性物质越多容量越大极板越薄电解液向极板内部的渗透越容易活性物质的利用率越高容量越大,1.4.3 影响蓄电池容量的因素,(二)使用条件1、放电电流的影响:放电电流大,Uf 下降快,容量小。接通起动机的时间不超过5s,
8、两次起动时间要相隔15s以上。,1.4.3 影响蓄电池容量的因素,2、电解液温度的影响:温度降低,容量减小。3、电解液比重的影响:提高容量提高 过高容量减小实践证明:电解液比重较低时,有利于提高放电电流和容量,1.5 蓄电池的故障及其排除,外部故障 壳体或盖子裂纹、封口胶干裂、极桩松动或腐蚀等内部故障 极板硫化、自行放电、极板短路、活性物质脱落,1.5.1 极板硫化,蓄电池长期充电不足或放电后长时间放置未充电,极板上逐渐生成一层白色粗晶粒的PbSO4,在正常充电时,不能正常转化成PbO2和海绵状Pb,这种现象称“硫酸铅硬化”(硫化、白霜)。现象:“一充就热,稍放便无”,1.5.1 极板硫化,产
9、生硫化的原因:蓄电池长期充电不足或放电后未及时充电,当温度变化时,硫酸铅发生再结晶的结果。电池内液面太低,使极板上部与空气接触而强烈氧化(主要是负极板)。电解液比重过高或不纯,外部气温剧烈变化时也将促进硫化。,1.5.1 极板硫化,产生硫化的原因:长期过量放电或小电流深度放电,使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4,平时充电不易恢复。新蓄电池初充电不彻底,活性物质未得到充分还原。补救办法,1.5.2 自行放电,充足电的蓄电池,放置不用会逐渐失去电量,这种现象为“自行放电”。(1)正负极板上活性物质自发溶解和还原而成为PbSO4。(2)极板上活性物质与栅架材料不同,形成局部电池“自放电”。(3
10、)蓄电池长期放置不用,硫酸下沉,造成电解液上部、下部的浓度差异(上小下大),使同一块极板的上、下部分形成电位差而造成自放电。(4)电解液含杂质过多。(5)蓄电池内部短路。(6)蓄电池盖上洒有电解液。,1.5.3 极板短路,原因:隔板破损使正、负极板直接接触;活性物质大量脱落,沉积后将正、负极板连通;极板组弯曲;导电物体落入池内。补救:更换破损的隔板;消除沉积的活性物质;校正或更换弯曲的极板组等。,1.5.4 活性物质脱落,原因:正极板放电过程中,电解液比重大,或低温大电流放电;负极板大电流过充电;行驶中的颠簸振动。,初充电,初充电:新蓄电池或修复后的使用之前的首次充电目的:在于恢复蓄电池在存放
11、期间,极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。特点:充电电流小,充电时间长。蓄电池充电规范见表1-6 注入电解液后静置3-6h,第二阶段将充电电流减半。,补充充电,一般每月一次(1)当电解液相对密度降到1.15以下时;(2)冬天放电超过25%,夏天放电超过50%;(3)灯光比平时暗淡;(4)单格电池电压降到1.7V以下;(5)充电后,两个月未使用。充电总时间13-16h,3、预防硫化过充电:平时充电电流将电池充足,中断1h,再用1/2电流充至“沸腾”,重复几次,至到刚接入,就“沸腾”。4、锻炼循环充电:每3月一次,在电池正常充足后,用20h放电率放完后,再正常充电后送出使用。,1.6.
12、2 充电方法,1、定电流充电充电电流保持一定不论6V、12V都可串联在一起。适用于:初充电、去硫化充电,2、定电压充电 电源电压U保持不变 充电开始时,电流很大,逐渐减小,充电终了,自动降为0。充电时间短,不能调整充电电流的大小。适用于:补充充电,3、脉冲快速充电,充电设备:可控硅调压充电机 初充电 5h 补充充电,3、脉冲快速充电,极化在充电后期化学反应过程中,电池两极之间的电位差会高于两极活性物质的平衡电极电位(每单格2.1V)。产生极化的原因:欧姆极化:由内阻产生的电压降浓差极化电化学极化,3、脉冲快速充电,充电电流i:随时间按指数曲线而衰减 i=I0e-xtI0:t=0时,蓄电池能接受
13、的充电电流最大值x:衰变率常数 x=I0/Q,过程:正脉冲充电前停充负脉冲瞬间放电后停充再正脉冲充电前、后停充:消除欧姆极化负脉冲瞬间放电:消除电化学极化、浓差极化,脉冲快速充电的电流波形,怎样正确维护和使用蓄电池?,要经常保持蓄电池的外部清洁,以防间接短路和电极接线柱腐蚀。要经常检查蓄电池在车上的安装是否牢靠,电极接线柱与接线头的连接是否紧固,为防治接线柱氧化,通常应涂以保护剂(比如黄油)。定期检查和调整各单格内电解液液面高度。液面高度在任何时候均应超出极板上缘10-15mm,不允许极板露出液面,以防极板硫化。当电解液因蒸发而减少时,应加注一定量的蒸馏水。,怎样正确维护和使用蓄电池?,根据不
14、同季节及时间调整电解液密度。冬季补加蒸馏水时,只能在电池充电前进行。要经常检查加液孔盖是否拧紧,通气孔是否畅通。使用起动机时,每次起动时间不超过5s,两次起动之间的时间间隔应大于15s。对于车上使用的蓄电池,每月应拆下来进行一次补充充电,新、旧蓄电池不允许混装使用。,第二章 交流发电机及调节器,2.1交流发电机的构造,三相同步交流发电机+整流器(六只硅二极管构成三相桥式全波整流器)2.1.1 转子产生磁场 两块爪极+磁场绕组+滑环+轴2.1.2 定子产生感应电动势,即产生交流电 定子铁芯+三相定子绕组相临两相间绕组线圈的起端(或末端)相临两个槽(或8个槽),即三相绕组的各起端A、B、C分别放入
15、1、3、5槽(或1、9、17槽)。即能保证三相绕组相临之间相差120电角度。,三相绕组的连接方法,星形接法(Y)大多采用,三角形接法(),2.1.3 整流器 作用:将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电。组成:六只硅二极管 负极管系:压装在发电机后端盖上,引线为负极,外壳为负极。正极管系:压装在散热板上,引线为正极,元件板为正极。,2.1.4 端盖和电刷总成电刷总成:两只电刷+电刷弹簧+电刷架端盖:铝合金(非导磁性材料)内搭铁:两电刷引线中一根与磁场接线柱“F”相连;另一根接搭铁“-”。外搭铁:两只电刷均与发电机绝缘,2.2 交流发电机的工作原理,2.2.1 发电原理三相绕组中电动势的瞬
16、时值方程式为:频率相同,幅值相等,相位差120电角度。,2.2.2 整流过程,发电机输出直流的平均值 U=1.35UUV=2.34U UUV:线电压有效值 U:相电压有效值 2.2.3 激磁方式,1他激在发动机起动期间,需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电。这种供给磁场电流的方式称为他激发电。2自激 随着转速的提高,发电机的电动势逐渐升高并能对外输出,一般在发动机怠速时发电机就能对外供电了,当发电机能对外供电时,就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电,这种供给磁场电流的方式称为自激。由于在发动机转速低时交流发电机不能自激发电,所以低速时采取他激发电,当发动机达到正常怠速转速时,发电机的
17、输出电压一般高出蓄电池电压12V以便对蓄电池充电,此时,由发电机自激发电。,2.3 交流发电机的特性,2.3.1 输出特性发电机输出电压U=常数时,发电机的输出电流与转速之间的关系。n1:空载转速n2:满载转速,2.3.2 空载特征发电机空载时(I=0),发电机电压与转速之间的关系 U=f(n),2.3.3 外特征 转速一定时,发电机的端电压与输出电流的关系。结论:随着输出电流的增加,发电机端电压下降较大。,2.4 电压调节器,作用在发电机转速变化时,控制发电机电压保持恒定,防止电压过高而损坏用电设备。,2.4.1 电磁振动式调节器 利用触点的开闭,使激磁电路中串入或隔除附加电阻R1来调节激磁
18、电流,从而达到自动稳定发电机输出电压的目的。,双级式电压调节器1)n n3:K1打开、K2闭合,2.4.2 电子电压调节器,优点:(1)结构简单,工作可靠,故障少。(2)使用中无需维修。(3)能适应大功率发电机的需求。(4)工作中不会产生火花,无线电干扰小。,2.7 交流发电机充电系的故障判断,(一)不充电本质:发电机不发电或充电线路有断路故障(二)充电电流过小本质:发电机输出功率不足或输出电压偏低(三)充电电流过大本质:发电机输出电压偏高,(四)充电电流不稳本质:发电机输出电压不稳定或充电线路接触不良(五)交流发电机有异响本质:发电机及零部件异常振动产生噪声,交流发电机充电系的过电压保护装置
19、,过电压的产生1.非瞬变性过电压:调节器失灵2.瞬变性过电压 1)抛负载瞬变 2)磁场衰减瞬变 3)点火系瞬变 4)切换电感性负载瞬变,瞬变性过电压抛负载瞬变,即交流发电机正在向蓄电池充电过程中与蓄电池连接导线突然脱开,或者在没有蓄电池的情况下,突然断开其他负载。,瞬变性过电压磁场衰减瞬变,即由于点火开关转到断开位置而与蓄电池突然中断时,交流发电机的激磁绕组就会产生按指数衰减的负脉冲电压,幅值可高达50100V。,瞬变性过电压点火系瞬变,点火系产生的瞬变能量小,电压高,且重复变化。在正常工作情况下,此瞬时高压由蓄电池吸收。若无蓄电池,该瞬时高压就作用于晶体管调节器上,使之损坏。,瞬变性过电压切
20、换电感性负载瞬变,在汽车运行中,不论什么时候切换一个电感性辅助电器(电喇叭、刮水器、电风扇等),都会产生自感引起的瞬变过电压,其严重程度决定于所切换电感负载的大小及输出线路的阻抗。一般不会造成元件的损坏。,过电压的保护,1.提高电子设备的定额 不增加元件数量,不经济2.增加过电压保护装置 稳压管保护电路,K,激磁绕组,调节器,稳压管保护电路(一),VS,稳压管保护电路(二),K,激磁绕组,调节器,VS,第3章 起动系,发动机需要外力起动,常见的起动方式分为:人力起动 简单不方便,用于农用车辅助汽油机起动 常用于大型的柴油机电力起动机起动 起动迅速,安全可靠,广泛使用,电力起动组成 1)电动机产
21、生转矩,将蓄电池输入的电能转换为机械能 2)传动机构在发动机起动时,使起动机的驱动齿轮啮合入飞轮齿圈,将起动机转矩传给发动机曲轴;在发动机起动后,使起动机自动脱开齿圈 3)控制装置控制电路的通断起动机的作用 将蓄电池的电能转化为机械能,驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。,第3章 起动系,3.1 直流串励式电动机及工作原理3.2 电磁操纵强制啮合式起动机3.3 汽车用其他起动机3.4 电压转换开关3.5 起动系故障诊断与排除3.6 起动机的使用与检修,3.1 直流串励式电动机及工作原理,由电枢、换向器、磁极、电刷、轴承和外壳组成。电枢轴电枢 电枢铁心:由硅钢片叠压而成,用花 键固定在电枢轴上
22、电枢绕组:装在铁心槽内,采用较粗 的矩形裸铜线。为了防止 相互短路,铜线之间用绝 缘纸或绝缘漆隔开,换向器:将电流引入电枢绕组,并使不同磁极下的导线中的电流方向保持不变。铜片:导体换向器 云母片:绝缘体,磁极:产生磁场。一般采用4个(2对)磁极,大功率起动机采用6个磁极,必须两两相对。磁场绕组和电枢绕组串联。,磁场绕组,电枢,电刷:铜粉:80 增强导电性 石墨:20 增加润滑性作用:将电源电压加在与换向器连接的电枢绕组上。,轴承:轴承要承受冲击性载荷,应采用青铜石墨轴承或铁基含油轴承。,直流串励式电动机的工作原理,直流电动机是将电能转化成机械能的设备。以安培定律为基础,即通电导体在磁场中受电场
23、力作用。左手定则:张开左手,手心对着磁场方向,四指指向电流方向,那么伸直的大拇指所指向的即为导体受力方向。,直流串励式电动机的工作原理,电动机接通电源后,磁极绕组和电枢绕组通过同一电流,磁极绕组产生磁场,通电的电枢绕组则在磁场中受磁场力的作用,并形成电磁转矩,使电动机电枢转动起来。,3.1.3 直流串励式电动机的特性,转矩特性:电磁转矩随电枢电流变化的关系 M=f(Is)起动瞬间:IMAX,n=0,处于完全制动状态;在起动瞬间,转矩很大,使发动机易于起动。,机械特性:电动机的转速随转矩而变化的关系。n=f(M)串激直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降,具有软的机械特性。,功率特性:完全制动时
24、:P0,n0时,Mmax空载时:Imin,nmax,P=0 当I0.5I,Pmax,发动机即将起动时,即起动机刚接入瞬间,此时n=0,I最大(称为制动电流),M也达最大值(称为制动转矩)起动机空转时,I最小(称为空转电流),n达最大值(称为空转转速)起动电流接近制动电流一半时,起动机的P最大。,3.1.4 影响起动机功率和转矩的因素,接触电阻和导线电阻的影响 R大,L长,A(横截面积)小,会使P、n减小蓄电池容量的影响 Q越大,其r越小,P、n越大温度的影响 直接影响蓄电池的容量和内阻 T减小,r增加,P减小,3.1.5 起动机的规格型号,QD124QD产品代号 1电压等级代号 2功率等级代号
25、 4设计序号,产品代号,电压等级代号,功率等级代号,设计序号,变型代号,产品代号:QD 一般起动机 QDJ 减速起动机 QDY 永磁起动机,3.2 电磁操纵强制啮合式起动机,QD124型电磁啮合式起动机的工作原理传动机构:1)单向滚柱式啮合器 2)摩擦片式啮合器 3)弹簧式啮合器单向离合器的作用:单方向传递转矩当起动发动机时,将起动机的转矩传给发动机曲轴,而当发动机起动后,它又能自动打滑,不使飞轮齿环带动起动机电枢旋转,以免损坏起动机。起动机组合继电器,电磁啮合式起动机的工作原理,单向滚柱式啮合器,摩擦片式啮合器,弹簧式啮合器,3.3 汽车用其他起动机,在电枢和驱动齿轮之间装有一对内啮合式减速
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