项目四 Project 汽车交直流电路
4 项目描述
直接可用的直流电源通常是由蓄电池提供的，但汽车蓄电池需要对其及时充电，以保持电量。一般汽车用主电源都是由发电机提供的，但汽车发电机产生的是交流电，需要对其进行交直流变换。本项目从认识正弦交流电特征开始，进一步引导同学们对交直流的变换过程做深入浅出的讲解及相关电路实训。
学习任务一 三相交流发电机波形认知
学 习 目 标
◎ 知识目标
（1）理解正弦交流电的特点。 （2）了解正弦交流电的相关参量。 （3）了解数字示波器的工作原理。 ◎ 技能目标
（1）掌握波形电压和周期的识别。 （2）初步掌握数字示波器的使用。 （3）熟练掌握数字万用表的使用。 ◎ 素质目标
（1）规范课堂6S管理。
（2）养成团队协作的好习惯。 （3）养成独立思考问题的好习惯。
正弦交流电是最常见的交流电，它产生比较简单，规律性强，世界工业广泛采用这种
建议完成本学习任务的时间为4课时。 学习任务导入
交流电的形式。汽车发电机产生的也是正弦交流电。一台汽车发电机要进行波形检测，需要你用示波表来测量波形情况。
学习内容
正弦交流电的产生和波形的特点 示波器的原理与使用 三相交流电的产生 三相交流发电机波形认识 了解几种常见波形 万用表的测量原理与使用 用示波器测量正弦交流电相关的量 获取信息
引导问题1 什么是正弦交流电？
所谓正弦交流电，是指大小和方向都随时间按正弦规律作周期性变化的电流、电压或电动势，简称交流电，波形如图4-1所示，其数学表达式为：
u?Umsin(?t??u)
i?Imsin(?t??i)
e?Emsin(?t??e)
图4-1 正弦交流电波形图
引导问题2 什么是正弦量的三要素？
1、幅值
上式中，Im、Um、Em 分别叫做正弦电流、电压、电动势的幅值（也叫做峰值或最大值），它们反映了正弦量振荡的幅度。
有效值指与交流电热效应相同的直流电数值，热效应相同的直流电流 I 称之为交流电流 i 的有效值，有效值可以确切地反映交流电的作功能力。有效值用大写字母I、U表示。理论和实际都可以证明：
IU
I?m?0.707UmU?m?0.707Um 22
我们实际上用电表测量交流电的数值约等于有效值。
2、周期、频率、角频率
（1）周期：正弦交流电完成一次循环变化所用的时间，用字母T表示，单位为秒（s）。 （2） 频率：正弦量在单位时间内作周期性循环变化的次数用字母f表示，单位为赫兹（Hz）。 （3）角频率：表示单位时间内正弦量变化的弧度数，用字母?表示，单位为弧度/秒（rad/s）。 频率与周期的关系： 1f?
T
2??2?f角频率与周期及频率的关系： ??T
3、正弦交流电的相位、初相和相位差
相位：正弦量解析式中随时间变化的电角度（ωt+φ）。 初相位：t=0时的相位φ，它确定了正弦量计时始的位置。
相位差：两个同频率正弦量之间的相位之差。上式中u、i 的相位差为：
??(?t??u)?(?t??i)??u??i 引导问题3 什么是三相交流电？三相交流发电机的结构是怎样的？
三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力系统。目前，我国生产、配送的都是三相交流电，汽车发电机产生的也是三相交流电。
三相正弦交流电一般由三相交流发电机产生，发电原理如图4-2（a）所示。发电机主要由定子和转子两部分构成。定子包括机座、定子铁心、电枢绕组等几部分。定子铁心固定在机座里，其内圆表面冲有均匀分布的槽。定子槽内对称嵌放着参数相同的三组绕组，每组N匝（图中以一匝示意）称为一相，于是有三相对称绕组，每相的始末端分别用U1、U2，V1、V2，W1、W2标示。图4-2（b）是一相绕组结构示意图。图4-2 （c）为每相绕组电路模型。各相绕组的始端 U1、V1、W1（末端U2、V2、W2）彼此间隔120°。这样三相绕组的法线方向也互成120°方向（线圈绕组的法线与输出电流正方向成右螺旋关系）如图4-2（a）中所示。发电机转子铁心上绕有励磁线圈或是永磁铁（励磁就是向发电机转子提供转子电源的装置），可产生磁通，这就形成一个可转动的磁极S-N，其磁通经定子铁心闭合。转子由原动机驱动，按顺时针方向以ω角速度匀速旋转。可产生相位相差120°的交流电压。如图4-3所示。
图4-2 三相交流发电机原理
图4-3 三相对称电动势
引导问题4 其他常见的波形有哪些？
除了正弦交流电外，还有几种常见的波形特点，如图4-4所示。
图4-4 其他常见的波形
引导问题5 电路分析与检测我们常用哪些仪器？
在弱电形式的电子电路中，电路分析与检测我们通常使用万用表和示波器。万用表和示波器又分模拟表和数字表，当下数字表比较流行，我们这里重点学习数字万用表和数字示波器的使用。我们学习配套的电子积木用的也是数字万用表和数字示波器。
图4-5 汽车数字万用表
图4-6 电子积木用数字万用
引导问题6 什么是数字万用表，如何使用数字万用表？ 数字万用表，一种多用途电子测量仪器，可以用于电流 （A）、电压（V）、电阻（Ω）的测量，一般被视为万用表的基本功能。除此之外数字万用表还可以测量更多的度量，包括：H电感（亨利）、F电容（法拉）、℃/℉温度（摄氏度或华氏度）、Hz频率（赫兹）、%占空比（百分率）、DWELL闭合角（汽车数字万用表）、TACH转速（RPM，汽车数字万用表）、hFE（三极管放大倍数）。
使用前，应认真阅读有关的使用说明书，熟悉电源开关、量程开关、插孔、特殊插口的作用。
（1） 将ON/OFF开关置于ON位置，检查9V电池，如果电池电压不足，将显示在显示器上，这时则需更换电池。
（2）测试笔插孔旁边的符号，表示输入电压或电流不应超过指示值，这是为了保护内部线路免受损伤。
（3）测试之前，功能开关应置于所需要的量程。
使用方法：数字万用表相对来说，属于比较简单的测量仪器，下面就给同学们介绍数字万用表的正确使用方法。从数字万用表的电压、电阻、电流、二极管、三极管测量等测量方法开始，让同学们更好的掌握万用表测量方法。
1）电压的测量
4.1 三相交流发电机波形认知
