本节介绍纯电阻、电容、电感元件的基本特性。需要说明的是,纯电阻、纯电容或纯电感性的电路很少,一般的电路中可能包含有电阻、电容和电感这个三参数,但是在电路的某段或某一个电路负载可能主要是一种或两种元件参数的作用,而其余元件的参数可以忽略不计。比如,灯泡的灯丝、电阻器等主要表现电阻特性,相比之下,其电容性和电感性完全可以忽略,我们可以把它们看成是纯电阻元件;电容器呈电容特性,是电容元件;匝数较少的电感线圈则可以看成是纯电感元件,当线圈的匝数较多时,其线圈导线的电阻就不能忽略了。点火线圈在电流变化中主要表现为电感性,同时也表现有电阻性,因此,在作电路分析时,其电感和电阻参数都应考虑。 一、电阻元件基本特性。 电阻元件对电路中的电流具有阻碍作用,是耗能元件。 1.电阻的降压作用。 电流流经电阻时具有电压降。对于一个定值的线性电阻来说,电阻R上的电压降U与流过电阻的电流成正比关系U=RI2.电阻消耗电能。 电阻通电后会消耗电能,并将电能转化为热量,产生的热量Q不仅与电阻值R有关，还与通电电流/的大小和通电时间t成正比关系。 Q=0.24IRt3.汽车电路中电阻特性启示。 (1)点火线圈产生高温。 点火线圈具有一定的电阻,因此在工作时,电流流过点火线圈会产生热量而使其温度上升。如果因电源电压过高(充电系故障)或点火线圈初级绕组持续通电(点火控制模块故障),就会因点火线圈初级绕组流过的电流过大,产生的热量过多而来不及散去,使点火线圈的温度过高,易造成点火线圈使用寿命缩短,或直接被烧坏,对于湿式点火线圈,电流过大还会有爆炸的危险。 (2)接触不良造成电压降。 在汽车电路中,开关触点、继电器触点、线路连接端子及蓄电池导线接头等若有接触不良,就会产生接触电阻,并在电流通过时产生电压降。电路中接触电阻产生的电压降会使用电设备的电压降低,电流减小,将会造成用电设备工作不正常或不能工作。 (3)接触不良造成温升。 电流经过接触电阻也会产生的热量,使接触不良之处的线路连接端子的温度升高。因此,对于通过电流比较大的起动电路、充电电路等,在其线路连接处,有时可以通过手触摸连接处是否有异常的温升来判断该处是否有接触不良。
二、电容元件基本特性。
电容器是由中间隔有介质的两个电极构成,电容可以储存电场能量,但电容元件本身并不消耗能量。
1.电容可储存电场能量。
当电流对电容充电时,在电容两个电极上就集聚起电荷,使电极之间形成一个电场。对电容的充电过程实际上就是电容将电源的电能转变成其内部电场能量的过程,电容储存电场能量Wc的大小与电容量C和电容两端的电压U的关系如下
2.电容对直流电开路。
在直流电路中(图1-14),直流电源对电容的充电使其两端的电压Uc升高,当Uc升高至与电源端电压U相等时,充电电流Ic降至零。此后,只要电容不放电或本身不漏电,连接电容的电路就不可能有电流通过了。
因此,电容对直流电可以看成是开路的。
3.电容对交流电的容抗作用。
电容对交流电的容抗Xc大小与交流电的频率f有如下关系：
电容量越大,对交流电的阻碍作用就越小。电容的容抗与交中的电容流电的频率f也成反比,对于高频交流电,电容的容抗很小,可以忽略。也就是说,电容对频率很高的交流电就相当于一段导线,是通路的。
4.电容两端的电压不能突变。
当电路中有瞬变的电压产生时,瞬变电压就会对电容形成充电电流,并不能使电容两端的电压突然升高,而是在充电过程中使电容两端的电压逐渐上升。电压上升的速率与电容的电容量的大小及所形成的充电电流大小(取决于充电回路的电阻)有关,电容量越大,电压上升就越慢,充电后上升后的电压也越低。
5.汽车电路中的电容特性应用示例。
(1)电容吸收自感电动势。
传统的触点式点火系统分电器上的电容器并联于断电器触点的两端,这是利用电容两端玉不能突变的特性来吸收点火线圈初级绕组的自感电势,以减小触点火花和提高次级电压。
(2)电容的滤波作用。
一些汽车发动机转速表信号取自点火线圈负接线柱,需要通过电容的滤波作用滤除高频脉冲;非共振型爆燃传感器的信号也需要通过电容的滤波才能取得爆燃信号。
些电子点火系统的点火线圈处接一个电容,用以衰减点火电路产生的高频振荡波,减小对无线电的干扰。
(3)蓄电池的电压安全保护作用。
蓄电池相当于一个大容量的电容,用它可以吸收电路中的瞬变过电压,使电压稳定,对电子元件起到了保护作用。
三、电感元件基本特性。
变压器绕组、电动机绕组、点火线圈绕组及继电器线圈等都具有电感特性,可储存磁场能量,电感元件也不消耗能量。
1.电感储存磁场能量。
当电感线圈通电后,就会在线圈周围形成一个磁场,把电源的电能转变成了磁场能量。
2.电感线圈对直流电通路或呈电阻性。
对于匝数较少的线圈,其电阻可忽略不计,而其电感对直流不起作用,因此,电感线圈对直流电来说就相当于一根导线。汽车电器中的一些电感元件(如点火线圈、继电器线圈等)都是由多匝线圈构成,其电阻参数不可忽略。因此,这些匝数较多的线圈对直流电而言就相当于一个电阻。
3.电感对交流电具有感抗作用。
电感对交流电的感抗XL作用与交流电的频率f之间有如下关系XL=2πfL由上式可知,感抗X与交流电的频率成正比,对于高频交流电,X很大,可以把电感看成是开路的。
4.电感两端的电流不能突变。
当电路出现开关打开或关闭(图1-15),或电路出现突然断开等情况时,电感线圈会产生一个自感电动势eL去阻碍电流的变化，使得流过电感线圈的电流i变化有一个过程。电感量越大,产生的自感电动势也越大，电流的变化也就越慢。
5.汽车电路中电感特性应用与影响示例。
(1)点火线圈储存点火能量。
点火线圈初级绕组通电时,将电源的电能变为磁场能量,并在初级绕组断电时,再转换为火花塞电极的点火能量。
(2)电感的自感电动势造成过电压。
点火线圈、继电器线圈、发电机和电动机的绕组等电感在电路开关开闭时或是通电线路突然断开时,会产生自感电动势,这些瞬变的电压会很高,容易对汽车上的电子元器件造成危害。因此,现代汽车电气设备出于对汽车电路中电子元件的保护考虑,特别强调蓄电池的连接要可靠,这是因为蓄电池相当于一个大电容,可吸收瞬变过电压,对稳定电网电压可起到很重要的作用。
