第三節(jié) 電動自行車電氣檢修基礎知識和檢修方法

一、電動自行車電氣檢修基礎知識

1．電壓

如圖1-45所示是交流電壓的測量，如圖1-46所示是直流電壓的測量。

電荷能夠流動是因為有電位差，就像河水流動是因為有水位差一樣。導體兩端電位差就是電壓。所謂有電壓就是要有電源來維持電位差，使正電荷從電源正極出發(fā)，經過外電路回到電源的負極。電壓是形成電流的原因。在電路中，電壓常用 U表示。電壓的單位是伏特（V），也常用毫伏（mV）或者微伏（μV）做單位。1V=1000mV, 1mV=1000μV。

電壓可以用萬用表的電壓擋測量，測量時把兩表筆并聯(lián)在電路上，選擇電壓表指針接近滿偏轉量程的擋位。如果電路上的電壓大小估計不出來，要先用大的量程粗略測量后再選擇合適的量程，這樣可以防止由于電壓過大而損壞萬用表。電壓有交流電壓和直流電壓兩種。

2． 電流

如圖1-47所示是電流的測量。

電荷的定向移動形成電流，電流常用 I 表示。電流分交流和直流兩種。電流可用萬用表的電流擋測量，測量時兩表筆串接于被測電路中。電流的大小和方向隨時間變化的叫做交流。電流的大小和方向不隨時間變化的叫做直流。電流的單位是安培（A），也常用毫安（mA）或者微安（μA）做單位。1A=1000mA,1mA=1000μA。

要在電路中形成持續(xù)電流應具備下列條件：

（1）要有能自由移動的電荷。

（2）電路兩端有電壓，且形成閉合回路。

電流不僅有大小，而且有方向。在電源內部，在外力作用下，正電荷由正極移動到負極形成閉合通路，才能有電流。

電流的實際方向是客觀存在的方向，是從高電位流向低電位。但電路中電流的真實方向往往未知，在分析復雜電路或交流電路時這個問題尤為突出。為了解決這一問題，在進行電路分析前，要任意假定電流的方向，在電路中用箭頭表示，稱為電流的參考方向。當所選的參考方向與電流的實際方向一致時，電流為正值；反之，則為負值。

電流可以用電流表測量，測量時把電流表串聯(lián)在電路中，選擇電流表指針接近滿偏轉的量程，這樣可以防止電流過大而損壞電流表。

3．電阻

如圖1-48所示是電阻的測量。

電路中對電流通過有阻礙作用并且造成能量消耗的部分叫做電阻。電阻常用R表示。電阻的單位是歐姆（Ω），也常用千歐（kΩ）或者兆歐（MΩ）做單位。1MΩ=1 000kΩ, 1kΩ=1000Ω。導體的電阻由導體的材料、橫截面積和長度決定。

電阻可以用萬用表的歐姆擋（電阻擋）測量。測量時，要選擇萬用表指針接近偏轉一半量程的擋位。

4．歐姆定律

導體中的電流（I）和導體兩端的電壓（U）成正比，和導體的電阻（R）成反比，即I=U/R，這個規(guī)律叫做歐姆定律。如果知道電壓、電流、電阻三個量中的兩個，就可以根據歐姆定律求出第三個量，即I=U/R, R=U/I, U=I×R。

在交流電路中，歐姆定律同樣成立，但電阻R應改成阻抗Z，即I=U/Z。

5．電源

如圖1-49所示是蓄電池電源。

把其他形式的能量轉換成電能的裝置叫做電源。發(fā)電機能把機械能轉換成電能，干蓄電池能把化學能轉換成電能。發(fā)電機、蓄電池等叫做電源。通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做直流電源。提供信號的電子設備叫做信號源。直流電源和信號源有時也叫做電源。

6．電路

如圖1-50所示是簡單的電路。

電路是電流通過的路徑。最簡單的電路由電源、負載和導線、開關等元器件組成。電路具有傳輸和轉換電能、傳遞和處理信號兩種主要作用。

電路的狀態(tài)有通路、斷路和短路三種。電路處處連通叫做通路。只有通路，電路中才有電流通過。電路某一處斷開叫做斷路或者開路。電路某一部分的兩端直接接通，使這部分的電壓變成零，叫做短路。

7．斷路和短路

電氣設備在正常工作時，電路中的電流由電源的一端經過電氣設備后回到電源的另一端形成回路。若電路的回路被切斷或因某種原因發(fā)生斷線，則電路中的電流不能流通，電路不能形成回路，這就叫做斷路。斷路時電器不會工作。

電源的兩端不經過任何電氣設備，直接被導線連通叫做短路。短路時，電壓變?yōu)榱悖娐穬葧霈F(xiàn)非常大的電流，叫做短路電流。當電路發(fā)生短路時，短路電流可能增大到遠遠超過導線所允許的電流限度，致使導線劇烈升溫，甚至燒毀電氣設備，引起火災。

8．負載

把電能轉換成其他形式能的裝置叫做負載。電動機能把電能轉換成機械能，電阻能把電能轉換成熱能，電燈泡能把電能轉換成熱能和光能，揚聲器能把電能轉換成聲能。電動機、電阻、電燈泡、揚聲器等都叫做負載。晶體三極管對于前面的信號源來說，也可以看成是負載。

9．地線

地線是用來將電流引入大地的導線，通常用來防止靜電。電氣設備漏電時，電流通過地線進入大地。地線用“⊥”表示。

電氣和電子中的地線作用是不一樣的，在電氣技術中，地線主要起安全保護作用；在無線電與電子技術中，地線的主要作用是防止干擾及提高無線電波的輻射效率。

10．方框圖和電路圖

（1）用方框表示電子電路連接的圖叫方框圖或框圖。

（2）用符號表示電子器件連接的圖叫電路圖。電氣維修必須學會讀圖、識圖。

11．脈沖寬度調制（PWM）

如圖1-51所示是脈沖寬度調制（PWM）集成電路的電路圖符號和波形。

PWM是英文Pulse Width Modulation的縮寫，意思是脈寬調制器。現(xiàn)在大多采用集成電路組成的脈寬調制器，用PWM這種方式直流調壓或直流調速，能量利用率較高，如常見集成電路脈寬調制器UC3842和TL494。

PWM器件是隨著開關電源的發(fā)展和半導體集成技術的發(fā)展而出現(xiàn)的。開關電源是一種高頻電源轉換電路，采用開關器件來控制未經穩(wěn)壓的直流輸入電源，配合相應的濾波電路，產生穩(wěn)定的直流輸出，輸出電壓的高低取決于開關器件的占空比。早期的開關電源采用分立器件，但結構復雜，性能也不理想。隨著半導體技術的發(fā)展，開關電源控制所需的集成開關穩(wěn)壓器控制芯片應運而生，這就是脈寬調制器（PWM）。它的功能不斷完善，性能不斷提高，而外接元器件卻越來越少，這使得開關電源的設計大大簡化，同時性能逐步提高，促進了開關電源的發(fā)展。

脈寬調制器（PWM）從20世紀70年代興起的20kHz浪潮，到今天的幾百kHz、MHz的軟開關PWM，經歷了30多年。PWM技術從低級走向高級，其間PWM集成控制芯片和圍繞電能變換的功能性芯片異彩紛呈，為復雜的開關變換技術實用化、產業(yè)化奠定了基礎。

用PWM設計的開關電源以體積小、重量輕、效率高、可靠性好等顯著優(yōu)勢在民用和軍用電子產品中發(fā)揮著日益重要的作用。

PWM的種類比較多，功能也有所差別。PWM根據輸出反饋，調節(jié)脈沖方波的占空比，來驅動功率器件、高頻變壓器、整流、濾波等電路，從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。PWM在開關電源中完成脈寬調制作用，大多數PWM還具有工作電壓的滯回、軟啟動、快速關閉、電流限制等輔助功能，只需外接少數阻容元器件、分立器件和輸出高頻變壓器即可實現(xiàn)性能比較理想的開關電源。

PWM在電動自行車充電器、控制器中廣泛應用。目前，電動自行車用控制器，不管有刷、無刷，普遍采用PWM調速方式。

二、電動自行車電氣系統(tǒng)概述

電動自行車電氣系統(tǒng)框圖如圖1-52所示。

電動自行車電氣系統(tǒng)由電源、控制器、信號系統(tǒng)、傳輸線路、狀態(tài)顯示和操縱系統(tǒng)等組成。

電動自行車電氣系統(tǒng)中的電動機、控制器、蓄電池、充電器稱為電動自行車四大件。它們的相互關系如下：

（1）電動機將蓄電池化學能轉換成機械能，驅動電動自行車車輪轉動。電動機的效率高低受蓄電池的蓄電量影響。

（2）控制器與調速轉把結合控制蓄電池輸出電壓、電流，從而達到控制電動機轉動的目的。控制器有欠壓保護功能，欠壓保護點的高低影響蓄電池的放電深度，從而影響行駛里程，過低會造成過放電，損傷蓄電池。控制器有過流保護功能，主要對電動機進行保護，防止大電流損壞電動機。

（3）蓄電池是電動自行車的動力來源、能源載體，用于驅動電動機旋轉。蓄電池通過充電器充電將電能儲存起來，最終通過電動機將電能輸出，輸出受控于控制器。

電動自行車電氣系統(tǒng)的結構原理基本相同，不同廠家電氣結構原理大同小異，一般可分為有刷電氣系統(tǒng)和無刷電氣系統(tǒng)兩大類。

1．普通有刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)

普通有刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)框圖如圖1-53所示。

普通有刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)接線圖如圖1-54所示。

普通有刷電動機電動自行車電路原理圖如圖1-55所示。

2．普通無刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)

普通無刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)框圖如圖1-56所示。

普通無刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)接線圖如圖1-57所示。

普通無刷電動機電動自行車電路原理圖如圖1-58所示。

3．智能無刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)

智能無刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)框圖如圖1-59所示。

智能無刷電動機電動自行車電氣系統(tǒng)接線圖如圖1-60所示。

智能無刷電動機電動自行車電路原理圖如圖1-61所示。

三、電動自行車修理識圖方法、電氣檢修步驟和故障快速檢測方法

1． 修理識圖方法和注意事項

電動自行車修理識圖是指在修理過程中對電路圖的分析，是圍繞著修理進行的電路故障分析。

（1）修理識圖項目。

① 在整機電路圖中建立檢修思路，根據故障現(xiàn)象，判斷故障可能發(fā)生在哪部分電路中，確定下一步的檢修步驟。例如，是測量電壓還是電流，在電路中的哪一點測量。

② 根據測量得到的有關數據，在整機電路圖的某一個局部單元電路中對相關元器件進行故障分析，以判斷是哪個元器件出現(xiàn)了開路或短路、性能變劣故障，導致了所測得的數據發(fā)生異常。例如，初步檢查發(fā)現(xiàn)控制出現(xiàn)了故障，可找出控制器電路進行具體分析。

③ 查閱所要檢修的某一部分電路圖，了解這部分電路的工作。例如，信號是從哪里來，送到哪里去。

④ 查閱整機電路圖中某一點的直流電壓數據。

（2）識圖方法和注意事項。

① 修理識圖是針對性很強的電路分析，是帶著問題對局部電路的識圖，識圖有一定深度，還要會聯(lián)系具體故障的實際。

② 根據故障現(xiàn)象和所測得的數據決定分析哪部分電路。例如，根據故障現(xiàn)象決定分析控制器之前還是分析控制器之后。

③ 測量電路中的直流電壓時，主要是分析直流電壓供給電路；在使用干擾檢查法時，主要是進行信號傳輸通路的識圖；在進行電路故障分析時，主要是對某一個單元電路進行工作原理的分析。

④ 修理識圖的基礎是十分清楚電路的工作原理，不能做到這一點就無法進行正確的修理識圖。

2． 電動自行車電氣檢修步驟

（1）詢問用戶。維修前的第一件事情是詢問用戶電動自行車產生故障的時間及故障現(xiàn)象，用戶是否自己或找人檢修過，電動自行車購買的時間、工作的環(huán)境等。通過詢問用戶，獲得第一手的維修資料，將會給分析判斷故障提供依據。

（2）觀察故障現(xiàn)象。電動自行車的故障現(xiàn)象有很多，如車不會轉、不斷電、大燈不亮等，但不管故障現(xiàn)象如何多，可把它們歸納為兩類。

① 軟性故障：所謂軟性故障，指的是故障有時候出現(xiàn)，有時候不出現(xiàn)，或者故障發(fā)生沒有明顯的規(guī)律。例如，控制器中的內部脫焊，有時接觸好，電動機正常運行；有時接觸不好，電動機就會啟動無力。此類故障必須先分析涉及的相關方面，測量相關的參數，如一時無頭緒，則最簡單也最有效的方法就是采用更換法排除故障。

② 硬性故障：所謂硬性故障，指的是此類故障一旦發(fā)生便一直不變，故障范圍不擴大、不轉移，故障現(xiàn)象不更改。例如，斷電剎把損壞，造成無法切斷電動機電源，更換一只新剎把即可。此類故障比較好維修，一般只要了解一點理論知識，先做出判斷后換配件，便可提高維修的速度和效率。

（3）確定故障范圍。根據故障現(xiàn)象，判斷出引起故障的各種可能原因，并根據測量結果，大致確定故障的范圍。

（4）維修的原則。維修的原則就是最小化、先簡單后復雜。簡單的問題本身已最小化，復雜的問題要抓住問題的關鍵點，找到解決的突破口。例如，一輛車轉動轉把電動機不轉，顯示部分的工作也不正常，則可以先斷開顯示部分，只連接電動機、蓄電池與控制器，測量參數，分析原因，等電動機正常運行了，再檢查顯示部分。

3．電動自行車電氣故障快速檢修方法

（1）故障現(xiàn)象觀察法。如圖1-62所示是故障現(xiàn)象觀察法。

故障現(xiàn)象是故障的直接表現(xiàn)，在熟悉電路結構和特點的情況下，只要能熟練地運用故障現(xiàn)象觀察法對主要電路故障進行檢查，大多可以很快確定故障部位，甚至可以直接找到故障點。例如，轉把與剎車線是否斷路，這些故障可以通過觀察故障現(xiàn)象很快找到故障部位。

（2）測量關鍵點。判斷出大致的故障范圍之后，可以通過測試關鍵點的電壓、電流，結合正常時的工作電壓、電流進行對比，進一步縮小故障范圍。這一點至關重要，也是維修的難點，要求維修人員平時應多積累經驗，找出可以替換的元器件。例如，測量有刷控制器輸出電壓，判斷控制器是否損壞，如圖1-63所示。

（3）測電壓法。測量電壓是維修電動自行車的常用基本維修方法之一，在實踐中經常用到。它主要是測量電路或元器件的工作電壓，以此來對故障部位和元器件進行判定，即用萬用表檢查其電壓有無或大小，然后再與正常狀態(tài)下所測數值進行比較，以此來判斷該電路的工作是否正常。

測電壓又可分為測交流電壓和測直流電壓兩種。測交流電壓就是用萬用表的交流電壓擋來測量電源的交流電壓值。例如，測量充電器的電源輸入端是否有220V交流電壓，如圖1-64所示。測直流電壓是用萬用表的直流電壓擋來測量豪華型電動自行車的直流部分電路和元器件的電壓。例如，測量充電器的直流輸出端電壓，如圖1-65所示。

（4）測電流法。如圖1-66所示是測電流法示意圖。

用測電流法測量電流也是維修電動自行車的常用方法之一。例如，對電動自行車電動機電流的測量，如果其電流和正常值相比變化很大，則說明電動機有問題，應對癥下藥，對其進行重點檢查。

（5）測電阻法。如圖1-67所示是測電阻法示意圖。

測量電阻也是維修電動自行車常用方法之一。它主要是測量電路和元器件的對地電阻值和元器件本身的電阻值，這樣可以很容易判定故障所在。例如，用萬用表蜂鳴器擋測量連接導線的通斷十分方便、快捷。

（6）敲擊法。如圖1-68是敲擊法示意圖。

敲擊法也是維修電動自行車很有效的方法之一，特別是對于虛焊和接觸不良等引起的故障。方法是，用絕緣體如木棍，在加電或不加電的情況下，對有可能出問題的部位進行敲打和按壓，就可較容易地發(fā)現(xiàn)虛焊和接觸不良等故障。

（7）摸溫法。如圖1-69所示是摸溫法示意圖。

摸溫法就是直接用手去摸（應注意安全）被懷疑部件的溫度，根據其溫度的異常變化等現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)問題，可很快判斷出問題所在。使用這種方法可快速檢查豪華型電動自行車四大件的好壞，做出判斷。

（8）替換法。如圖1-70所示是替換法示意圖。

替換法是懷疑某個部件而又不易測試其性能好壞時，用新的部件替換的方法。替換法是豪華型電動自行車維修中經常使用且行之有效的一種方法，在維修中大量采用此法，方便、快捷。例如，對豪華型電動自行車的轉把、剎把、控制器可采用替換法，是否損壞，一換便知。

（9）修改電路法。修改電路法是某些電路設計不合理或因配件與原機的電路不相符時所采用的維修方法。例如，在更換電動自行車控制器時，若一時買不到相同的控制器可對現(xiàn)有的控制器進行改造，但必須熟悉電路原理與結構才能進行修改電路。

（10）拆除法。某些元器件或配件在電路中起輔助性作用，這些元器件或配件在豪華型電動自行車電路中可有可無，這時可采用拆除法。例如，剎把在檢查故障時可暫時先去除，縮小故障范圍，等故障排除后再接上剎把。

相關知識

正常的電動自行車電氣系統(tǒng)，必須具備以下條件：

（1）整車線路整齊，連接件固定可靠，導線無裸露。

（2）電氣控制線路工作穩(wěn)定，車輛加速控制部分正常。

（3）整車照明、信號系統(tǒng)工作正常。

（4）限流、欠壓和制動斷電功能正常、穩(wěn)定。

（5）充電器充電時，工作正常，蓄電池溫升不可過高。

四、電動自行車電氣四大件的快速檢測方法

1．充電器

（1）如圖1-71所示，觀察充電器的指示燈是否正常。

（2）如圖1-72所示，打開充電器外殼，檢查充電器是否有異味和燒壞痕跡。

（3）如圖1-73所示，用萬用表電阻擋檢查充電器電源線是否短路或斷路，如果讀數顯示“1”，表示斷路。

（4）如圖1-74所示，用萬用表電壓擋檢查充電器的電壓是否正常（36V充電器正常時輸出電壓42V,48V充電器正常時輸出電壓56V,60V充電器正常時輸出電壓72V）。

（5）如圖1-75所示，用萬用表直流20A電流擋檢測充電器輸出電流（36V/10Ah充電器輸出電流正常時為1.8A;48V/20Ah充電器輸出電流正常時為2.8A）。

2．控制器

（1）如圖1-76所示，檢查控制器是否有異味和燒壞痕跡，用手觸摸控制器外殼檢查其是否發(fā)燙。

（2）如圖1-77所示，如果是有刷控制器旋動轉把，則用萬用表測量控制器輸出端是否有電壓（36V控制器輸出電壓正常時為0～42V,48V控制器輸出電壓正常時為0～56V）。

（3）如圖1-78所示，如果有刷控制器線路連接完好，打開電源用手轉動電動機，前轉時輕，后轉時很重為正常；如果是無刷控制器，用手轉動電動機前后轉均輕。

（4）如圖1-79所示，用萬用表電阻擋檢查控制器與外部線路連接是否斷路或短路。

（5）如圖1-80所示，用萬用表電壓擋檢測控制器給調速轉把供電線電壓（細紅與細黑線），正常時應有5V電壓。

（6）如圖1-81所示，用萬用表電壓擋檢測控制器輸出斷電信號電壓，正常時剎把電壓在5V到0V（低電位斷電）之間變化。

（7）如圖1-82所示，用萬用表電阻擋檢測控制器功率元器件阻值是否正常。

（8）如果是無刷控制器，可參照有刷控制器的檢測方法，也可用以下簡單判斷方法檢測：如圖1-83所示，用萬用表的二極管擋測量無刷控制器的正、負電源進線與電動機3根相線之間的電壓，萬用表應顯示“500mV”（因型號不同而不同），三次檢測結果應一致。如果檢測時顯示為“0”，則說明控制器已損壞。

3．電動機

（1）如圖1-84所示，用手轉動電動機，聽空轉時是否有雜音。不通電，電動機線不相連時用手轉動電動機，正常時應該是松的。

（2）如圖1-85所示，斷開有刷電動機與控制器的兩根引線（或無刷電動機的3根相線）用萬用表蜂鳴器擋測量應該相通，如果不通則說明電動機內部有故障。

（3）如圖1-86所示，無刷電動機用指針式萬用表電阻擋測量霍爾紅色供電線與地線之間阻值為18kΩ左右時正常。測量相線與黑色地線之間阻值為10kΩ左右時正常。

（4）如圖1-87所示，用“綠盟”牌2型無刷電動車綜合檢測儀檢測電動機霍爾是否損壞。

4．蓄電池

（1）如圖1-88所示，檢查蓄電池外殼是否有變形、漏液現(xiàn)象。

（2）如圖1-89所示，檢查蓄電池連接線及接線端子是否損壞。

（3）如圖1-90所示，用萬用表電壓擋測量3只蓄電池電壓是否正常，正常時單只12V蓄電池電壓應為10.5～12.6V。

（4）如圖1-91所示，用電動車蓄電池容量檢測儀測量3只蓄電池容量，判斷蓄電池容量是否充足，蓄電池是否損壞。