第3章铁心线圈与变压器PPT讲稿.ppt

第3章铁心线圈与变压器第1页，共70页，编辑于2022年，星期二本章要求：本章要求：1.了解此路的基本概念，掌握铁磁材料的磁性能、分类了解此路的基本概念，掌握铁磁材料的磁性能、分类了解此路的基本概念，掌握铁磁材料的磁性能、分类了解此路的基本概念，掌握铁磁材料的磁性能、分类及用途。及用途。及用途。及用途。2.掌握交流铁心线圈与直流铁心线圈的基本工作状态掌握交流铁心线圈与直流铁心线圈的基本工作状态与特点及它们各自的用途。与特点及它们各自的用途。3.理解变压器的结构与工作原理。理解变压器的结构与工作原理。第第3章章 铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器第2页，共70页，编辑于2022年，星期二1.磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。线圈通入电流后，产生磁通，线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。分主磁通和漏磁通。：主磁通主磁通 ：漏磁通漏磁通铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的铁磁性材料）的铁磁性材料）线圈线圈3.1.1 3.1.1 磁路的基本概念磁路的基本概念i3.1 3.1 磁路磁路第3页，共70页，编辑于2022年，星期二2.磁路的基本物理量及相互间的关系磁路的基本物理量及相互间的关系SB=复习复习磁感应强度（磁通密度磁感应强度（磁通密度）：）：B：单位：特斯拉单位：特斯拉（T）磁通磁通：单位：韦伯单位：韦伯（Wb）磁场强度磁场强度：H：单位：安单位：安/米米（A/m）磁导率磁导率：单位：亨单位：亨/米米（H/m）lHN IN I=表征各种材料导磁能力的物理量表征各种材料导磁能力的物理量 BH=第4页，共70页，编辑于2022年，星期二 真空中的磁导率真空中的磁导率()()为常数为常数0m称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率 一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率和真空中的磁导率 r之比之比，则称为磁性材料则称为磁性材料，则称为非磁性材料则称为非磁性材料-70104=pm非磁性材料非磁性材料：磁导率低，如真空、空气；：磁导率低，如真空、空气；磁性材料磁性材料：磁导率高，如铁磁物质。：磁导率高，如铁磁物质。第5页，共70页，编辑于2022年，星期二分子中的电子环绕原子核运动分子中的电子环绕原子核运动和本身的自转运动形成分子电和本身的自转运动形成分子电流，分子电流产生磁场。每个流，分子电流产生磁场。每个分子基本上相当于一个小磁铁。分子基本上相当于一个小磁铁。磁性物质内，分成许多小区域，分子间的特殊作用力使磁性物质内，分成许多小区域，分子间的特殊作用力使每个区域内的分子磁铁排列整齐，显示磁性，称为：磁每个区域内的分子磁铁排列整齐，显示磁性，称为：磁畴。畴。磁畴磁畴在没有外电场作用时，各磁畴排列混乱，磁场互相抵消，对在没有外电场作用时，各磁畴排列混乱，磁场互相抵消，对外不显磁性。外不显磁性。3.1.2 3.1.2 铁磁性材料的磁性能铁磁性材料的磁性能第6页，共70页，编辑于2022年，星期二B0在铁心上绕上线圈，通入在铁心上绕上线圈，通入电流，产生磁场：电流，产生磁场：B0 B0：以空气为介质产生的磁感：以空气为介质产生的磁感应强度。应强度。B0Bj在外磁场的作用下，磁畴就在外磁场的作用下，磁畴就顺向外磁场的方向，显示出顺向外磁场的方向，显示出磁性，产生很强的磁化磁场。磁性，产生很强的磁化磁场。B0外电流越大，磁化磁场越大，外电流越大，磁化磁场越大，当外电流增大到一定值时，当外电流增大到一定值时，磁畴全部转向外磁场的方向，磁畴全部转向外磁场的方向，Bj最大。最大。Bj第7页，共70页，编辑于2022年，星期二结论：结论：（1）用铁磁材料作磁路时，通入不大的励磁电流，可产）用铁磁材料作磁路时，通入不大的励磁电流，可产生足够大的磁通和磁感应强度。生足够大的磁通和磁感应强度。（2）用铁磁材料作磁路时，可以做成大电感。）用铁磁材料作磁路时，可以做成大电感。非磁性材料没有磁畴的结构，不具有磁化的特性。非磁性材料没有磁畴的结构，不具有磁化的特性。第8页，共70页，编辑于2022年，星期二 H（4）铁磁材料的）铁磁材料的 不是常数，不是常数，随电流变化。随电流变化。（5）铁心线圈的电感是随电流变化的。）铁心线圈的电感是随电流变化的。铁心线圈是非线性电感。铁心线圈是非线性电感。（3）磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场）磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限增强，当外磁场增大到一定值时，全部磁畴的的增强而无限增强，当外磁场增大到一定值时，全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场的方向一致。这时：磁化磁场的磁磁场方向都转向与外磁场的方向一致。这时：磁化磁场的磁感应强度感应强度Bj 即达到饱和值。即达到饱和值。空心线圈是线性电感。空心线圈是线性电感。第9页，共70页，编辑于2022年，星期二INH（I）B（）abcB铁磁材料铁磁材料 B-H，-H 曲线曲线导磁性导磁性工程上利用它来使工程上利用它来使磁通尽量地约束在有限的范围磁通尽量地约束在有限的范围内，提高电磁设备的利用率，内，提高电磁设备的利用率，一般使用一般使用B-H 曲线的曲线的ab 段。段。磁滞磁滞B的变化滞后于的变化滞后于H 的变化的变化 如曲线的如曲线的oa 段段o磁饱和磁饱和当当H 达到一定程度，达到一定程度，B 不再随不再随H 而增加，此为磁饱和。若对而增加，此为磁饱和。若对铁心线圈而言，磁饱和意为当电流铁心线圈而言，磁饱和意为当电流I 增加到一定程度，增加到一定程度，不再随之增加。如曲线的不再随之增加。如曲线的cs 段。段。s第10页，共70页，编辑于2022年，星期二矫顽力矫顽力矫顽磁力矫顽磁力剩磁剩磁剩磁剩磁磁滞性磁滞性铁磁性材料的磁性能铁磁性材料的磁性能非线形；强磁化性；磁饱和性；磁滞性。非线形；强磁化性；磁饱和性；磁滞性。B（）H（I）励磁电流励磁电流励磁电流励磁电流ti001122334455661第11页，共70页，编辑于2022年，星期二 根据磁性能，磁性材料又可分为三种：根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料矩磁材料（滞回（滞回 线接近矩形。可用做记忆元件）。线接近矩形。可用做记忆元件）。B（）H（I）B（）H（I）B（）H（I）第12页，共70页，编辑于2022年，星期二磁动势磁动势一、磁路的基本定律一、磁路的基本定律安培环路定律安培环路定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律与电路类似，磁路也有各种定律与电路类似，磁路也有各种定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律沿任一闭合路径，沿任一闭合路径，H 的线积分等于包围在的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和这闭合路径内各电流的代数和若磁场均匀则有若磁场均匀则有磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律无分支磁路无分支磁路平均长平均长 l线圈线圈N 匝匝IN磁通磁通导磁系导磁系 数数截面积截面积S根根据据得得磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁阻磁阻Rm基尔霍夫定律基尔霍夫定律3.1.3 3.1.3 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律第13页，共70页，编辑于2022年，星期二磁路和电路的比较磁路和电路的比较磁通磁通磁压降磁压降HL磁动势磁动势INF=电动势电动势电流电流电压降电压降UEI电路电路R+_EIU磁路磁路IN 磁阻磁阻lRmS=电阻电阻lRS=mRF=欧姆定律欧姆定律REI=欧姆定律欧姆定律第14页，共70页，编辑于2022年，星期二几点说明：几点说明：1.磁阻磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。2.很大，但不是常数，因此很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁也不是常数。所以磁 路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。3.磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。#第15页，共70页，编辑于2022年，星期二INF=SlRmm=一定：一定：大大Rm小小F小小I小小 小小Rm大大F大大I大大I一定：一定：大大Rm小小 大大 小小Rm大大 小小第16页，共70页，编辑于2022年，星期二对带有空气隙的磁路对带有空气隙的磁路l1、1l2、20.5l0Rm0中，虽然中，虽然l0很小，但很小，但 0很小，因此很小，因此Rm0很大，使整个很大，使整个磁路的磁阻大大增加。磁路的磁阻大大增加。I不变：不变：Rm大大 小小 不变：不变：Rm大大 I大大电工设备的磁路中要尽电工设备的磁路中要尽量减小空气隙量减小空气隙.第17页，共70页，编辑于2022年，星期二励磁电流励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流。（线圈中的电流）在磁路中用来产生磁通的电流。（线圈中的电流）3.2 交流铁心线圈交流铁心线圈分类：分类：直流铁心线圈直流铁心线圈交流铁心线圈交流铁心线圈励磁电流为直流电励磁电流为直流电励磁电流为交流电励磁电流为交流电将线圈绕制在铁心上就构成了铁心线圈。将线圈绕制在铁心上就构成了铁心线圈。交流励磁：交流励磁：线圈中上加正弦交流电压，励磁电流为交流电线圈中上加正弦交流电压，励磁电流为交流电流流 产生交变磁通产生交变磁通 在线圈中产生感应电动势在线圈中产生感应电动势第18页，共70页，编辑于2022年，星期二：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通u e ei3.2.1 3.2.1 电压、电流和磁通的关系电压、电流和磁通的关系u i（i N）e=-Ndd te =-Nd d t电流与磁通方向符合右螺旋法则电流与磁通方向符合右螺旋法则第19页，共70页，编辑于2022年，星期二电路方程：电路方程：eeuuR-+-+=)()(：漏磁通，很小；漏磁通，很小；R：线圈电阻，线圈电阻，很小，很小，1.1.基本电磁关系基本电磁关系u e ei假设假设则则tfNmw wp pcos2=最大值最大值有效值有效值mmfNUU44.42=tNumw ww wcos mmfNUp p2 第20页，共70页，编辑于2022年，星期二3.2.2 3.2.2 铁心线圈的能量损耗铁心线圈的能量损耗 P=Pcu+Pfe 铜损铜损：Pcu=I2Rcu铁损铁损：Pcu=Ph+Pe Ph：磁滞损耗磁滞损耗：铁心材料的磁滞回线面积铁心材料的磁滞回线面积采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗。采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗。Pe：涡流损耗：涡流损耗：与铁心的截面积、电源频率、磁与铁心的截面积、电源频率、磁感应强度有关。感应强度有关。采用顺磁场方向的硅钢片叠成的铁心可以减少采用顺磁场方向的硅钢片叠成的铁心可以减少涡流损耗。涡流损耗。第21页，共70页，编辑于2022年，星期二mNfU 44.4 当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与线圈匝数与线圈匝数N一定时，一定时，便一定。与便一定。与磁路的导磁材料和尺寸无关。磁路的导磁材料和尺寸无关。m m 3.3.交流铁心线圈的等效电路交流铁心线圈的等效电路mR 一定，磁动势一定，磁动势IN 随磁阻随磁阻 的变化而变化的变化而变化；mmRIN=uiX0RFeRcuX 线圈线圈铁心铁心交流铁心线圈的交流铁心线圈的串联等效电路：串联等效电路：第22页，共70页，编辑于2022年，星期二uiX0RFeRcuX 线圈线圈铁心铁心RCu:线圈电阻。线圈电阻。X:漏磁通引起的感抗。漏磁通引起的感抗。RFe:铁心电阻。铁心电阻。X0:铁心存储能量引起的感抗。铁心存储能量引起的感抗。第23页，共70页，编辑于2022年，星期二在吸合过程中若外加电压在吸合过程中若外加电压U不变不变,则则 不变。不变。iumRIN=电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小）气隙小）小小 电流小。电流小。mR如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。过热，把线圈烧坏。交流电磁铁磁路如图示。分析在交流电磁铁磁路如图示。分析在衔铁吸合前后的电流、磁通的变衔铁吸合前后的电流、磁通的变化情况。化情况。电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大）气隙大）大大 电流大；电流大；mR例例3 3注意！注意！第24页，共70页，编辑于2022年，星期二(U不变，不变，I不变）不变）(I 随随 Rm 变化）变化）（U不变时，不变时，基本不变基本不变）直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路磁路磁路小结小结（随随Rm变化）变化）第25页，共70页，编辑于2022年，星期二思考思考(1)将交流铁心线圈接到与其额定电压值相等的直流将交流铁心线圈接到与其额定电压值相等的直流 电压上，会产生什么现象？电压上，会产生什么现象？(2)将直流铁心线圈接到有效值与其额定电压值相等的交流电压将直流铁心线圈接到有效值与其额定电压值相等的交流电压 上，会产生什么现象？上，会产生什么现象？感抗感抗XL以及与以及与PFe对应的等效电阻对应的等效电阻RFe将不存在将不存在线圈电流线圈电流U/RCu将很大，以至烧坏线圈。将很大，以至烧坏线圈。将产生感抗将产生感抗XL以及与以及与PFe对应的等效电阻对应的等效电阻RFe磁路的磁通达不到额定状态，且铁心（整块铁）将磁路的磁通达不到额定状态，且铁心（整块铁）将会严重发热。会严重发热。第26页，共70页，编辑于2022年，星期二3.2.3 3.2.3 交流电磁铁交流电磁铁结构：结构：铁心、绕组、衔铁铁心、绕组、衔铁IU工作原理：工作原理：线圈通电线圈通电产生电磁力产生电磁力吸合衔铁吸合衔铁线圈断电线圈断电电磁力消失电磁力消失释放衔铁释放衔铁应用：应用：工业控制工业控制线圈线圈铁心铁心衔铁衔铁气隙气隙电磁吸力：电磁吸力：f=1078 B02S0 （牛顿牛顿）经验公式经验公式气隙磁感应强度气隙磁感应强度气隙截面面积气隙截面面积第27页，共70页，编辑于2022年，星期二3.2.3 3.2.3 交流电磁铁交流电磁铁励磁线圈加交流电压励磁线圈加交流电压磁场是交变的（磁场是交变的（）。电磁吸力：电磁吸力：问题：问题：电磁吸力以两倍的电源频率波动，引起震动和噪声。电磁吸力以两倍的电源频率波动，引起震动和噪声。解决：解决：在部分磁路上加分磁环，使两部分磁路中的磁在部分磁路上加分磁环，使两部分磁路中的磁通产生相位差，消除震动和噪声。通产生相位差，消除震动和噪声。第28页，共70页，编辑于2022年，星期二为什么？为什么？线圈电流：线圈电流：衔铁吸合过程中电流不断减小。衔铁吸合过程中电流不断减小。衔铁吸合过程中吸力大小不变。衔铁吸合过程中吸力大小不变。电磁吸力：电磁吸力：使用交流电磁铁时不允许通电后长时间不吸合！使用交流电磁铁时不允许通电后长时间不吸合！第29页，共70页，编辑于2022年，星期二交流电磁铁：交流电磁铁：励磁线圈加交流电压励磁线圈加交流电压交流铁心线圈交流铁心线圈。直流电磁铁：直流电磁铁：励磁线圈加直流电压励磁线圈加直流电压交流铁心线圈交流铁心线圈。交、直流电磁铁的区别：交、直流电磁铁的区别：1 1）交流电磁铁的铁心是硅钢片叠成，直流电磁铁的铁心）交流电磁铁的铁心是硅钢片叠成，直流电磁铁的铁心 可以可以是一整块软钢；是一整块软钢；2 2）交流电磁铁吸合前后电流要变，直流电磁铁吸合前后电）交流电磁铁吸合前后电流要变，直流电磁铁吸合前后电流不变；流不变；3 3）交流电磁铁吸合前后吸力不变，直流电磁铁吸合前后吸力要）交流电磁铁吸合前后吸力不变，直流电磁铁吸合前后吸力要变。变。思思考考产生以上三个不同点的原因是什么？产生以上三个不同点的原因是什么？第30页，共70页，编辑于2022年，星期二变压器变压器在电能的输送中，发电厂发出的交流电的电压被升高到几在电能的输送中，发电厂发出的交流电的电压被升高到几十万伏，经过长距离传输，再由变压器将高压降为低压（一般十万伏，经过长距离传输，再由变压器将高压降为低压（一般是是380V380V或或220V220V）。日常生活中常常采用不同的电压，例如阴极）。日常生活中常常采用不同的电压，例如阴极 射线管电视机显像管射线管电视机显像管 需要需要 10kV 10kV 以上的电以上的电 压，而手机工作只需压，而手机工作只需 要要3.6V3.6V的电压。的电压。把交流电的电压把交流电的电压 升高或者降低的装置升高或者降低的装置 称为称为变压器变压器，它是根它是根 据电磁感应原理制成据电磁感应原理制成 的。的。第31页，共70页，编辑于2022年，星期二变压器功能：变压器功能：变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器）变电流：变电流：电流互感器电流互感器 3.3 3.3 变压器变压器第32页，共70页，编辑于2022年，星期二 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站 1万伏万伏降压降压 变压器应用举例变压器应用举例降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压第33页，共70页，编辑于2022年，星期二单相变压器单相变压器铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组3.3.1 3.3.1 变压器的基本结构变压器的基本结构铁心：变压器的磁路。铁心：变压器的磁路。高、低压绕组高、低压绕组.原边（一次绕组）：原边（一次绕组）：接电源的绕组接电源的绕组副边（二次绕组）：副边（二次绕组）：接负载的绕组接负载的绕组变压器符号变压器符号：第34页，共70页，编辑于2022年，星期二3.3.2 3.3.2 变压器的工作原理变压器的工作原理工作过程工作过程u2i1 N1u1i2 N2参考方向的确定参考方向的确定 原边是电源的负载；原边是电源的负载；副边是负载的电源；副边是负载的电源；N1N2e1e2 原、副边的原、副边的e与与 符合符合右螺旋法则；右螺旋法则；第35页，共70页，编辑于2022年，星期二空载运行空载运行 ：原边接入电源，副边开路。：原边接入电源，副边开路。接上接上交流电源交流电源原边电流原边电流 i1等于励等于励磁电流磁电流 i10 产生感应电动势产生感应电动势1i i10 产生磁通产生磁通 （交变）（交变）e,方向符合右方向符合右螺旋法则螺旋法则1.1.电压变换原理电压变换原理注意注意第36页，共70页，编辑于2022年，星期二结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为为变比变比1u根据交流铁心线圈的根据交流铁心线圈的电磁关系分析可得：电磁关系分析可得：mNfE1144.4=U1mNfE2244.4=U2第37页，共70页，编辑于2022年，星期二有载运行有载运行 ：副边接入负载。：副边接入负载。E1 U1E2 U2忽略线圈电阻和漏磁通的影响忽略线圈电阻和漏磁通的影响所以，电压比为所以，电压比为第38页，共70页，编辑于2022年，星期二2.2.电流变换原理电流变换原理ZNiNiNi102211+因为：因为：空载时：空载时：励磁电流是励磁电流是：i10磁磁动势是动势是：i10N1有载时：有载时：励磁电流是励磁电流是：i1 与与 i i2 磁动磁动势是势是：i1N1+i2N2所以：所以：当电源电压的大小和频当电源电压的大小和频率一定时，铁心中的磁率一定时，铁心中的磁通大小一定。通大小一定。产生同样磁通产生同样磁通的磁动势相等的磁动势相等磁势平衡方程式：磁势平衡方程式：44.411mNfU 第39页，共70页，编辑于2022年，星期二由于变压器铁芯材料的导磁率高，空载励磁由于变压器铁芯材料的导磁率高，空载励磁电流很小，可忽略电流很小，可忽略 。10i 0Z0+11NI22NI11NI22NI -NiNiNi102211+即：即：第40页，共70页，编辑于2022年，星期二1 1）原、副边电流的大小与匝数成反比；）原、副边电流的大小与匝数成反比；结论结论2 2）副边电流对原边电流起去磁作用；）副边电流对原边电流起去磁作用；3 3）副边电流取决于负载，原边电流取决于副边电流。）副边电流取决于负载，原边电流取决于副边电流。ZRL i2 i1 负载电阻增大时，原边电流如何变化？负载电阻增大时，原边电流如何变化？第41页，共70页，编辑于2022年，星期二LZ3.3.阻抗变换原理阻抗变换原理22IUZL=u1i1 22222211KZKIUKIKUIUZLL=第42页，共70页，编辑于2022年，星期二信号源电动势信号源电动势E=80V ，内阻内阻R0=400 ，负载电负载电阻阻RL=4。1）负载直接接在信号源上时，信号源的输出功率。）负载直接接在信号源上时，信号源的输出功率。1 1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：例例2 2求：求：2）阻抗匹配时变压器的变比及输出功率功率。）阻抗匹配时变压器的变比及输出功率功率。解：解：2）阻抗匹配时应使）阻抗匹配时应使RL=R0将负载通过变压器接到信号源上变换阻抗。将负载通过变压器接到信号源上变换阻抗。第43页，共70页，编辑于2022年，星期二ELR1N2NR0输出功率为：输出功率为：21=10=10 NNK则变比：则变比：LLRKR2=400 第44页，共70页，编辑于2022年，星期二变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。NNNNNIUIUS2211=（理想）理想）3.3.3 3.3.3 变压器的主要技术指标和额定值变压器的主要技术指标和额定值变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。值。1 1）额定电压额定电压U1N/U2N2 2）额定电流额定电流I1N/I2N3 3）额定容量额定容量SN变压器输出的额定视在功率。变压器输出的额定视在功率。第45页，共70页，编辑于2022年，星期二变压器输出功率与输入功率的比值。变压器输出功率与输入功率的比值。4 4）额定效率额定效率h hN N5 5）额定频额定频 率率fN电源的工作频率。电源的工作频率。50Hz50Hz6 6）电压调整率电压调整率U=U20-U2U20100%（一般为（一般为5%5%左右）左右）U2I2U20I2NU2NUI2U2第46页，共70页，编辑于2022年，星期二3.3.4 3.3.4 变压器的同极性端及其测定变压器的同极性端及其测定1.1.同极性端同极性端(同名端同名端)当电流流入当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相 同，则两个流入同，则两个流入(或流出）端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增或流出）端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。端。AXax*AXax*Z*第47页，共70页，编辑于2022年，星期二 联结联结 2 23 3，顺串，顺串1324*串联串联顺串：两异名端相连，相当于两匝数相加；顺串：两异名端相连，相当于两匝数相加；反串：两同名端相连，相当于两匝数相减；反串：两同名端相连，相当于两匝数相减；联结联结 1 13 3，反串，反串并联并联同名端两两相连。同名端两两相连。1-31-3连，连，2-42-4连连2.2.线圈的正确连接线圈的正确连接第48页，共70页，编辑于2022年，星期二220220V V：联结：联结 2 2 3 3，1-41-4接电源。接电源。励磁励磁两种接法下线圈工作情况的分析：两种接法下线圈工作情况的分析：*1324两线圈的额定电压为两线圈的额定电压为110V110V，若接于，若接于220V220V的电源，应如何连接？的电源，应如何连接？220v若若1-31-3接电源，接电源，2-42-4连接，可能出现什么现象？连接，可能出现什么现象？第49页，共70页，编辑于2022年，星期二在极性不明确时，一定在极性不明确时，一定要先测定极性再通电！要先测定极性再通电！两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消烧毁烧毁感应电势感应电势电流电流 很大很大*1324 注意注意第50页，共70页，编辑于2022年，星期二110V110V：联结：联结 1 1 3 3，2 2 4 41,32,41324*励磁励磁若若1-41-4、2-32-3分别连接后接电源，两线圈产生的磁通相分别连接后接电源，两线圈产生的磁通相互抵消，无感应电动势产生，互抵消，无感应电动势产生，110V110V电压将全部降在线电压将全部降在线圈电阻上，线圈将被烧毁。圈电阻上，线圈将被烧毁。若异名端两两相连，会出现什么现象？若异名端两两相连，会出现什么现象？第51页，共70页，编辑于2022年，星期二3.4 3.4 直流铁心线圈在汽车中的应用直流铁心线圈在汽车中的应用励磁电流为直流：励磁电流为直流：RUI=（R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）IUU一定一定I一定，与磁路特性无关；一定，与磁路特性无关；磁动势恒定：磁动势恒定：F=N I磁通：磁通：)(mRF=Rm一定一定 一定，恒定磁通，无感应电动势产生；一定，恒定磁通，无感应电动势产生；功率损耗：功率损耗：P=I2R只由线圈中的电流和线圈电阻决定。只由线圈中的电流和线圈电阻决定。3.4.1 3.4.1 直流铁心线圈的电磁特点直流铁心线圈的电磁特点第52页，共70页，编辑于2022年，星期二直流电磁铁磁路如图示。分析在衔直流电磁铁磁路如图示。分析在衔铁吸合前后的电流、磁通的变化情铁吸合前后的电流、磁通的变化情况。况。IU1 1）因电流只与电源电压和线圈电阻有关，）因电流只与电源电压和线圈电阻有关，所以，吸合前后电流不变：所以，吸合前后电流不变：I=U/R2 2）因磁动势一定，）因磁动势一定，F=NI吸合前，磁路中气隙大，磁阻大，吸合前，磁路中气隙大，磁阻大，小；小；吸合后，磁路中气隙小，磁阻小，吸合后，磁路中气隙小，磁阻小，大。大。)(mRF=例例2 2第53页，共70页，编辑于2022年，星期二交、直流电磁铁的特点交、直流电磁铁的特点1.电流恒定，无感应电动势产生。电流恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心3.吸合后，励磁电流不变，吸合后，励磁电流不变，F#交流电磁交流电磁 铁特点铁特点1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。直流电磁直流电磁 铁特点铁特点第54页，共70页，编辑于2022年，星期二3.4.1 3.4.1 直流铁心线圈的应用直流铁心线圈的应用1.继电器继电器第55页，共70页，编辑于2022年，星期二第56页，共70页，编辑于2022年，星期二继电器在汽车电路中的作用继电器在汽车电路中的作用 继电器在汽车电路中有两个作用：继电器在汽车电路中有两个作用：1、增大电流作用；、增大电流作用；2、保护开关作用；、保护开关作用；第57页，共70页，编辑于2022年，星期二3.5.1 点火线圈的结构与原理点火线圈的结构与原理 点火线圈（点火线圈（Ignition coil）由初级绕组、次级绕组和铁心等组）由初级绕组、次级绕组和铁心等组成。成。1）开磁路式点火线圈）开磁路式点火线圈 按磁路的结构形式不同，可分为按磁路的结构形式不同，可分为开磁路式开磁路式点火线圈和闭磁路式点火线圈和闭磁路式点火线圈。点火线圈。3.5 3.5 变压器在汽车上的应用变压器在汽车上的应用第58页，共70页，编辑于2022年，星期二1-瓷杯；瓷杯；2-铁心；铁心；3-初级绕组；初级绕组；4-次级绕组；次级绕组；5-导磁钢套；导磁钢套；6-外壳；外壳；7-低压接线柱负极；低压接线柱负极；8-绝缘胶木绝缘胶木盖；盖；9-高压接线柱；高压接线柱；10-低压接线柱正极或低压接线柱正极或“开关开关”；11-低压接线柱低压接线柱“+开关开关”；12-附加电阻附加电阻第59页，共70页，编辑于2022年，星期二 当初级电流流过开磁路式点火线圈的初级绕组时，使铁心磁当初级电流流过开磁路式点火线圈的初级绕组时，使铁心磁化，其磁路如图化，其磁路如图5-10所示。由于磁路的上、下部分都是从空气中所示。由于磁路的上、下部分都是从空气中通过的，初级绕组在铁心中产生的磁通，需经壳体内的导磁钢通过的，初级绕组在铁心中产生的磁通，需经壳体内的导磁钢套形成回路，磁路的磁阻大，漏磁较多，能量损失较大。套形成回路，磁路的磁阻大，漏磁较多，能量损失较大。图图3-10 开磁路点火线圈的磁路开磁路点火线圈的磁路 1-磁力线；磁力线；2-铁心；铁心；3-初级绕组；初级绕组；4-次级绕组；次级绕组；5-导磁钢套导磁钢套 第60页，共70页，编辑于2022年，星期二3.5.2 3.5.2 传统点火系统的组成和工作原理传统点火系统的组成和工作原理1.传统点火系统的组成传统点火系统的组成 传统点火系统也称蓄电池点火系统、触点式点火系统。传统点火系统也称蓄电池点火系统、触点式点火系统。这种点火系统具有最基本的结构，在该系统中，通过机械凸这种点火系统具有最基本的结构，在该系统中，通过机械凸轮接通和断开触点，使点火线圈的初级电流间歇流动，从而轮接通和断开触点，使点火线圈的初级电流间歇流动，从而在点火线圈次级产生点火高压，如图在点火线圈次级产生点火高压，如图3-12所示。所示。第61页，共70页，编辑于2022年，星期二图图3-12 传统点火系统结构传统点火系统结构 传统点火系统的断电器触点因为使用中会发生氧化、烧蚀，传统点火系统的断电器触点因为使用中会发生氧化、烧蚀，需要定期保养，且触点的机械惯性大，响应速度慢，因而性能不需要定期保养，且触点的机械惯性大，响应速度慢，因而性能不佳，已经被新型点火系统取代。佳，已经被新型点火系统取代。第62页，共70页，编辑于2022年，星期二各装置的作用如下：1 1电源电源 点火系统的电源是蓄电池或发电机，作用是供给点火系统所需的电能。发动机起动时由蓄电池供电，正常工作时由发电机供电。2 2点火开关点火开关 接通或断开点火系统初级电路，控制发动机起动、工作和熄火。3.3.点火线圈点火线圈 观看视频为自耦变压器，将低电压变为能击穿火花塞间隙所需的高电压。第63页，共70页，编辑于2022年，星期二4 4分电器分电器 观看视频分电器由断电器、配电器、点火提前角调节装置和电容器等组成，其功用是接通和断开点火线圈初级电流，使点火线圈次级产生高压电，并按发动机点火顺序将高压电分送到各气缸火花塞，随发动机转速、负荷和燃油牌号的变化，自动或人为地调节点火提前角。电容器与断电触点并联，以减小触点分开时的火花，延长触点使用寿命。5 5高压导线高压导线 观看视频用以连接点火线圈与分电器中心插孔以及分电器旁电极和各缸火花塞。6 6火花塞火花塞 观看视频将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃可燃混合气。7 7附加电阻附加电阻 观看视频改善正常工作时的点火性能和起动时的点火性能。第64页，共70页，编辑于2022年，星期二2.2.传统点火系统的工作原理传统点火系统的工作原理在传统点火系统中，蓄电池或发电机供给12V低电压，经点火线圈和断电器转变为高电压，再经配电器分送到各缸火花塞，使电极间产生电火花。发动机工作时，断电器轴连同凸轮一起在发动机凸轮轴的驱动下旋转。断电器凸轮转动时，断电器触点交替地闭合和打开，因此传统点火系统的工作原理可分为触点闭合，初级电流增长；触点打开，次级绕组产生高压；火花塞电极间火花放电三个阶段进行分析。传统点火系统的工作原理如图3.27所示。观看视频1 观看视频1第65页，共70页，编辑于2022年，星期二图图3.27 3.27 传统点火系统的组成和工作原理传统点火系统的组成和工作原理第66页，共70页，编辑于2022年，星期二1 1、触点闭合，初级电流增长的过程、触点闭合，初级电流增长的过程 点火系统的初级电路包括蓄电池、点火开关、附加电阻、点火线圈初级绕组、分电器的断电触点及电容器。初级电路等效电路如下图所示。初级等效电路第67页，共70页，编辑于2022年，星期二触点闭合时，初级电流由蓄电池附加电阻Rf流过点火线圈初级绕组N1，初级电流按指数规律增长，并逐渐趋于极限值UB/R，初级电流波形如图（a）所示。对汽车上的点火线圈而言，在触点闭合后约20ms，初级电流就接近于其极限值。初级电流增长时，不仅在初级绕组中产生自感电势，同时在次级绕组中也会感出电势，约为1.52 kV，不能击穿火花塞间隙，次级电压波形如图(b)所示。传统点火系统工作过程波形图（a）初级电流波形（b）次级电压波形（c）次级电流波形第68页，共70页，编辑于2022年，星期二2、触点打开，次级绕组产生高压的过程、触点打开，次级绕组产生高压的过程触点闭合后，初级电流按指数规律增长，当闭合时间为tb、i1增长到Ip时，触点被凸轮顶开，Ip称为初级断电电流。触点打开后，初级电流Ip迅速降到零，磁通也随之迅速减少，如图(a)所示。此时，在初级绕组和次级绕组中都产生感应电动势，初级绕组匝数少，产生200300V的自感电势，次级绕组由于匝数多，产生高达1520kV的互感电势U2，如图(b)所示。触点打开后，初级电路由L、R、C组成振荡回路，产生衰减振荡。在次级绕组中的感应电动势也发生相应的变化。如果次级电压值不能击穿火花塞间隙，则U2将按图45(b)中虚线变化，在几次振荡之后消失。如果U2升到Uj时火花塞间隙被击穿，则电压的变化如图45(b)实线所示，Uj称为击穿电压。在次级绕组中，高压导线和发动机机体之间，次级绕组匝与匝之间，火花塞中心电极与侧电极之间均有一定的电容，称为分布电容，用C2表示。实际上有热损失和磁损失。观看视频：高压电的产生第69页，共70页，编辑于2022年，星期二3、火花塞电极间火花放电过程、火花塞电极间火花放电过程通常火花塞的击穿电压Uj总低于U2max，在这种情况下，当次级电压U2达到Uj时，就使火花间隙击穿而形成火花，这时在次级电路中出现i2，次级电流波形如图(c)所示。同时次级电压突然下降，如图(b)所示。火花放电一般由电容放电和电感放电两部分组成。所谓电容放电是指火花间隙被击穿时，储存在C2中的电场能迅速释放的过程，其特点是放电时间极短(1s左右)，但放电电流很大，可达几十安培；跳火以后，火花间隙的电阻减小，线圈磁场的其余能量将沿着电离的火花间隙缓慢放电，形成电感放电，又称火花尾，其特点是放电时间持续较长，达几毫秒，但放电电流较小，约几十毫安，放电电压较低，约600V。实验证明，电感放电持续的时间越长，点火性能越好。发动机工作期间，断电器凸轮每转一周（曲轴转两周），各缸按点火顺序轮流点火一次。若要停止发动机的工作，只要断开点火开关，切断初级电路即可。第70页，共70页，编辑于2022年，星期二