模块三磁路及电磁器件.pptx

汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件1/46模块三模块三 磁路及电磁器件磁路及电磁器件 任务任务1 磁路与电磁感应磁路与电磁感应 任务任务2 变压器及其应用变压器及其应用任务任务3 电磁铁和继电器的应用电磁铁和继电器的应用 汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件2/46一、磁场的基本物理量一、磁场的基本物理量 任务任务1 磁路与电磁感应磁路与电磁感应1磁感应强度磁感应强度B2磁通量磁通量3磁导率磁导率图3-1 直导体周围的磁场（亨（亨/米）米）真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数磁导是表征各种材料导磁能力的物理量磁导是表征各种材料导磁能力的物理量汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件3/46铁磁材料铁磁材料非铁磁材料非铁磁材料相对磁导率：相对磁导率：4磁场强度磁场强度H 单位：单位：B：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米：安：安/米米图图3-1中，磁场中中，磁场中X点的磁场强度点的磁场强度Hx为为汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件4/461电磁感应定律电磁感应定律二、电磁感应二、电磁感应磁棒插进线圈的过程中，电流磁棒插进线圈的过程中，电流计的指针发生了偏转；磁棒从计的指针发生了偏转；磁棒从线圈内抽出，电流计的指针发线圈内抽出，电流计的指针发生反向偏转。生反向偏转。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件5/46用楞次定律判断感应电流（电动势）的方法：用楞次定律判断感应电流（电动势）的方法：（1）先确定原磁场方向；）先确定原磁场方向；（2）确定磁通量的变化趋势（增大或减小）；）确定磁通量的变化趋势（增大或减小）；（3）应用楞次定律确定感应电流产生的磁场方向）应用楞次定律确定感应电流产生的磁场方向（增反减同）；（增反减同）；（4）用安培定则判定感应电流的方向（右手螺旋）用安培定则判定感应电流的方向（右手螺旋定则）。定则）。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件6/46a）通电自感）通电自感b）断电自感）断电自感2自感和互感自感和互感(1)自感自感 图3-2 电感元件上的自感电流、自感电动势与原电流的方向关系（2）互互感感。一一个个线线圈圈的的电电流流变变化化在在紧紧靠靠它它的的另另一一个个线线圈圈中中产生感生电动势的现象叫做互感。产生感生电动势的现象叫做互感。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件7/46互感现象示意图互感现象示意图点火线圈工作示意图汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件8/46互感电动势的方向判断方法（参照互感现象示意图）：互感电动势的方向判断方法（参照互感现象示意图）：（1）根据线圈中电流的方向，确定线圈中互感磁通的方）根据线圈中电流的方向，确定线圈中互感磁通的方向；向；（2）根据线圈）根据线圈1中中电流变化的趋势，确定通过线圈电流变化的趋势，确定通过线圈2中互中互感磁通的变化趋势；感磁通的变化趋势；（3）根据楞次定律判定线圈）根据楞次定律判定线圈2中中感应磁通的方向；感应磁通的方向；（4）根据右手螺旋定则判定互感电流的方向。）根据右手螺旋定则判定互感电流的方向。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件9/46三三 、磁路欧姆定律、磁路欧姆定律1、磁路中的几个物理量、磁路中的几个物理量1）磁路：由铁芯所限定的磁场称为磁路）磁路：由铁芯所限定的磁场称为磁路。图3-9 几种常见电气设备的磁路(a)变压器 (b)电磁铁 (c)磁电式电表2）磁动势）磁动势用用F表示，单表示，单位是安位是安匝。匝。F=NI3）磁阻）磁阻汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件10/462、磁路欧姆定律、磁路欧姆定律 在磁路中，磁通在磁路中，磁通与磁动势与磁动势NI成正比，与磁阻成正比，与磁阻Rm成反比，成反比，这就是磁路欧姆定律，它的表示式为这就是磁路欧姆定律，它的表示式为 磁路欧姆定律与电路欧姆定律相比存在什么磁路欧姆定律与电路欧姆定律相比存在什么对应关系？列出对应表。对应关系？列出对应表。问题与讨论问题与讨论汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件11/46磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁磁路路电电路路磁通磁通INR+_EI磁压降磁压降磁动势磁动势电动势电动势电流电流电压降电压降U汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件12/46基本定律基本定律 磁阻磁阻磁感应磁感应强度强度安培环路安培环路定律定律磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度基尔霍夫基尔霍夫电压定律电压定律基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律磁路与电路的比较磁路与电路的比较(二二)电电 路路R+_EI汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件13/46四、四、铁磁材料铁磁材料1、铁磁材料的磁性能、铁磁材料的磁性能（1）高导磁性）高导磁性（2）磁饱和性）磁饱和性图3-3 铁磁材料的磁化图3-4 磁化曲线汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件14/46（3）磁滞性）磁滞性铁磁材料在磁场中反复磁化，铁磁材料在磁场中反复磁化，在反复磁化过程中，磁感在反复磁化过程中，磁感应强度应强度B的变化总是滞后于的变化总是滞后于磁场强度磁场强度H的变化，这种特的变化，这种特性称为铁磁材料的磁滞性。性称为铁磁材料的磁滞性。图3-5 铁磁材料的磁滞回线2、铁磁材料的分类、铁磁材料的分类（1）软磁材料）软磁材料（2）硬磁材料）硬磁材料（3）矩磁材料）矩磁材料汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件15/463、磁滞损耗和涡流损耗、磁滞损耗和涡流损耗（1）磁滞损耗）磁滞损耗铁磁材料在反复磁化过程中的能量损失为磁滞损耗。铁磁材料在反复磁化过程中的能量损失为磁滞损耗。（2）涡流损耗）涡流损耗涡流会使铁芯发热，并消耗能量，其功率损耗称为涡流涡流会使铁芯发热，并消耗能量，其功率损耗称为涡流损耗损耗。图3-8 涡流（a）涡流 （b）减小涡流汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件16/46五、霍尔信号发生器五、霍尔信号发生器图图1-34 霍尔效应的原理霍尔效应的原理 1 1、霍尔效应：、霍尔效应：将一小块将一小块N N型锗晶片两端通以型锗晶片两端通以电流，放置在磁场中，则在垂电流，放置在磁场中，则在垂直于直于I I和和B B的方向上将产生一个的方向上将产生一个与与I I和和B B的乘积成正比的电压的乘积成正比的电压UH UH=KHIB 其中其中K KH H为霍尔元件灵敏度参数。为霍尔元件灵敏度参数。从上式可知，当通过基片（基片的厚度一定）的电流从上式可知，当通过基片（基片的厚度一定）的电流I I为定为定值时，霍尔电压只与磁感应强度值时，霍尔电压只与磁感应强度B B有关，利用该效应可制成有关，利用该效应可制成汽车上的转速传感器、曲轴位置传感器、桑塔纳汽车点火汽车上的转速传感器、曲轴位置传感器、桑塔纳汽车点火系中的霍尔信号发生器。系中的霍尔信号发生器。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件17/462霍尔效应式点火信号发生器霍尔效应式点火信号发生器图3-12 霍尔式分电器结构图1-分电器盖；2-防尘罩；3-分火头；4-触发叶轮；5-触发开关；6-分电器壳体；7-真空提前调节机构 图3-13 霍尔式点火信号发生器1-触发叶轮（与分火头制成一体）；2-霍尔集成块；3-带导磁板的永久磁铁；4-信号触发开关托盘；5-插座导线汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件18/46图3-14 霍尔式点火信号发生器的工作原理（a）触发叶片进入空气隙中 （b）触发叶片离开空气隙1-触发叶轮的叶片；2-霍尔集成块；3-永久磁铁；4-霍尔传感器；5-导磁板霍尔集成电路框图UH霍尔电压；UG霍尔信号发生器输出电压信号汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件19/46图3-16 霍尔式电子点火系工作波形图a）霍尔元件磁通密度B的变化；b）霍尔电压UH；c）霍尔信号发生器输出信号UG；d）点火线圈初级电流I1；e）点火线圈二次电压U2汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件20/46结构结构:霍尔曲轴位置传感器霍尔曲轴位置传感器由由永久磁铁、信号转子永久磁铁、信号转子和和感应线圈感应线圈等组成。等组成。应用举例应用举例:霍尔曲轴位置传感器霍尔曲轴位置传感器作用作用:检测发动机曲轴转角和活塞上止点信号检测发动机曲轴转角和活塞上止点信号.发动机曲轴位置和转速传感器发动机电子控制系统中最发动机曲轴位置和转速传感器发动机电子控制系统中最主要的传感器，是控制主要的传感器，是控制喷油时刻和点火时刻喷油时刻和点火时刻不可缺少的信号不可缺少的信号源，一般制成一体。源，一般制成一体。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件21/46六、磁感应式信号发生器六、磁感应式信号发生器1磁感应式点火信号发生器的结构磁感应式点火信号发生器的结构图3-17 磁感应式信号发生器组成示意图1-信号触发转子；2-感应线圈；3-永久磁铁图3-18 磁感应式信号发生器的基本结构1-信号触发转子；2-永久磁铁；3-铁芯；4-磁通；5-感应线圈；6-空气隙汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件22/46图3-19 磁脉冲点火信号发生器工作原理图（a）靠近 （b）对正 （c）离开汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件23/46任务任务2 变压器及其应用变压器及其应用变压器功能：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 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仪器仪器36伏伏降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件24/46一、单相变压器的结构一、单相变压器的结构图3-12 变压器的结构形式及图形符号 二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理1变压器的空载运行变压器的空载运行变压器原线圈接上额定的交变电压变压器原线圈接上额定的交变电压u1，副线圈开路不接负载，副线圈开路不接负载（开路（开路i2=0），这种状态称为空载运行），这种状态称为空载运行 汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件25/46图图3-13 变压器的空载运行变压器的空载运行 K为为变比变比当当K1时时,变压器为降压变压器；当变压器为降压变压器；当K1时，为升时，为升压变压器。压变压器。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件26/462变压器负载运行变压器负载运行（1）变压器负载运行时初、次级的电压关系）变压器负载运行时初、次级的电压关系 图图3-14 变压器的负载运行变压器的负载运行（2）变压器负载运行）变压器负载运行时初、次级的电流关系时初、次级的电流关系结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比【课堂互动课堂互动】变压器能变换功率吗？变压器能变换功率吗？汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件27/463.变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用图图3-15 变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换 结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。方。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件28/46阻抗变换举例：阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率。扬声器上如何得到最大输出功率。RsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：信号内阻：Rs=100 ;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻：效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率求：负载上得到的功率解：解：（1）将负载直接接到信号源上）将负载直接接到信号源上，得到的输出功，得到的输出功 率为：率为：汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件29/46Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：输出功率为：设变比设变比 则：则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输的条很多。原因是满足了电路中获得最大输的条 件（信号源内、外阻抗差不多相等）。件（信号源内、外阻抗差不多相等）。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件30/46额定电压额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。许的电压值。额定电流额定电流 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。额定容量额定容量 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。（理想）（理想）三、变压器的额定值（以单相变压器为例）三、变压器的额定值（以单相变压器为例）汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件31/464额定频率额定频率fN额定频率额定频率f fN N是指变压器初级绕组应接入的电源电压的频率。是指变压器初级绕组应接入的电源电压的频率。我国电力系统的标准频率为我国电力系统的标准频率为50Hz50Hz。5变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率（1）变压器的损耗）变压器的损耗 变压器主要有两部分损耗：铁损耗变压器主要有两部分损耗：铁损耗P PFeFe和铜损耗和铜损耗PPCuCu。变压器铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗称为铁损耗。电流变压器铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗称为铁损耗。电流通过绕组时功率损耗称为铜损耗通过绕组时功率损耗称为铜损耗。（2）变压器的效率）变压器的效率 汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件32/46四、四、几种特殊的变压器几种特殊的变压器1、自耦变压器、自耦变压器图图3-16 自耦调压器自耦调压器汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件33/462、电流互感器、电流互感器（1）电流互感器结构和原理）电流互感器结构和原理（a）（b）图图3-18 电流互感器电流互感器（a）电流互感器外形）电流互感器外形 （b）电流互感器接线图及符号）电流互感器接线图及符号（2）使用注意事项：）使用注意事项：1）副边不能开路，副边不能开路，以防产生高电压；以防产生高电压；2）铁心、低压绕组铁心、低压绕组的一端的一端 接地，以防接地，以防在绝缘损坏时，在在绝缘损坏时，在副边出现过压。副边出现过压。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件34/46图3-19 钳形电流表测量状态及结构原理图（3）钳形电流表（电流互感器的一种变形）钳形电流表（电流互感器的一种变形）（4）脉冲变压器）脉冲变压器 脉冲变压器是用来变换脉冲电压的，其作用是将输入脉冲变压器是用来变换脉冲电压的，其作用是将输入的脉冲电压（不连续变化的电压）经变压器变换后，输的脉冲电压（不连续变化的电压）经变压器变换后，输出的脉冲电压波形失真尽可能地小。出的脉冲电压波形失真尽可能地小。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件35/463、汽车上使用的变压器、汽车上使用的变压器（1）点火线圈）点火线圈汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件36/46图3-31 点火线圈的磁路（a）开磁路点火线圈的磁路 (b)闭磁路点火线圈的磁路1-磁力线；2-铁心；3-初级绕组；4-次级绕组；5-导磁钢片；6-空气隙汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件37/46图3-32 电子点火系的工作原理图1-点火信号发生器；2-交变点火触发信号；3-点火控制器；4-初级绕组；5-次级绕组；6-火花塞汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件38/46图图3-20 差动变压器式进气压力传感器示意图差动变压器式进气压力传感器示意图1真空膜盒；真空膜盒；2进气歧管；进气歧管；3感应线圈的一次绕组；感应线圈的一次绕组；4铁芯；铁芯；5-感应线圈的二次绕组感应线圈的二次绕组 差动变压器是一种差动变压器是一种开磁路互感式电感传感器，开磁路互感式电感传感器，由于其感应线圈具有两个由于其感应线圈具有两个接成差动结构的绕组组成，接成差动结构的绕组组成，所以又叫差动变压器所以又叫差动变压器（2）基于变压器原理的传感器）基于变压器原理的传感器汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件39/46（3）脉冲变压器在汽车上应用）脉冲变压器在汽车上应用图图3-21 电容储能式电子点火系的原理图电容储能式电子点火系的原理图1直流升压器；直流升压器；2晶闸管；晶闸管；3点火线圈；点火线圈；4分电器；分电器；5火花塞；火花塞；6储能电容器储能电容器汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件40/46任务任务3 电磁铁及继电器的作用电磁铁及继电器的作用 一、电磁铁一、电磁铁 1电磁铁的结构电磁铁的结构常见的电磁铁结构形式有马蹄式、拍合式和螺管式，如常见的电磁铁结构形式有马蹄式、拍合式和螺管式，如图图 图图 电磁铁的几种结构形式电磁铁的几种结构形式(a)马蹄式马蹄式 (b)拍合式拍合式 (c)螺管式螺管式按照励磁电流种按照励磁电流种类的不同，电磁类的不同，电磁铁可分为直流电铁可分为直流电磁铁和交流电磁磁铁和交流电磁铁两种。铁两种。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件41/462直流电磁铁及其在汽车上的应用直流电磁铁及其在汽车上的应用（1）喷油器喷油器汽车电控燃油喷射系统中的喷油器喷油器主要由喷油器体、衔铁、针阀、电磁线圈、回位喷油器主要由喷油器体、衔铁、针阀、电磁线圈、回位弹簧等组成，其中针阀和衔铁是一体的。弹簧等组成，其中针阀和衔铁是一体的。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件（2）开关电磁阀）开关电磁阀42/46图 开关式电磁阀的结构（a）线圈断电关闭 （b）线圈通电打开当电流流过线圈时，线圈所产生的磁场使可动铁芯克服弹簧的弹力，阀芯向上移动，液体入口与出口之间的通道开启（b）汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件43/46图图3-24 盆形电喇叭的结构图盆形电喇叭的结构图1下铁芯；下铁芯；2电磁线圈；电磁线圈；3上铁芯；上铁芯；4膜片；膜片；5共鸣板；共鸣板；6衔铁；衔铁；7触点；触点；8调整螺钉；调整螺钉；9电磁铁芯；电磁铁芯；10喇叭按喇叭按钮；钮；11锁紧螺母锁紧螺母（3）电喇叭）电喇叭 汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件44/46二、继电器二、继电器1继电器的类型继电器的类型继电器的种类很多，常用的有：电磁式、干簧式。继电器的种类很多，常用的有：电磁式、干簧式。2继电器的结构继电器的结构（1）电磁式继电器）电磁式继电器图 电磁式继电器结构和符号（a）结构 (b)符号图干簧式继电器的结构示意图（2）干簧式继电器）干簧式继电器汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件45/46图 汽车上常见继电器的外形与内部原理3常用继电器的符号常用继电器的符号汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件46/464选用继电器时的注意事项选用继电器时的注意事项（1）继电器的额定工作电压应小于或等于控制电路（继）继电器的额定工作电压应小于或等于控制电路（继电器所在电路）的工作电压。电器所在电路）的工作电压。（2）触点负荷的选择。加在触点上的电压和电流值不应）触点负荷的选择。加在触点上的电压和电流值不应超过该继电器的触点负荷。超过该继电器的触点负荷。（3）继电器的体积应根据电路来选择。）继电器的体积应根据电路来选择。（4）触点的数量和种类，同一种型号的继电器一般有多）触点的数量和种类，同一种型号的继电器一般有多种触点的形式可供选用，使用时要充分利用各组触点。种触点的形式可供选用，使用时要充分利用各组触点。汽车电工电子技术模块三 磁路及电磁器件47/465继电器在汽车上的典型应用继电器在汽车上的典型应用图 电喇叭的应用电路1触点臂；2电磁线圈；3喇叭按钮；4蓄电池；5触点；6电喇叭