磁路和铁芯线圈电路.pptx
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1、所谓磁路,就是约束在铁芯及其气隙所限定的范围内的磁通路径。图图3-13-1磁路示意图磁路示意图第1页/共111页3.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1磁感应强度和磁通电磁力的大小就与磁感应强度(B)、电流(I)、垂直于磁场的导体有效长度L成正比,公式为F=BIL(3-1)磁通()是一个反映一定区域磁场强弱、方向等状况的物理量。=BS(3-2)第2页/共111页图图3-23-2载流导体受电磁力作用载流导体受电磁力作用第3页/共111页磁导率()是用来衡量物质导磁性能的物理量。(3-3)(3-4)2磁导率和磁场强度第4页/共111页图图3-33-3直导体周围的磁场直导体周围的磁场第5页/共
2、111页3.1.2 铁磁性材料铁磁性材料1铁磁性材料特点(1)磁化曲线高导磁性和磁饱和性图图3-4B=f3-4B=f(H H)磁化曲线)磁化曲线第6页/共111页图图3-53-5磁滞回线磁滞回线(2)磁滞回线磁滞性第7页/共111页按照铁磁性材料磁滞回线的形状以及在工程中的用途不同,铁磁性材料可分为3大类,即软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。2铁磁性材料分类第8页/共111页图图3-63-6铁磁性材料分类铁磁性材料分类第9页/共111页3.1.3 汽车中的霍尔元件汽车中的霍尔元件1霍尔效应和霍尔元件图图3-73-7霍尔效应霍尔效应第10页/共111页霍尔电压为(3-7)式中,KH霍尔元件灵敏度,大
3、小由霍尔元件的半导体材料及几何尺寸决定。第11页/共111页图3-8(c)所示为霍尔元件的基本检测电路,实际应用中可以把激励电流(I)或磁感应强度(B)作为输入信号进行检测。图图3-83-8霍尔元件结构及基本检测电路霍尔元件结构及基本检测电路第12页/共111页霍尔式曲轴位置传感器利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁感应强度(B),从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号,经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。2霍尔元件在汽车中的应用第13页/共111页图图3-93-9霍尔式曲轴位置传感器霍尔式曲轴位置传感器11霍尔元件霍尔元件 22磁极磁极 33转子叶片转子叶片第14页/共111页3.2.
4、1 磁路的欧姆定律3.2.2 磁路的基尔霍夫定律3.2.3 磁路定律在汽车中的应用磁感应点火信号发生器3.2磁路基本定律及其应用第15页/共111页一段磁路,设长为l,磁路截面积为S,磁力线均匀分布于横截面上,可知经变换,得磁通()为(3-8)3.2.1 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律第16页/共111页式中,Um磁路的磁位差,单位为安培(A),Um=Hl;Rm磁路的磁阻,单位为1/亨(1/H),。第17页/共111页3.2.2 磁路的基尔霍夫定律磁路的基尔霍夫定律1基尔霍夫磁通定律写成一般形式为(3-9)第18页/共111页(Hl)=(NI)=(F)(3-10)式中,NI磁路的磁动势(F),单
5、位为安培(A);Hl磁位差Um。2基尔霍夫磁位差定律第19页/共111页图图3-113-11基尔霍夫磁位差定律基尔霍夫磁位差定律第20页/共111页【例3-1】图3-12所示为一无分支磁路,磁路中磁通为顺时针方向,试对磁路进行分段,并写出该磁路的磁位差平衡式。图图3-123-12无分支磁路无分支磁路第21页/共111页表表3-13-1磁路与电路对照表磁路与电路对照表磁 路电 路磁通()电流(I)磁位差(Um)电压(U)磁动势(F)电动势(E)磁阻Rm=l/S电阻R=l/rS磁导率()电导率(r)欧姆定律=Um/Rm欧姆定律 I=U/R基尔霍夫定律=0Hl=NI基尔霍夫定律I=0IR=U第22页
6、/共111页汽车点火系统的作用是为汽油发动机汽缸内已压缩的可燃混合气提供足够能量的电火花,使发动机能及时、迅速地燃烧做功。点火系统应在发动机各种工况和使用条件下,均应保证可靠而准确地点火。3.2.3 磁路定律在汽车中的应用磁路定律在汽车中的应用磁感应点火信号磁感应点火信号发生器发生器第23页/共111页图图3-133-13磁感应式点火信号发生器磁感应式点火信号发生器11信号转子信号转子 22永久磁铁永久磁铁 33铁芯铁芯44磁通磁通 55传感线圈传感线圈 66空气隙空气隙第24页/共111页图图3-143-14信号转子旋转的信号转子旋转的3 3个不同状态个不同状态11信号转子信号转子 22传感
7、线圈传感线圈 33铁芯铁芯 44永久磁铁永久磁铁如图3-14所示,通过对信号转子旋转的3个不同状态的分析,得到传感线圈中磁通和感应电动势的波形变化如图3-15所示。第25页/共111页3.3铁芯线圈和电磁铁3.3.1 铁芯线圈的交流电路分析3.3.2 铁芯线圈的功率损耗3.3.3 电磁铁第26页/共111页根据基尔霍夫定律得(3-14)3.3.1 铁芯线圈的交流电路分析铁芯线圈的交流电路分析图图3-163-16铁芯线圈电路铁芯线圈电路第27页/共111页式中,铜耗,它与电流的平方成正比。铁耗包含两部分损耗磁滞损耗(ph)和涡流损耗(pe)。3.3.2 铁芯线圈的功率损耗铁芯线圈的功率损耗第28
8、页/共111页(3-18)(1)磁滞损耗铁芯既能导磁,也能导电,因此当磁通交变时,在铁芯截面中产生感应电动势,继而产生漩涡状的感应电流,称之为涡流。涡流是电磁感应的一种特殊形式,如图3-17所示。(2)涡流损耗第29页/共111页图图3-173-17涡流涡流第30页/共111页图图3-18=f3-18=f(i i)曲线)曲线第31页/共111页图图3-193-19电磁铁的结构电磁铁的结构11铁芯铁芯 22线圈线圈 33衔铁衔铁第32页/共111页根据电磁铁线圈中所通过的电流不同,可分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类。3.3.3 电磁铁电磁铁1直流电磁铁直流电磁铁的励磁电流是直流。F=4B02S1
9、05(3-21)第33页/共111页Fav=2Bm2S105(3-22)2交流电磁铁由于交流电磁铁的吸力随时间在0与最大值之间变化,因而衔铁要发生震动而引起噪声。为改善电磁铁工作时的震动和噪声现象,可以在铁芯的局部端面上嵌装一个短路环,又称分磁环,如图3-20所示。第34页/共111页图图3-203-20交流电磁铁的短路环交流电磁铁的短路环第35页/共111页表表3-23-2直流电磁铁和交流电磁铁的比较直流电磁铁和交流电磁铁的比较电磁铁 铁芯结构吸合过程吸合后吸合不好时直流电磁铁整块软钢制成,无短路环电流不变,吸力变大,磁阻变小无震动线圈不会过热交流电磁铁硅钢片叠成,有短路环吸力不变,电流变小
10、,磁阻变小有震动线圈会过热,可能烧坏第36页/共111页图3-21所示为汽车电控燃油喷射系统中的喷油器,其中电磁铁中的衔铁与针阀是一体的,喷油器就是采用电磁铁的电磁吸力来打开或关闭燃油计柱塞,从而控制喷油器的喷油量。第37页/共111页图图3-213-21汽车电控燃油喷射系统中的喷油器汽车电控燃油喷射系统中的喷油器第38页/共111页图图3-223-22开关式电磁阀开关式电磁阀11计算机计算机 22铁芯线圈铁芯线圈 33衔铁衔铁 44阀球阀球 55泄油孔泄油孔 66主油道主油道 77控制油道控制油道第39页/共111页3.4变压器3.4.1 单相变压器的基本结构3.4.2 单相变压器的工作原理
11、3.4.3 仪表用互感器3.4.4 变压器技术参数第40页/共111页变压器是将一种等级的交流电压变换成频率相同的另一种等级的交流电压的静止电气设备。第41页/共111页3.4.1 单相变压器的基本结构单相变压器的基本结构图图3-233-23单相变压器结构单相变压器结构第42页/共111页铁芯构成了变压器的磁路,使绕组之间实现电磁耦合。为了提高铁芯导磁性能,减少铁芯损耗,铁芯通常采用厚度为0.350.5mm且表面涂有绝缘漆的硅钢片交错叠装而成。1铁芯第43页/共111页绕组构成变压器的电路,与电源相连接的绕组称为一次侧绕组或初级绕组,与负载相连的绕组称为二次侧绕组或次级绕组。根据两侧绕组匝数的
12、不同,也可将匝数多的称为高压绕组,匝数少的称为低压绕组。单相小容量变压器的绕组多用高强度漆包线绕制。为了降低绕组和铁芯间的绝缘要求,一般高压绕组同心地套在低压绕组的外面。2绕组第44页/共111页3.4.2 单相变压器的工作原理单相变压器的工作原理1变压器的空载运行电压变换图3-24所示为单相变压器的空载运行示意图。图中标注了各物理量的参考方向。一次侧绕组接额定电压为UN1的交流电源,二次侧绕组处于开路状态,称为变压器的空载运行。第45页/共111页图图3-243-24单相变压器的空载运行示意图单相变压器的空载运行示意图第46页/共111页图3-26所示为单相变压器的负载运行示意图。图中标注了
13、各物理量的参考方向。一次侧绕组接额定电压为UN1的交流电源,二次侧绕组与负载相连接时,称为变压器的负载运行。2变压器的负载运行电流变换第47页/共111页 图图3-253-25变压器绕组的同名端变压器绕组的同名端 第48页/共111页图图3-263-26单相变压器的负载运行示意图单相变压器的负载运行示意图第49页/共111页变压器除了可以变换电压、电流之外,还可以变换负载阻抗,从而实现阻抗匹配。如图3-27所示。3变压器的阻抗变换图图3-273-27变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换第50页/共111页变压器在传递能量时存在损耗,包括铜耗和铁耗。铜耗(pCu)为一、二次侧绕组电阻产生的损耗,大小
14、为(3-32)它随负载电流的变化而变化,因此称铜耗(pCu)为可变损耗。4变压器的损耗与效率第51页/共111页图图3-283-28变压器效率特性曲线变压器效率特性曲线第52页/共111页3.4.3 仪表用互感器仪表用互感器1电压互感器图图3-293-29电压互感器的外形和原理图电压互感器的外形和原理图第53页/共111页图图3-303-30电流互感器的外形和原理图电流互感器的外形和原理图2电流互感器第54页/共111页3.4.4 变压器技术参数变压器技术参数1额定电压(UN1、UN2)额定电压是根据变压器的绝缘强度和允许温升而规定的电压值,单位为V或kV。第55页/共111页额定电流是根据变
15、压器允许温升而规定的电流值,单位为A或kA。2额定电流(IN1、IN2)第56页/共111页变压器额定容量是指在额定电压和额定电流情况下,其输出的额定视在功率。单相变压器为(3-36)三相变压器为SN=(3-37)3额定容量(SN)第57页/共111页我国规定标准工频频率为50Hz,有些国家则规定为60Hz,使用时应注意。改变使用频率会导致变压器某些电磁参数(如磁通等)发生变化,影响其正常工作。4额定频率(f)第58页/共111页【例3-2】有一台单相变压器,SN=10kVA,UN1/UN2=380V/220V。(1)若在二次侧接上40W,220V的白炽灯最多可接多少盏?试计算此时变压器一次侧
16、、二次侧工作电流。(2)若在二次侧接上cos=0.46,UN=220V,PN=40W的日光灯(设每灯含有镇流器的功耗7W),问最多可接多少盏?第59页/共111页第60页/共111页3.5.1 汽车电路的特点3.5.2 继电器3.5.3 汽车继电器电路分析3.5 汽车继电器电路分析第61页/共111页3.5.1 汽车电路的特点汽车电路的特点1直流低压汽车中电源有两类,一类是蓄电池,另一类是交流发电机及其整流电路,它们都是直流低压电源。第62页/共111页蓄电池正极线直接与各用电设备连接,蓄电池负极线直接搭在车架金属机件上,这种负极线与车体相连接的方式就称为搭铁,也称为接地或接铁。2负极搭铁第6
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