汽车电工与电子技术基础第3版21903.pptx
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1、第三章第三章 电磁学基础电磁学基础3.2 线圈电路分析线圈电路分析3.5 汽车点火线圈汽车点火线圈3.1 磁路及其基本定律磁路及其基本定律3.3 电磁铁电磁铁3.4 变压器变压器汽车电工与电子技术基础汽车电工与电子技术基础 第第3版版书名:汽车电工与电子技书名:汽车电工与电子技术基础术基础 第第3版版书号:书号:978-7-111-54521-7作者:冯渊作者:冯渊出版社:机械工业出版社出版社:机械工业出版社本章要点:本章要点:1.1.四个基本物理量,磁路欧姆定律和磁路的基四个基本物理量,磁路欧姆定律和磁路的基尔霍夫定律。尔霍夫定律。2.2.铁磁性材料特性及其应用铁磁性材料特性及其应用,含铁心
2、线圈交流含铁心线圈交流电路的分析。电路的分析。3.3.电磁铁的工作特性以及在汽车中的应用。电磁铁的工作特性以及在汽车中的应用。4.4.变压器的基本结构及其基本工作原理。变压器的基本结构及其基本工作原理。5.5.汽车点火线圈的结构。汽车点火线圈的结构。第三章第三章 电磁学基础电磁学基础一、一、电磁学的基本物理量电磁学的基本物理量表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。大小大小大小大小:方向方向方向方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间
3、符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。单位单位单位单位:特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉(T T),1 1 1 1T=1Wb/mT=1Wb/m2 2 均匀磁场均匀磁场均匀磁场均匀磁场:各点磁感应强度大小相等,方向相同的各点磁感应强度大小相等,方向相同的各点磁感应强度大小相等,方向相同的各点磁感应强度大小相等,方向相同的 磁场,也称磁场,也称磁场,也称磁场,也称匀强磁场匀强磁场匀强磁场匀强磁场。3.1 磁路及其基本定律磁路及其基本定律1 1 1 1、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度B B B B 2、磁通磁通磁通磁通磁通磁通 :穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于B B方
4、向的面积方向的面积方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。说明说明:如果如果不是均匀不是均匀不是均匀不是均匀磁场,则取磁场,则取磁场,则取磁场,则取B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在在在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 =B S =B S 或或或或 B=B=/S S 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的
5、磁通,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度。磁通磁通 的单位的单位:韦韦韦韦 伯伯伯伯(WbWb)1Wb=1V 1Wb=1Vs s3 3、磁导率、磁导率磁导率来表示物质的导磁性能。的单位是H/m(亨/米)。注意真空的磁导率为常数,用真空的磁导率为常数,用真空的磁导率为常数,用真空的磁导率为常数,用 0 0表示,有:表示,有:表示,有:表示,有:相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r:任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。不同的介质,磁导率也
6、不同。磁导率值大的材料,导磁性能好。磁导率与真空磁导率近似相等,即 r r 1 1。如空气、木材、纸、铝等。注意铁磁性物质的磁导率铁磁性物质的磁导率是个变量,它随磁场的强弱而变化。是个变量,它随磁场的强弱而变化。材料分类:非铁磁性材料铁磁性材料磁导率远远大于真空磁导率,即 r r 1 1,可达到几百到上万。材料如铁、钴、镍及其合金等。所以电器设备如变压器、电机都将绕组套装在铁磁性材料制成的铁心上。4、磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH :介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B B 与介质与介质与介质与介质 磁导率磁导率磁导
7、率磁导率 之比。之比。之比。之比。磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH的单位的单位的单位的单位 :安培安培安培安培/米(米(米(米(A/mA/m)磁场强度的大小取决于电流的大小、载流导体的形状及几何位置,而与磁介质无关。H和B同为矢量。H的方向就是该点B的方向。在后面学到的磁路问题中,常常用到磁场强度这个物理量。二、二、磁路及其基本定律磁路及其基本定律1.1.磁路的概念磁路的概念磁路的概念磁路的概念 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁
8、心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多,物质的磁导率高的多,物质的磁导率高的多,物质的磁导率高的多,磁通的绝大部分经过铁心形成磁通的绝大部分经过铁心形成磁通的绝大部分经过铁心形成磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路。闭合通路。闭合通路。闭合通路。+NIfNSS直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路磁路:主磁通所经过的闭合路径。磁路:主磁通所经过的闭合路径。i 线圈通入电流后
9、,线圈通入电流后,产生磁通,分主磁产生磁通,分主磁通和漏磁通。通和漏磁通。:主磁通主磁通:漏磁通漏磁通线圈线圈铁心铁心变压器的磁路 一个闭合磁路通常是由几段截面积S不同或者材料不同(磁导率不同,比如空气隙与铁磁材料)的磁路构成,因此要分析磁路,就必须首先对磁路进行分段处理。磁路分段原则:截面积S与材料相同的磁路分为一段解解:根据材料、截面积不同磁路分为三段:1)第一段:截面积为S1、铁磁材料;2)第二段:截面积为S2(S1 S2)、材料与第一段同;3)第三段:截面积为S2,材料为非铁磁材料空气隙。例例3-1 试对磁路进行分段。2.2.磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 对于有分支磁路
10、,其分支汇集处称为磁路对于有分支磁路,其分支汇集处称为磁路的节点,磁路的任意节点所连接的各分支磁路的的节点,磁路的任意节点所连接的各分支磁路的代数和等于零。代数和等于零。I I1 1N N1 1N N2 2I I2 2即:即:在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路(磁路的材料和截面积相同,(磁路的材料和截面积相同,各处的磁场强度相等)中,安培环路定律可写成:各处的磁场强度相等)中,安培环路定律可写成:磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NIHL:称为磁位差。称为磁位差。NI:称为磁动势。一般称为磁动势。一般 用用 F 表示。表示。F=NI3.3.磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律总磁动势
11、总磁动势 在非均匀磁路在非均匀磁路(磁路的材料或截面积不同,或磁场(磁路的材料或截面积不同,或磁场强度不等)中,总磁动势等于各段磁位差之和。强度不等)中,总磁动势等于各段磁位差之和。例:例:IN对于均匀磁路对于均匀磁路磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律4.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律则:则:INSL注:由于磁性材料注:由于磁性材料 是非线性的,磁路欧姆定律多用作定性是非线性的,磁路欧姆定律多用作定性 分析,不做定量计算。分析,不做定量计算。令:令:Rm 称为磁阻称为磁阻l l 为磁路的平均长度;为磁路的平均长度;为磁路的平均长度;为磁路的平均长度;S S 为磁路的截面积;为磁路的截面积;为磁路的
12、截面积;为磁路的截面积;为磁导率。为磁导率。为磁导率。为磁导率。磁通势磁通势磁通势磁通势磁路和电路磁路和电路对照表对照表(一)(一)磁磁路路电电路路磁通磁通INI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R+_EU欧姆定律欧姆定律 磁阻磁阻基尔霍夫定律基尔霍夫定律磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻基尔霍夫定律基尔霍夫定律磁路与电路对照表磁路与电路对照表(二二)电电 路路R+_USI3.2 3.2 线圈电路分析线圈电路分析1 1 1 1、高导磁性、高导磁性、高导磁性、高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高,磁性材料的磁导率通常都很高,磁性材料的磁导率通常都很高,磁性材料的磁导率通
13、常都很高,即即即即 r r 1 1(如坡莫合金,其如坡莫合金,其如坡莫合金,其如坡莫合金,其 r r 可达可达可达可达 2 2 10105 5)。磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料能被强烈的磁化,能被强烈的磁化,能被强烈的磁化,能被强烈的磁化,具有具有具有具有很高的导磁性能。很高的导磁性能。很高的导磁性能。很高的导磁性能。一、铁一、铁磁性材料特点磁性材料特点Bf(H)磁化曲线 许多电气设备的线圈都绕制在铁磁性材料上,以便用许多电气设备的线圈都绕制在铁磁性材料上,以便用许多电气设备的线圈都绕制在铁磁性材料上,以便用许多电气设备的线圈都绕制在铁磁性材料上,以便用较小的励磁电流(与较小的励磁电流(与较
14、小的励磁电流(与较小的励磁电流(与H H H H 有关)产生较大的磁场。比如变压有关)产生较大的磁场。比如变压有关)产生较大的磁场。比如变压有关)产生较大的磁场。比如变压器的一、二次绕组就绕制在由铁磁性材料构成的铁心上。器的一、二次绕组就绕制在由铁磁性材料构成的铁心上。器的一、二次绕组就绕制在由铁磁性材料构成的铁心上。器的一、二次绕组就绕制在由铁磁性材料构成的铁心上。在这种在这种在这种在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流,便可以具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流,便可以具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流,便可以具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流,便可以产生较大的磁通和磁感应强度。产
15、生较大的磁通和磁感应强度。产生较大的磁通和磁感应强度。产生较大的磁通和磁感应强度。Bf(H)磁化曲线 2、磁饱和性磁饱和性在ab段,B增加就变缓慢,铁心开始进入饱和状态,这段称为磁化曲线的膝部。电机等铁心的磁感应强度B多数选择在这个部位。b点称饱和点,一般为0.8-1.8T。在bc段,B随H增加得极少,这时铁磁物质处于饱和状态。Oa段:B 与H几乎成正比地增加磁导率不是常数。铁磁材料未饱和时磁导率大。越趋于饱和,磁导率越小。3、磁滞性磁滞性磁滞回线:磁滞回线:磁滞回线:磁滞回线:磁性材料在交变磁场中反复磁化,其磁性材料在交变磁场中反复磁化,其B B-H H关系曲线是一条闭合曲线。关系曲线是一条
16、闭合曲线。磁滞性:磁滞性:磁性材料中磁感应强度B 的变化总是滞后于外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHHB BB Br rHHc c剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B B B Br r r r(剩磁剩磁剩磁剩磁)矫顽磁力矫顽磁力H Hc c 磁性物质不同,其磁滞回线磁性物质不同,其磁滞回线磁性物质不同,其磁滞回线磁性物质不同,其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。(a)软磁材料 (b)硬磁材料 (c)矩磁材料各类材料的磁滞回线2.2.铁磁性材料分类铁磁性材料分类软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料硬磁
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