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汽车电工电子技术单元三磁路及电磁器件

汽车电工电子技术单元三磁路及电磁器件

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单元三 磁路及电磁器件
课题一 磁场与电磁感应
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

课题二 铁磁材料的磁性能 课题三 磁路及磁路欧姆定律 课题四 变压器

课题五 几种特殊的变压器
课题六 电磁铁及继电器
汽车电工电子技术

课题一 磁场与电磁感应
一、磁场的基本物理量
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

1.磁感应强度B 2.磁通量Φ 3.磁导率μ

BX ? ?

I 2?r
图3-1 直导体周围的磁场

磁导是表征各种材料导磁能力的物理量 真空中的磁导率(

?0 )为常数
7

?0 ? 4? ?10

(亨/米)
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相对磁导率:材料的磁导率与真空中的磁导率比值

单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

? ?r ? ?0
4.磁场强度H

? r ? ?1,则称为铁磁材料
? r ? 1,则称为非铁磁材料

磁场强度是计算磁场所用的物理量,其大小为磁感应强度 和导磁率之比。 B

H ?

?

图3-1可知,磁场 中X点的磁场强度 Hx 为

I HX ? ? ? 2?r

BX

单位: B :特斯拉 ? :亨/米 H :安/米

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二、电磁感应
1.电磁感应定律
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件
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.自感和互感 (1)自感

d? e ? ?N dt

di eL ? ? L dt

(2)互感。一个线圈的电流变化在紧靠它的另一个线圈中 产生感生电动势的现象叫做互感。
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课题二 铁磁材料的磁性能 一、铁磁材料的磁性能
1.高导磁性
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件
图3-3 铁磁材料的磁化

2.磁饱和性

图3-4 磁化曲线

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单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

3.磁滞性 当给铁磁材料加上一 个交变的外磁场时,铁 磁材料在磁场中反复磁 化,在反复磁化过程中, 磁感应强度B的变化总是 滞后于磁场强度H的变化, 这种特性称为铁磁材料 的磁滞性。

二、铁磁材料的分类
1.软磁材料
2.硬磁材料 3.矩磁材料
汽车电工电子技术 图3-5 铁磁材料的磁滞回线

三、磁滞损耗和涡流损耗
1.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 涡流会使铁芯发热,并消耗能量,其功率损耗称为涡流 损耗 。

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图3-8 涡流

(a) 涡流 (b) 减小涡流 汽车电工电子技术

课题三 磁路及磁路欧姆定律 一、磁路、磁动势、磁阻
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

1.磁路 由铁芯所限定的磁场称为磁路 。 2.磁动势 用F表示,单 位是安· 匝。 F=N· I

3.磁阻?

l Rm ? ?S

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 汽车电工电子技术

二、磁路欧姆定律
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

在磁路中,磁通Φ与磁动势NI成正比,与磁阻Rm成反比, 这就是磁路欧姆定律,它的表示式为

NI ?? Rm
问题与讨论
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。

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磁路和电路的比较(一)

?
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

磁动势

磁通

磁压降

磁 路

I N

F ? IN

Φ
电流

HL

I
+

电 路

电动势
U R

电压降

E
_

E

I

U
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磁路与电路的比较 (二) 磁路
单 I元 三

基本定律

磁阻

磁感应 强度

安培环路 定律

?
N

磁 路 及 电 磁电 器 件

F ? NI l Φ ?? Rm ? B? Rm ?S S ? ? HL
欧姆定律 电阻

??
?0
基尔霍夫



I + _E R

电流 强度

基尔霍夫 电压定律

电流定律

l E I R? I? J? ?S R S

?E ?I ? ?U ? 0
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课题四 变压器 变压器功能:
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变电压:电力系统

变电流:电流互感器
变阻抗:电子电路中的阻抗匹配

(如喇叭的输出变压器
发电厂 1.05万伏 升压
降压
实验室 380 / 220伏 降压 降压
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输电线 )
22万伏

变电站 1万伏
仪器 36伏

一、单相变压器的结构

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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
1.变压器的空载运行 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 (开路i2=0),这种状态称为空载运行
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d? ? e1 ? ? N 1 ? dt ? ? d? ? e2 ? ? N 2 dt ? ?
图3-13 变压器的空载运行

U1 E1 N1 ? ? ?K U2 E2 N2

K为变比

当K>1时,变压器为降压变压器;当K<1时,为 升压变压器。
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2.变压器负载运行 (1)变压器负载运行时初、次级的电压关系

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U 1 N1 ? ?K U2 N2
(2)变压器负载运行 时初、次级的电流关系

I1 N 2 1 ? ? I 2 N1 K

图3-14 变压器的负载运行

结论:原、副边电流与匝数成反比

【课堂互动】变压器能变换功率吗?
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3.变压器的阻抗变换作用

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图3-15 变压器的阻抗变换

N1 U2 2 U1 N 2 N1 2 U 2 2 Z1 ? ? ( ) ? ? K Z2 1 2 N2 I1 N2 I2 I2 N1 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

Z ?K Z

方。
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阻抗变换举例:扬声器上如何得到最大输出功率。

设: 信号电压的有效值: U1= 50V;
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i
Rs

信号内阻: s=100 ? ; R
负载为扬声器,其等 效电阻:RL=8?。 求:负载上得到的功率

u1
信号源

RL

解:(1)将负载直接接到信号源上,得到的输出功

率为:

? U pL ? ? ?R ?R L ? S

? ? 50 ? ? RL ? ? ? ? 8 ? 1.7( W) ? ? 108? ? 汽车电工电子技术
2

2

(2)将负载通过变压器接到信号源上。

N1 ? 3.5 : 1 设变比 K ? N2
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则:

Z1 ? ?3.5? ? 8 ? 98 ? u1
2

Rs

i1

N1 N 2

i2

u2 RL

输出功率为:
? U ? ? 50 ? pL ? ? ? R ? R? ? ? Z1 ? ? 100? 98 ? ? 98 ? 6.25W ? ? ? L ? ? S
2 2

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出的条 件(信号源内、外阻抗差不多相等)。
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三、变压器的额定值(以单相变压器为例)
1额定电压
单 元 三

U1N 、 2 N U

变压器副边开路(空载)时,原、副边绕组允
许的电压值。

磁 路 2额定电流 1N 2N 及 电 变压器满载运行时,原、副边绕组允许的电流值。 磁 器 件

I

I

3 额定容量

SN

传送功率的最大能力。

S N ? U1N I1N ? U 2 N I 2 N (理想)
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4.额定频率fN 额定频率fN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50Hz。 5.变压器的损耗和效率 (1)变压器的损耗 变压器主要有两部分损耗:铁损耗 ΔPFe和铜损耗ΔPCu。 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 。 (2)变压器的效率η

P2 P2 ?? ? P1 P2 ? ?PFe ? ?PCu
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课题五 几种特殊的变压器 一、自耦变压器
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

图3-16 自耦调压器

U 1 N1 ? ?K U2 N2

I1 N 2 1 ? ? I 2 N1 K
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二、电流互感器
1.电流互感器结构和原理
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

I1 N 2 1 ? ? I 2 N1 K i
2 .使用注意事项: 1) 副边不能开路, 以防产生高电压;

2) 铁心、低压绕组
的一端 接地,以防 在绝缘损坏时,在 副边出现过压。

(a) (b) 图3-18 电流互感器 (a)电流互感器外形 (b)电流互感器接线图及符号

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3.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 出的脉冲电压波形失真尽可能地小,这是其最基本的要 求。

图3-19 钳形电流表测量状态及结构原理图

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三、汽车上使用的变压器
1.点火线圈
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2.基于变压器原理的传感器 差动变压器是一种 开磁路互感式电感传感器, 由于其感应线圈具有两个 接成差动结构的绕组组成, 所以又叫差动变压器

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图3-20 差动变压器式进气压力传感器示意图 1-真空膜盒;2-进气歧管;3-感应线圈的一次绕组;4-铁芯;5感应线圈的二次绕组
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3.脉冲变压器在汽车上应用
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图3-21 电容储能式电子点火系的原理图 1-直流升压器;2-晶闸管;3-点火线圈;4-分电器;5-火花塞;6-储能电容器

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课题六 电磁铁及继电器 一、电磁铁
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件

1.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 图3-22所示

107 ? 2 F? 8? S
按照励磁电流种 类的不同,电磁 铁可分为直流电 磁铁和交流电磁 铁两种。

图3-22 电磁铁的几种结构形式 (a) 马蹄式 (b) 拍合式 (c) 螺管式 汽车电工电子技术

2.直流电磁铁及其在汽车上的应用 (1)触点式电压调节器
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图3-23 FT-61型双级触点式电 压调节器与发电机接线图

1-低速触点支架;2-活动触 点臂;3-电磁线圈;4-拉力 弹簧;5-磁轭;6-电刷;7 -滑环;8-励磁绕组;9-三 相定子绕组;10-点火开关; S-点火接线柱;F-磁场接线 柱;R1-加速电阻(1Ω);R3- 调节电阻(8.5Ω);R3-补偿 电阻(13Ω)
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(2)电喇叭

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图3-24 盆形电喇叭的结构图 1-下铁芯;2-电磁线圈;3-上铁芯;4-膜片;5-共鸣板; 6-衔铁;7-触点;8-调整螺钉;9-电磁铁芯;10-喇叭按 钮;11-锁紧螺母 汽车电工电子技术

二、继电器
1.继电器的类型 继电器的种类很多,常用的有:电磁式、干簧式。
单 2.继电器的结构 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件
图3-25 电磁式继电器结构和符号 (a)结构 (b)符号

(1)电磁式继电器

图3-26 干簧式继电器的结构示意图

(2)干簧式继电器

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3.常用继电器的符号

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图3-28 汽车上常见继电器的外形与内部原理

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4.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 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 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。 (4)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。

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5.继电器在汽车上的典型应用
单 元 三 磁 路 及 电 磁 器 件
图3-27 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

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