电工电子技术模块三磁路及电磁器件课件.ppt

1、模块三模块三 磁路及电磁器件磁路及电磁器件 任务任务2 变压器及应用变压器及应用任务任务3 电磁铁及继电器应用电磁铁及继电器应用 任务任务1 磁路与电磁感应磁路与电磁感应 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rIBX2（亨（亨/米）米）70104 真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数0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0r1r，则称为铁磁材料，则称为铁磁材料1r，则称为非铁磁材料，则称为非铁磁材料相对磁导率：材料的磁导率与真空中

2、的磁导率比值相对磁导率：材料的磁导率与真空中的磁导率比值4磁场强度磁场强度H 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度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。和导磁率之比。BH 单位：单位：B：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米H：安：安/米米图图3-1可知，磁场可知，磁场中中X点的磁场强度点的磁场强度Hx为为rIBHXX21电磁感应定律电磁感应定律二、电磁感应二、电磁感应dtdNe2 2自感和互感自感和互感 (1)(1)自感自感 dtdiLeL（2）互感。一个线圈的电流变化在紧靠它的另一个线圈中）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

3、做互感。产生感生电动势的现象叫做互感。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三、三、磁路欧姆定律磁路欧姆定律（一）磁路中的几个物理量（一）磁路中的几个物理量1磁路磁路由铁芯所限定的磁场称为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F=NI单位：安单位：安匝匝3磁阻磁阻SlRm（二）磁路欧姆定律（二）磁路欧姆定律 mRNI磁路中，磁通磁路中，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？对

4、应关系？列出对应表。列出对应表。问题与讨论问题与讨论磁路和电路的比较（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HL磁动势磁动势INF 电动势电动势电流电流电压降电压降UEIU基本定律基本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感应磁感应强度强度SB 安培环路安培环路定律定律HLNI0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0IUEREI SlRSIJ磁路与电路的比较磁路与电路的比较(二二)电电 路路R+_EI四、铁磁材料四、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

5、性（2）磁饱和性）磁饱和性图3-5 铁磁材料的磁化图3-4 磁化曲线（3）磁滞性）磁滞性当给铁磁材料加上一个交变的当给铁磁材料加上一个交变的外磁场时，铁磁材料在磁场外磁场时，铁磁材料在磁场中反复磁化，在反复磁化过中反复磁化，在反复磁化过程中，磁感应强度程中，磁感应强度B的变化的变化总是滞后于磁场强度总是滞后于磁场强度H的变的变化化图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3、磁滞损耗和涡流损耗、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）磁滞损耗。铁磁材料在反复磁化过程中的能量（2）涡流损耗。涡流会

6、使铁芯发热，并消耗能量，其功）涡流损耗。涡流会使铁芯发热，并消耗能量，其功率损耗即是。率损耗即是。图3-10 涡流（a）涡流 （b）减小涡流五、霍尔式信号发生器五、霍尔式信号发生器图图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型锗晶片两端型锗晶片两端通电流，放置在磁场（磁通电流，放置在磁场（磁场方向垂直于电流方向）场方向垂直于电流方向）中，则在垂直于中，则在垂直于I I和和B B的方的方向上将产生一个与向上将产生一个与I I和和B B的的乘积成正比的电压乘积成正比的电压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

7、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。利用此可制成汽车有关。利用此可制成汽车上的转速传感器、曲轴位置传感器、桑塔纳汽车点火系中上的转速传感器、曲轴位置传感器、桑塔纳汽车点火系中的霍尔信号发生器。的霍尔信号发生器。2、霍尔式信号发生器、霍尔式信号发生器（1）霍尔式点火信号发生器的结构）霍尔式点火信号发生器的结构。如图如图3-12所示为霍尔式分电器结构示所示为霍尔式分电器结构示意图，霍尔信号发生器装在其内，意图，霍尔信号发生器装在其内，其结构如图其结构如图3

8、-13所示。所示。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（2）霍尔式点火信号发生器的工作原理）霍尔式点火信号发生器的工作原理霍尔电压霍尔电压UH的产生的产生 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（2）霍尔信号发生器的输出信号）霍尔信号发生器的输出

9、信号UG图3-15 霍尔信号集成块的原理框图UH霍尔电压；UG霍尔信号发生器输出电压信号图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磁感应式点火信号发生器的结构器的结构磁感应式点火信号发生器结磁感应式点火信号发生器结构见图构见图3-17和和3-18所示所示信号发生器一般安装在分电信号发生器一般安装在分电器的底板上，由信号触器的底板上，由信号触发转子、感应线圈（绕发转子、感应线圈（绕在铁芯上）、永久磁铁在铁芯

10、上）、永久磁铁等组成等组成1-信号触发转子；2-感应线圈；3-永久磁铁2点火信号发生器的工作原理点火信号发生器的工作原理磁路是：永久磁铁磁路是：永久磁铁N极极空气隙空气隙信号转子信号转子空气隙空气隙铁铁芯（通过感应线圈）芯（通过感应线圈）永久磁铁永久磁铁S极。极。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1-信号触发转子；2-感应线圈；3-衔铁；4-永久磁铁；5-分电器轴当发动机曲轴转当发动机曲轴转1圈，凸轮轴转圈，凸轮轴转1圈，信号转子由凸轮轴带动转圈，信号转子由凸轮轴带动转1圈时，信号发生器会产生圈时，信号发生器会产生4个周期的交变信号个周期的交变信号（图

11、中只有（图中只有2周周期），期），将其送给点火控制器，点火控制器就会控制点火线圈将其送给点火控制器，点火控制器就会控制点火线圈初级电路通初级电路通4次，断次，断4次，在次级产生次，在次级产生4次高压电，由分电器的次高压电，由分电器的配电器配送给各缸火花塞，配电器配送给各缸火花塞，4个气缸轮流各点火一次。个气缸轮流各点火一次。图3-20 传感线圈内磁通与感应电动势变化情况结构结构:霍尔曲轴位置传感器由霍尔曲轴位置传感器由永久磁铁、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。补充应用举例补充应用举例: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

12、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。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

13、器仪器36伏伏降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压一、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 图图3-13 变压器的空载运行变压器的空载运行 dtdNedtdNe2211KNNEEUU212121K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，为时，为升压变压器。升压变压器

14、。2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 KNNUU2121（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KNNII11221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？3.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 2222221212221111)(ZKIUNNINNUNNIUZ221ZKZ 结论：变压器原边的等效负载，为副边所

15、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。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。NNUU21 、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。NNII21 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。NSNNNNNIUIUS2211（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）4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

16、源电压的频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率。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 CuFePPPPPP2212四、几种特殊的变压器四、几种特殊的变压器1、自耦变压器、自耦变压器图图3-26 自耦调

17、压器自耦调压器KNNUU2121KNNII112212、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 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iKNNII112212）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、低压绕铁心、低压绕组的一端组的一端 接地，以接地，以防在绝缘损坏时，防在绝缘损坏时，在副边出现过压。在副边出现过压。图3-29 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

18、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，这是其最基本的要出的脉冲电压波形失真尽可能地小，这是其最基本的要求。求。五、变压器的计算五、变压器的计算i1uRsRL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：

19、（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：W)(7.181085022LLSRRRUpL扬声器上如何得到最大输出功率。1i1u2u2iLR1N2NRs（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：W25.6989810050212ZRRUpLSL设变比设变比 1:5.321NNK9885.321Z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出的条很多。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

20、差不多相等）。件（信号源内、外阻抗差不多相等）。六、汽车上使用的变压器六、汽车上使用的变压器1点火线圈点火线圈图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（2）点火线圈产生高压的原理）点火线圈产生高压的原理图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

21、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任务任务3 电磁铁及继电器电磁铁及继电

22、器 应用应用 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3-22所示所示 图图3-35 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SF27810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。二、继电器二、继电器1继电器的类型继电器的类型常用的种类有：电磁式、干簧式。常用的种类有：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

23、3-36 电磁式继电器结构和符号（a）结构 (b)符号图3-37 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4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。（

24、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。5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1、触点式电压调节器、触点式电压调节器图 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(1)；R3调节电阻（8

25、.5）；R3补偿电阻（13）三、直流电磁铁及其在汽车上的应用三、直流电磁铁及其在汽车上的应用图图 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2、电喇叭、电喇叭 四、继电器在汽车上的典型应用四、继电器在汽车上的典型应用1.1.喇叭继电器喇叭继电器图3-40 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2.继电器的检测继电器的检测图图b中，第中，第3个为个为常开型继电器、常开型继电器、第第4个为个为常闭型继电器常闭型继电器用万用表用万用表如何如何检测这两种继电器的好坏？检测这两种继电器的好坏？