汽车电工电子第三章-磁路和变压器课件.ppt

1、磁路的基本定律磁路的基本定律 磁场的基本物理量磁场的基本物理量交流铁心线圈的电磁关系交流铁心线圈的电磁关系 变压器的工作原理和功能变压器的工作原理和功能汽车发动机点火系统汽车发动机点火系统 重重点点 磁通磁通磁感应磁感应强度强度B磁场强磁场强度度H导磁系数导磁系数磁 路基本物理量磁路中的基本物理量磁路中的基本物理量磁路磁路ui 通过磁路横截面的磁力线总量称为磁通，用“”来表示。单位是韦伯Wb。磁通是标量。其大小反映了与磁场相垂直的某个截面上的磁场强弱情况。BS(1)磁通(2)磁感应强度 磁感应强度是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。用大写字母“B”表示。B是矢量，B的方向就是置于磁场中该点小磁

2、针N极的指向。上式中，电磁力F的单位是牛顿N、电流的单位是安培A、导体的有效长度(与磁场方向相垂直方向的长度投影)单位是米m时，磁感应强度B的单位是特斯拉T。由=BS可知，匀强磁场中某截面S上B值越大，穿过该截面上的磁力线总量越多。因此，磁感应强度也常称为磁通密度。IlFB 磁导率是反映自然界物质导磁能力的物理量。H/m10470相对磁导率0r(3)磁导率真空磁导率：物质物质 导磁性能导磁性能 非磁性物质非磁性物质0磁性物质磁性物质 0如空气、塑料、铜、铝、橡胶等 如铁、镍、钴、钢及其合金等。硅钢r700010000，铁磁物质的磁导率不是常量，而是一个范围，即随外部条件变化。铁磁性物质的相对磁

3、导率大大于1。工程应用实际中，大量的电气设备都含有线圈和铁心。当绕在铁芯上的线圈通电后，铁芯就会被磁化而形成铁芯磁路，磁路又会影响线圈的电路。因此，电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。+(a)电 磁 铁 的 磁 路 (b)变 压 器 的 磁 路 (c)直 流 电 机 的 磁 路 常用电气设备铁芯示意图中红色虚线表示磁路中的工作主磁通的路径；紫色虚线表示通过空气闭合的极少部分漏磁通。(4)磁路(5)磁场强度 磁场强度也是表征磁场中某点强弱和方向的物理量，用大写字母“H”表示。H也是矢量，H的方向也是置于磁场中该点小磁针N极的指向。磁场强度和磁磁场强度和磁感应强度有何感应强度有何区别和联系？

4、区别和联系？磁感应强度是描述磁路介质的磁场某点强弱和方向的物理量，与介质的导磁率有关；磁场强度是描述电流的磁场强弱和方向的物理量，与介质的导磁率无关。它们之间的联系为：A/mBH 磁场强度H的单位有安每米和安每厘米，二者之间的换算关系为：1A/m=10-2A/cm磁生电磁生电法拉第电磁感法拉第电磁感应定律应定律 自感自感 互感互感汽车发电机即是通过导体切割磁力线而产生感应电动势发电的。(1)法拉第电磁感应定律BLve 当一个线圈中的电流发生变化时，它所激发的磁场穿过线圈自身的磁通量发生变化，从而在线圈本身产生感应电动势，这种现象称为自感现象。自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。(2)自感

5、日光灯中的镇流器。但在实际中也要防止其不利的一面，如断开电动机、变压器电路时，会因自感现象而产生高电压。在某些汽车雨刮电路中，为了防止雨刮电机断电产生的自感电动势损坏电机，特意做了相关电路来快速消除自感电动势，以达到保护电机的目的。当线圈1中的电流变化时，所激发的磁场会在它邻近的另一个线圈 2 中产生感应电动势，这种现象称为互感现象。由互感现象产生的感应电动势叫做互感电动势。互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。(3)互感 常见的有电力变压器输入输出变压器、电压互感器和电流互感器等。汽车点火系中的点火线圈也是利用互感原理工作的。在实际应用中，有时

6、需要防止互感现象以免影响电路正常工作。磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能1 1 高导磁性高导磁性 2 2 磁饱和性磁饱和性 通常，磁性材料的磁导率通常，磁性材料的磁导率 ，其比值可高达数，其比值可高达数百、数千甚至数万，这是由它们的内部结构决定的。百、数千甚至数万，这是由它们的内部结构决定的。0 磁性物质的磁化曲线磁性物质的磁化曲线磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。3 3 磁滞性磁滞性磁滞回线中H为零时B并不为零 的现象说明铁磁材料具有剩磁性。BH0cbaoa段是线性段ab段是上升段bc段是磁化曲线的膝部C点以后是饱和段起始磁化曲线反映了什么？起始磁化曲线的

7、ab段反映了铁磁材料的高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性。磁滞回线中B的变化总是落后于H的变化说明铁磁材料具有磁滞性铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为磁滞回线。铁磁材料的磁饱和性、磁滞性和剩磁性软磁材料具有磁导率很高、易磁化、易去磁的显著特点，适用于制作各种电机、电器的铁心。软磁材料4、铁磁材料的分类和用途 铁磁材料根据工程上用途的不同可以分为三大类：硬磁材料的磁导率不太高、但一经磁化能保留很大剩磁且不易去磁，适用于制作各种永久磁体。硬磁材料矩磁材料磁导率极高、磁化过程中只有正、负两个饱和点，适用于制作各类存储器中记忆元件的磁芯。矩磁材料BH0软磁性材料磁滞回线包围的面积很小。BH0

8、硬磁性材料磁滞回线包围的面积很宽大。BH0磁路欧姆定律磁路欧姆定律 交流铁芯线圈磁路通常由硅钢片叠压制成，导磁率很高。当套在铁芯上的线圈通电后，铁芯迅速被磁化，成为一个人为集中的强磁场。ui交流铁芯线圈示意图 电流通过N匝线圈所形成的磁动势用Fm=NI表示，磁路对磁通所呈现的阻碍作用用磁阻Rm表示，磁动势、磁通和磁阻三者之间的关系可表述为：SlRRINRFmmm:,其中磁阻磁路欧姆定律 磁路欧姆定律中的磁阻Rm与磁导率有关，因此对铁芯磁路来讲是一个变量，定量计算很复杂，因此没有电路欧姆定律应用得那么广泛，通常只用来定性分析磁路的情况。表表 磁路和电路的比较磁路和电路的比较磁路磁路电路电路典型结

9、构典型结构对应的物理量对应的物理量 磁动势磁动势 电动势电动势 磁压降磁压降 电电 压压 磁磁 通通 电电 流流 磁磁 阻阻 电电 阻阻 磁导率磁导率 电导率电导率INR+_EIUFHlEUImRR(待续待续)(续上页续上页)磁路磁路电路电路对对应应的的关关系系式式磁阻磁阻电阻电阻磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律电路的欧姆定律电路的欧姆定律磁路的基尔霍夫定律磁路的基尔霍夫定律电路的基尔霍夫定律电路的基尔霍夫定律SlRmlRSmFRREI 0IHl 0IEIR表表 磁路和电路的比较磁路和电路的比较直流铁心线圈电路l 线圈中的直流励磁电流只取决于电源电压和线圈电阻，是不变的。l 直流电磁铁在衔铁吸合过

10、程中气隙是逐渐变小的，磁路中磁阻也逐渐变小。UIR直流铁心线圈的特点直流铁心线圈的特点:（R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）励磁电流是直流，大小方向不变，励磁电流是直流，大小方向不变，磁通也不变，不产生感应电动势磁通也不变，不产生感应电动势直流铁心线圈电路 利用电磁继电器可以实现用低电压、弱电流来控制高电压、强电流的工作；也可以实现远距离操纵和自动控制。汽车电路中常利用继电器达到用小电流来控制大电流的目的，如卸荷继电器、雾灯继电器，起动机继电器、喇叭继电器等。汽车电喇叭则是利用直流电磁铁的通断引发振动产生声音的。常见汽车继电器外形与内部原理常见汽车继电器外形与内部原理 主磁通原理告诉我们:ui

11、对交流铁芯线圈而言，设工作主磁通为：tsinm 可得：交变磁通穿过线圈时，在线圈中感应电压，其值为：m44.4fNU主磁通原理交流铁心线圈电路铁芯损耗 根据电流的热效应原理，涡流通过铁芯时将使铁芯发热，显然涡流增加设备绝缘设计的难度，涡流严重时会造成设备的烧损。在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为涡流。涡流对电涡流对电气设备有气设备有何影响？何影响？为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。(1)磁滞损耗 铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗使铁芯发热。(2)涡流损耗你能

12、说出根据导磁你能说出根据导磁性能的不同自然界性能的不同自然界中物质的分类吗？中物质的分类吗？您能很快说出磁场几您能很快说出磁场几个物理量的单位吗？个物理量的单位吗？能否说出能否说出B B和和H H的区别的区别和联系？和联系？磁通磁通、导磁率、导磁率、磁感、磁感应强度应强度B B和磁场强度和磁场强度H H分别表分别表征了磁路的哪些特征？征了磁路的哪些特征？铁磁物质具有哪些磁铁磁物质具有哪些磁性能？铁芯中存在哪些性能？铁芯中存在哪些损耗？铜和铝能被磁损耗？铜和铝能被磁 化吗化吗？根据工程上用途的根据工程上用途的不同？铁磁性材料不同？铁磁性材料可分为几类？能否可分为几类？能否说出它们的特点和说出它们

13、的特点和用途？用途？变压器是利用变压器是利用电磁感应作用电磁感应作用传递交流电能和交流信号，传递交流电能和交流信号，广泛应用于电力系统和电子电路中，具有广泛应用于电力系统和电子电路中，具有变换电压变换电压、变换电流变换电流和和变换阻抗变换阻抗三大功能。三大功能。电压变换：电力系统电压变换：电力系统 阻抗变换：电子电路中的阻抗匹配阻抗变换：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）电流变换：电流互感器电流变换：电流互感器 1.变压器的基本结构u1i10AXN1N2u20axS用硅钢片叠压制成的变压器铁芯。与电源相接的一次侧绕组。|ZL|与负载相接的二次侧绕组。变压器的主体

14、结构是由铁芯和绕组两大部分构成的。变压器的绕组与绕组之间、绕组与铁芯之间均相互绝缘。变压器的符号变压器的符号Tu20AXaxS|ZL|2.变压器的工作原理u1i10N1N2(1)变压器的空载运行与变换电压原理 计算它们的比值：显然，改变线圈绕组的匝数即可实现电压的变换。且k1时为降压变压器；k1时为升压变压器。kNNNfNfUU21m2m120144.444.4变压比，简称变比有一台小型单相变压器，电源电压U1=220 V，频率f=50HZ，铁心中的最大主磁通m=11.7210-4 Wb。试求：(1)空载电压U20=12 V时，原副绕组各为多少匝？(2)空载电压U20=24 V时，原、副绕组又

15、各为多少匝？N2应改为多少？变压器原绕组的匝数取决于电源电压的大小，由22011846144.444.444.44 50 11.72 10EUNffmm4.4411EfNmAX|ZL|axN2SN1u2u1i1(2)变压器的有载运行与变换电流原理i2磁动势平衡方程磁动势平衡方程1122N IN I根据变压器的工作原理，有根据变压器的工作原理，有（负载运行时）（负载运行时）（空载运行时）（空载运行时）01122N INI 21121INNIK10N I变流比变流比一容量为5kVA的单相变压器，原绕组额定电压U1N=220V，副绕组额定电压U2N=24V，试求原、副绕组额定电流I1N、I2N。因为

16、所以2211SUIUINNNNN500022.712201SNINUN所以(3)变压器的阻抗变换作用AX|ZL|axN2SN1u2u1i1i2 设变压器副边所接负载为|ZL|，原边等效输入阻抗为|Z1|，则有：将变压器的变压比公式和变流比公式代入上式得：11122L IUZIUZ，L222222111ZkIUkkIkUIUZ 上式告诉我们：只要改变变压器的匝数比，即可获得合适的二次侧对一次侧的反射阻抗|Z1|。式中k2称为负载阻抗折算到一次侧时的变换系数。已知某收音机输出变压器的原边匝数为600，副边匝数为30，原边原来接有10的扬声器。现因故要改接成4.9扬声器，问输出变压器的匝数N2应改为

17、多少？收音机电路中，输出变压器所起的作用是：让扬声器阻抗与晶体管的输出端阻抗匹配，以使负荷上获得最大功率，从而驱动喇叭振动发出声音。400)30600()(22212NNk收音机原阻抗变换系数为：400010400)(221LLZNNZ反射阻抗：改换成4.9扬声器后：212NZZLLN即：变压器输出电压u2随负载电流 i2变化的关系称为它的外特性，即：u2U2Ni2I2N0cos(-2)=0.8超前超前cos2=1cos2=0.8滞后滞后3.变压器的外特性u2f（i2）外特性可用右图所示曲线描述。(1)负载为纯电阻性质时，cos=1，输出电压u2随负载电 流i2的增加略有下降；负载的功率因数对

18、变压器的外特性影响很大。(2)负载为感性时，u2随i2的增加下降的程度加大；(3)负载为容性时，输出特性曲线呈上翘状态，说明u2随 i2的增加反而加大。%100%20N220UUUU 变压器外特性变化的程度，可以用电压调整率U%来表示。电压调整率定义为：变压器由空载到额定I2N满载时，副边输出电压u2的变化程度。FeCu PPP4.电压调整率 电压调整率反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。5.变压器的损耗和效率变压器的损耗有铁耗和铜耗：222121CuRIRIP 变压器工作时由于主磁通不变，因此铁损耗也基本维持不变，通常称铁耗为不变损耗；铜耗随负载电流变化，称为可变

19、损耗。%100%100cuFe2212PPPPPP 变压器的效率是指变压器的输出功率P2与输入功率P1的比值，通常百分数表示，即：变压器没有旋转部分，因此效率比较高。控制装置中的小型电源变压器的效率通常在80%以上；电力变压器的效率一般可达95%以上。特殊变压器简介特殊变压器简介1.自耦变压器2.互感变压器3.三相变压器1.自耦变压器(自耦调压器)自耦变压器原理图自耦变压器原理图 自耦变压器一次、二次绕组间不仅有磁的耦合，而自耦变压器一次、二次绕组间不仅有磁的耦合，而且有电的连接。且有电的连接。1122UNKUN12211ININK1iLZ1u2ii2uLZ2u2N1Nbac实验室中单相和三相

20、调压器的实物图额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比，其单位容量所消耗的材料少、变压器的体种小、造价低，而且铜耗和铁耗都小，因而效率较高。自耦调压器的特点由于原、副边共用一个绕组，因此当高压侧遭受过电压时，会波及低压侧，为避免危险，需在自耦变压器的原、副边都装设避雷器。自耦调压器不能当作安全变压器来使用。电压互感器和电流互感器又称为互感变压器，是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。1.与小量程的标准化电表配合测量高电压、大电流；2.使测量回路与被测回路隔离，以保障人员和设备的安全；3.为各类继电保护和控制系统提供控制信号。2.互感变压器使用仪用互感器的目的电压互感器产品

21、图电流互感器产品图L1L2N1N2V 电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。用于将高电压变换成低电压。(1)电压互感器电压互感器示意图电压互感器使用注意事项*电压互感器的副边不允许短路。因为一旦发生短路，副边将产生一个很大的电流，导致原边电流随之激增，由此将烧坏互感器的绕组。*电压互感器的副边应当可靠接地。*电压互感器的副边阻抗不得小于规定值，以减小误差。(1).(1).电流互感器电流互感器电流互感器实物图电流互感器实物图电流互感器原理图电流互感器原理图 1.1.使用时，二次绕组不允许开路，防止产生高压。使用时，二次绕组

22、不允许开路，防止产生高压。（被测大电流）（被测大电流）N1（匝数少（匝数少）N2（匝数多（匝数多）ARi1i2被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N N2 2/N N1 12.2.铁心、低压绕组的一端接地，以防绝缘损坏时发生危险铁心、低压绕组的一端接地，以防绝缘损坏时发生危险(1)电流互感器3.三相变压器n 三相变压器的一次线圈、二次线圈可以分别接成星形（Y）或三角形（）。工厂供电用电力变压器三相线圈常用的联结方式有Yyn和Yd两种。n 符号中的大写字母表示高压线圈的接法，小写字母表示低压线圈的接法。Yyn表示一次线圈为星形，二次线圈为有中线引出的星形联结方法。这种接法常用于车间配电变压器

23、，其优点在于不仅给用户提供三相电源，同时还提供单相电源。通常使用的动力与照明混合供电的三相四线制系统就是采用Yyn联结方式的变压器供电的。Yd联结的变压器一次线圈接成星形，二次线圈接成三角形，主要用在变电站。三相变压器线圈的接法通常标明在它的铭牌上。点火系分类3.3 汽车发动机的点火系统简介点火系统要求传统点火系结构简单，成本低，是一种应用较早、较普遍的点火系。但该点火系工作可靠性差，点火状况受转速、触点技术状况影响较大，需要经常维修、调整。传统点火系电子点火系电子点火系的点火电压和点火能量高，受发动机工况和使用条件的影响小，结构简单，工作可靠，维护、调整工作量小，节约燃油，减小污染，应用日益广泛。磁感应式、霍尔式、光电式、电磁震荡式 点火线圈次级绕阻居内，通常用直径为0.06-0.10mm的漆包线绕11000-26000匝；初级绕阻居外，通常用0.5-1.0mm的漆包线绕230-370匝。绕阻与外壳之间装有导磁钢套并填满沥青或变压器油，以减少漏磁、加强绝缘性并防止潮气侵入。开磁路式点火线圈闭磁路式点火线圈闭磁路点火线圈的铁心是“曰”字形或“口”字形 传统点火系组成、工作原理初级回路 次级回路