《汽车电工电子教学课件 PPT 作者 吕玫 第3章 磁路和铁芯线圈电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车电工电子教学课件 PPT 作者 吕玫 第3章 磁路和铁芯线圈电路（112页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 磁路和铁芯线圈电路,3.1 磁路和铁磁性材料,3.1.1 磁场的基本物理量 3.1.2 铁磁性材料 3.1.3 汽车中的霍尔元件,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3-1 磁路示意图,3.1.1 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）,图3-2 载流导体受电磁力作用,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,图3-3 直导
2、体周围的磁场,3.1.2 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3-4 B = f（H）磁化曲线,图3-5 磁滞回线,（2）磁滞回线磁滞性,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,图3-6 铁磁性材料分类,3.1.3 汽车中的霍尔元件,1霍尔效应和霍尔元件,图3-7 霍尔效应,霍尔电压为 （3-7） 式中，KH霍尔元件灵敏度，大小由霍尔元件的半导体材料及几何尺寸决定。,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
3、。,图3-8 霍尔元件结构及基本检测电路,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,图3-9 霍尔式曲轴位置传感器 1霍尔元件 2磁极 3转子叶片,3.2.1 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,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,式中，Um磁路的磁位差，单位为安培（
4、A），Um = Hl； Rm磁路的磁阻，单位为1/亨（1/H）， 。,3.2.2 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）,(Hl)=(NI) =(F) （3-10） 式中，NI磁路的磁动势（F），单位为安培（A）； Hl磁位差Um。,2基尔霍夫磁位差定律,图3-11 基尔霍夫磁位差定律,【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3-12 无分支磁路,表3-1 磁路与电路对照表,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
5、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感应点火信号发生器,图3-13 磁感应式点火信号发生器 1信号转子 2永久磁铁 3铁芯 4磁通 5传感线圈 6空气隙,图3-14 信号转子旋转的3个不同状态 1信号转子 2传感线圈 3铁芯 4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。,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,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,
6、图3-16 铁芯线圈电路,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,（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,图3-17 涡流,图3-18 = f（i）曲线,图3-19 电磁铁的结构 1铁芯 2线圈 3衔铁,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,1直流电磁铁,直流电磁铁的励磁电流是直流。 F =
7、4B02S 105 （3-21）,Fav = 2Bm2S 105 （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。,图3-20 交流电磁铁的短路环,表3-2 直流电磁铁和交流电磁铁的比较,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。,图3-21 汽车电控燃油喷射系统中的喷油器,图3-22 开关式电磁阀 1计算机 2铁芯
8、线圈 3衔铁 4阀球 5泄油孔 6主油道 7控制油道,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 3.4.3 仪表用互感器 3.4.4 变压器技术参数,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。,3.4.1 单相变压器的基本结构,图3-23 单相变压器结构,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,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
9、或次级绕组。 根据两侧绕组匝数的不同，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,3.4.2 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。,图3-24 单相变压器的空载运行示意图,图3-26所示为单相变压器的负载运行示意图。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，
10、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,图3-25 变压器绕组的同名端,图3-26 单相变压器的负载运行示意图,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3-27 变压器的阻抗变换,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,图3-28 变压器效率特性曲线,3.4.3 仪表用互感器,1电压互感器,图3-29 电压互感器的外形和原理图,图
11、3-30 电流互感器的外形和原理图,2电流互感器,3.4.4 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。,额定电流是根据变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）,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）,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）,【例
12、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、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？,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,3.5.1 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。,蓄电池正极线直接与各用电设备连
13、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,图3-32 汽车电电路特点分析（制动灯监视电路） 1熔断器 2制动踏板 3制动灯开关 4干簧管继电器 5监视指示灯 6制动灯,电源到用电设备只用一根导线连接，用电设备的另一端也就近搭铁。,3单线并联,3.5.2 继电器,1电磁式继电器,电磁式继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制电气执行元件。,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,图3-33 常用电磁式继电器
14、的图形符号,图3-34 几种常见插接式继电器的外形示意图,在图3-35（c）中继电器线圈得电，动合触点（87-88a）闭合，动断触点（87-87a）断开。图3-32（b）、（d）中的二极管和电阻都是起保护继电器作用。,图3-35 几种常见插接继电器的内部结构及插座插脚布置图,图3-36 干簧式继电器外形、图形符号及工作原理,3.5.3 汽车继电器电路分析,1扬声器继电器电路,图3-37 汽车扬声器继电器电路 1触点臂 2线圈 3按钮 4触点 5支架 6扬声器 7蓄电池,图3-38 单线圈式蓄电池继电器结构示意图 1回位弹簧 2动触点 3静触点 4励磁线圈 5动铁芯 6静铁芯,2蓄电池继电器电路
15、,电磁式电源总开关亦称蓄电池继电器。其结构有单线圈式和双线圈式两种。,图3-39 单线圈式蓄电池继电器控制电路 1主触点 2单线圈式电源开关 3蓄电池 4开关 5线圈,图3-40 双线圈式蓄电池继电器结构示意图 1弹簧 2切换拨片 3动触点 4动断触点 5静触点 6吸拉线圈 7保位线圈 8动铁芯 9静铁芯,图3-41 双线圈式蓄电池继电器控制电路 1主触点 2续流二极管 3蓄电池 4开关 5吸拉线圈 6动断触点 7保位线圈,3.6汽车点火线圈和传统点火系统工作过程,3.6.1 点火线圈 3.6.2 传统点火系统,3.6.1 点火线圈,1点火线圈的分类,点火线圈按冷却方式不同分为沥青式、油浸式和
16、气冷式；按有无附加电阻可分为带附加电阻型和不带附加电阻型；按接线柱的多少可分为两接柱式和三接柱式；按铁芯形状不同可分为开磁路式和闭磁路式；按功能差异可分为普通型和高能型。,点火线圈的内部结构如图3-47所示，主要由铁芯、一次侧与二次侧绕组、壳体及附加电阻等组成。,2传统点火线圈开磁路点火线圈,图3-47 点火线圈的内部结构 1绝缘座 2铁芯 3二次侧绕组 4一次侧绕组 5导磁钢套 6外壳 7接线柱（接断路器）8胶木盖 9高压线接头 10接线柱（接附加电阻及短路开关） 11接线柱（接电源、附加电阻及短路开关） 12附加电阻,图3-48 开磁路点火线圈的磁路 1磁力线 2铁芯 3一次侧绕组 4二次侧绕组 5导磁钢片,3
