汽車電子技術(shù)單元2----電與磁課件

1、第一節(jié) 磁、磁場的基本知識(shí)磁性：能吸引鐵、鎳、鈷等金屬或它們的合金的性質(zhì)叫 磁性。磁體：具有磁性的物體叫磁體。磁體分天然磁體（如吸 鐵石）和人造磁體兩大類。常見的人造磁體有條 形、蹄型和針形等幾種，如圖2-1所示。磁極：磁體上磁性最強(qiáng)的部位叫磁極。任何磁體都有兩 個(gè)磁極，而且無論怎樣把磁體分割，磁體總保持 兩個(gè)磁極。圖2-1 人造磁體磁力：磁極間的相互作用力叫磁力，磁極間相互作用的規(guī)律是：同性相斥， 異性相吸，如圖2-2所示。磁化：原來沒有磁性的鐵磁物質(zhì)，放在磁鐵旁邊會(huì)獲得磁性，叫磁化。剩磁：被磁化的鐵磁物質(zhì)遠(yuǎn)離磁鐵后仍保留一定的磁性，叫剩磁。磁場：磁體周圍存在一種特殊物質(zhì)，它具有力和能的特性

2、。當(dāng)另一磁體或通 電導(dǎo)體置入該空間時(shí)，就要受到磁力的作用，人們通常把這個(gè)磁力空 間叫磁場。磁感應(yīng)線：是為形象描述磁場的強(qiáng)弱和方向而引入的互不交叉的閉合假想曲 線。圖2-2 磁極作用示意圖圖2-3 磁感應(yīng)線第二節(jié) 電流的磁場一、通電直導(dǎo)體的磁場圖2-4 通電直導(dǎo)體的磁場 通電直導(dǎo)體周圍各點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱與導(dǎo)體中的電流大小成正比，與該點(diǎn)距導(dǎo)體的垂直距離成反比。通電導(dǎo)體磁場的方向與導(dǎo)線中電流的流動(dòng)方向有密切的關(guān)系，并且有一定的規(guī)律，這個(gè)規(guī)律稱為右手定則，又稱右手螺旋定則，即用右手握住導(dǎo)體，用大拇指指向電流方向，則四指彎曲的方向就是磁場方向。二、通電線圈的磁場圖2-5 通電線圈的磁場圖2-6 錄音磁頭錄音

3、示意圖 通電線圈磁場的強(qiáng)弱，不僅與線圈的電流大小有關(guān)，而且還與線圈的匝數(shù)有關(guān)，即與線圈的電流和匝數(shù)的乘積成正比。通電線圈磁場的方向可用右手螺旋定則確定：右手握住線圈，用彎曲的四指表示電流方向，則拇指所指的方向就是磁場方向，第三節(jié) 磁場的基本物理量一、磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁感應(yīng)強(qiáng)度是定量描述磁場中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向的物理量，用符號(hào)B表示，單位為“特斯拉”（T）。如果僅描述磁場中某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的定義式為 B=F/IL F通電導(dǎo)體受到的作用力，單位為牛頓，簡稱為牛（N） I導(dǎo)體中的電流（A）； L導(dǎo)體在磁場中的有效長度（m） B磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位是特斯拉（T）或韋伯/米2（Wb/m2）。 磁感

4、應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場方向，即該點(diǎn)磁感應(yīng)線的切線方向。在均勻磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向都是相同的，所畫的磁感應(yīng)線是一組分布均勻的平行直線。二、磁通量磁通：磁感應(yīng)強(qiáng)度B和與它垂直方向的某一截面積S的乘積。用符號(hào)表示。在均勻磁場中，B是常數(shù)，則磁通量的計(jì)算式為 =BSB磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）；S面積（m2）； 磁通的單位就是韋伯（Wb），簡稱韋。由上式可得 B=/S 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小就是垂直穿過單位面積上的磁通量（或說磁感應(yīng)線數(shù)），所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度，簡稱磁密。 磁通是標(biāo)量，只有大小沒有方向。 如果在均勻磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B不與面積S垂直，而是有一個(gè)傾斜角度，如圖2-8所示，把與面積S垂

5、直的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的分量（Bm=Bsin）代人式=BS，可得到磁通量的一般公式為 =BSsin三、磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率是表征媒介質(zhì)磁化性質(zhì)的物理量，又稱磁導(dǎo)系數(shù)，用符號(hào)表示，單位是亨/米（H/m)。不同的媒介質(zhì)，磁導(dǎo)率是不同的。磁導(dǎo)率大的媒介質(zhì)導(dǎo)磁能力強(qiáng)；磁導(dǎo)率小的媒介質(zhì)導(dǎo)磁能力差。但在實(shí)際應(yīng)用中，人們并沒有直接給出各種媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率，而是給出其與真空磁導(dǎo)率的比值，稱相對(duì)磁導(dǎo)率，常用符號(hào)r表示 , 即 r=/o式中 磁介質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率 o真空中的絕對(duì)磁導(dǎo)率。 實(shí)驗(yàn)測得：o =410-7H/m。從上式可以看出，相對(duì)磁導(dǎo)率是一個(gè)沒有單位的數(shù)，其物理意義是：在其他條件相同的情況下，媒介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與真空

6、中磁感應(yīng)強(qiáng)度的倍數(shù)關(guān)系。 自然界中絕大多數(shù)物質(zhì)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響甚微。依據(jù)各種物質(zhì)磁導(dǎo)率的大小，可將物質(zhì)分為三類：第一類反磁物質(zhì)，這類物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率稍小于1（0.999995-0.999997），如銅、銀、石墨等。第二類順磁物質(zhì)，這類物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率稍大于1（1.000003-1.000004），如空氣、氧、鉛、鋁等。第三類稱為鐵磁物質(zhì)，這類物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 1，如鑄鐵、鑄鋼、硅鋼片、坡莫合金、鈷、錳鋅鐵氧體等。四、磁場強(qiáng)度 磁場強(qiáng)度用符號(hào)H表示，磁場強(qiáng)度的大小等于磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率的比值，即H=B/=B/r0 B磁感應(yīng)強(qiáng)度（T） 媒介質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率（H/m）；

7、 H磁場強(qiáng)度，單位是安/米（A/m）。 磁場強(qiáng)度H是一個(gè)矢量，它在磁場中某點(diǎn)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度在這一點(diǎn)的方向一致。五、鐵磁材料簡介1、鐵磁材料的磁性能 鐵磁材料具有高導(dǎo)磁性、磁飽和性和磁滯性。2、鐵磁材料的分類 根據(jù)不同鐵磁材料的特點(diǎn)，可把鐵磁材料分為三大類。 （1）軟磁材料 軟磁材料的特點(diǎn)是磁導(dǎo)率很大，容易磁化，也容易去磁。 （2）硬磁材料 硬磁材料的特點(diǎn)是不易磁化，也不易去磁。 （3）矩磁材料 矩磁材料的特點(diǎn)是在很小的外磁場作用下，就能磁化并達(dá)到飽和；外磁場去掉后，磁性不變。第四節(jié) 電磁力 電磁力大小與導(dǎo)體有效長度 L、磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B及通過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度I成正比,即F=BIL。 通電直導(dǎo)

8、體在磁場中所受作用力的方向，可用左手定則判定。判定時(shí)，將左手伸開，使拇指與四指垂直，讓磁感應(yīng)線穿過掌心，四指朝向?qū)w電流的方向，大拇指所指的方向就是導(dǎo)體受力（安培力）方向。圖2-10 左手定則一、磁場對(duì)通電導(dǎo)體的作用1、磁場對(duì)通電直導(dǎo)體的作用 在均勻磁場中，通電導(dǎo)體所受到的安培力 F 的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)體中的電流I、磁場中導(dǎo)體的有效長度L以及導(dǎo)體與磁感應(yīng)線之間的夾角的正弦成正比，即 F=BILsin B磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）；I通過導(dǎo)體的電流（A）；L導(dǎo)體在磁場中的有效長度（m）；導(dǎo)體與磁場方向間的夾角（rad）； F通電導(dǎo)體所受到的安培力（N）。 當(dāng)導(dǎo)體與磁感應(yīng)線方向垂直時(shí)，即=90，sin

9、=l，導(dǎo)體受力BIL為最大；當(dāng)導(dǎo)體與磁感應(yīng)線方向平行時(shí)，=0，sin=0，導(dǎo)體不受力作用，F(xiàn)=0。2、磁場對(duì)通電線圈的作用圖2-12 磁場對(duì)通電線圈的作用示意圖 由于ab和cd與磁感應(yīng)線在同一平面，所受到的安培力為零；而ad和bc與磁感應(yīng)線垂直，所受到的安培力最大。兩條邊受到安培力的大小和方向如下： ad邊導(dǎo)體：F1=BIL1方向垂直ad向上； bc邊導(dǎo)體：F2=BIL2方向垂直bc向下。 F1和F2大小相等、方向相反，且不在一條直線上，因而形成一對(duì)力偶。對(duì)OO軸而言，這對(duì)力偶產(chǎn)生了力偶矩，使線圈繞OO 軸作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩大小為 M=F1ab/2+F2ab/2=F1ad=BIL1L2=B

10、IS 當(dāng)線圈平面 S 轉(zhuǎn)過一個(gè)角度后（如圖2-12b所示），線圈受到的轉(zhuǎn)矩為 M=BIScos式中 B磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）； I通過導(dǎo)體的電流（A）； S線圈的平面面積（m2）； M線圈受到的電磁轉(zhuǎn)矩，單位是牛米（Nm）。 當(dāng)線圈平面與磁感應(yīng)線平行=0時(shí)，cos=1，線圈受到的轉(zhuǎn)矩最大，即M=BIS；當(dāng)線圈平面與磁感應(yīng)線垂直=90時(shí)。cos=0，線圈受到的轉(zhuǎn)矩為零，即M=0?？梢?，通電線圈在磁場中，磁場總要使線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感應(yīng)線相垂直的位置上。 如果線圈的匝數(shù)為N，則線圈受到的電磁轉(zhuǎn)矩為 M=NBIScos二、電磁力在汽車上的應(yīng)用如圖2-13所示為汽車上裝用的動(dòng)磁式電流表的結(jié)構(gòu)原理圖，黃銅導(dǎo)電板

11、固定在絕緣底板上，兩端與接線柱相連，中間夾有磁軛，與導(dǎo)電板固裝在一起的轉(zhuǎn)軸上裝有指針和永久磁鐵轉(zhuǎn)子組件。圖2-13 動(dòng)磁式電流表的結(jié)構(gòu)原理圖三、霍爾效應(yīng) 如圖2-14所示，把一塊厚為d的半導(dǎo)體薄片放在磁場中。如果在薄片的縱向上通入一定的控制電流I，那么在薄片的橫向兩端就會(huì)出現(xiàn)一定的電勢差UH。這一現(xiàn)象就叫做霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢差叫做霍爾電壓。圖2-14 霍爾效應(yīng)示意圖圖2-17 霍爾半導(dǎo)體的固定圖2-18 霍爾電壓產(chǎn)生的原理 霍爾半導(dǎo)體固定在陶瓷支座上，它有4個(gè)電接頭，電源由A，B端輸入，霍爾電壓由C，D端輸出。該片的對(duì)面裝有一個(gè)永久磁體，它和霍爾半導(dǎo)體之間留有一定的空氣間隙（氣隙）。傳感器轉(zhuǎn)子

12、由分電器軸驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上有和氣缸數(shù)目相同的葉片。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)入磁極和霍爾基層之間的氣隙時(shí)，磁場通過霍爾基層，其C，D端產(chǎn)生霍爾電壓。如圖2-18所示。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)入磁極和霍爾基層之間的氣隙時(shí)，磁感應(yīng)線被隔斷，不能通過霍爾基層，使霍爾電壓下降為0。在分電器轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中，傳感器輸出和氣缸數(shù)目相同個(gè)數(shù)的矩形電壓脈沖信號(hào)。通常將脈沖信號(hào)的下降沿作為活塞到達(dá)上止點(diǎn)的基準(zhǔn)信號(hào)（Ne 信號(hào)）。第五節(jié) 電磁感應(yīng)一、直導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢1、感應(yīng)電動(dòng)勢的方向 作切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體，其產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的方向可由右手定則來確定：平伸右手，拇指與四指垂直，讓磁感應(yīng)線垂直穿過掌心，拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，四指所指方向就是感應(yīng)電

13、動(dòng)勢的方向（或感應(yīng)電流的方向），如圖2-20所示。圖2-20 右手定則2、感應(yīng)電動(dòng)勢的大小 感應(yīng)電動(dòng)勢e的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體的有效長度L，導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度以及導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)線之間夾角的正弦值成正比 , 即 e=BLsin式中 B磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）；L導(dǎo)體有效長度（m）； 導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速度（m/s）；e感應(yīng)電動(dòng)勢（V）。 由上式可知當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)線垂直=90時(shí)。sin=1，e=BL為最大。當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)線平行=0時(shí)。sin=0，e=0為最小。二、線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢1、感應(yīng)電動(dòng)勢的方向 當(dāng)線圈中的磁通發(fā)生變化時(shí)，線圈中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的新磁場總是阻礙原來的磁場變化，這個(gè)規(guī)律

14、就稱為楞次定律。 根據(jù)楞次定律 , 判定感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流的方向： （1）首先判定原磁通的方向和變化趨勢（增大或減小）。 （2）根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流產(chǎn)生新磁場的方向。 （3）根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向，用右手螺旋定則確定感應(yīng)電流的方向，感應(yīng)電動(dòng)勢的方向與感應(yīng)電流的方向一致。 在圖2-22a中，條形磁鐵自上而下插入線圈時(shí)，線圈中的磁量要增加。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向與磁鐵的磁通方向相反，因此感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通自下而上，由右手螺旋定則可確定感應(yīng)電流的方向?yàn)樽宰笙蛴伊鬟^檢測計(jì)。 在圖2-22b中，條形磁鐵要撥出時(shí)，自上而下流入線圈中的磁通量在減少。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通與

15、磁鐵的磁通方向一致，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通為自上而下流入，由右手螺旋定則可確定感應(yīng)電流的方向?yàn)樽杂蚁蜃罅鬟^檢流計(jì)。圖2-22 磁鐵插入或拔出線圈時(shí)感應(yīng)電流的方向2、感應(yīng)電動(dòng)勢的大小 法拉第通過大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出：線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與線圈中磁通量的變化快慢（即變化率）和線圈的匝數(shù)N的乘積成正比。通常把這個(gè)規(guī)律叫法拉第電磁感應(yīng)定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中 N線圈的匝數(shù)； 匝線圈的磁通變化量（Wb）； 磁通變化所需要的時(shí)間（s）； N匝線圈磁通變化量（Wb）；E感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值（V）。 上式中，負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通總是企圖阻止原來磁通的變化，感應(yīng)電動(dòng)勢的方向總是和磁通變化的趨勢相反。實(shí)際中判斷感

16、應(yīng)電動(dòng)勢的方向還是用楞次定律，上式只是用來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢的大小。三、自感 1、自感現(xiàn)象 A，B是完全相同的兩個(gè)燈泡，L為鐵心線圈，R為電阻。當(dāng)合上開關(guān)時(shí)，B燈立即正常發(fā)光，而A燈卻是逐漸變亮。這是什么原因呢？我們知道，當(dāng)合上開關(guān)電流流入線圈時(shí)，該電流將產(chǎn)生一個(gè)左端為N極、右端為S極的磁場。由楞次定律知，這個(gè)增大的磁通會(huì)在線圈中引起感應(yīng)電動(dòng)勢，而感應(yīng)電動(dòng)勢又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)左端為S極、右端為N極的磁通來阻礙原磁通的變化。根據(jù)安培定則可判別出感應(yīng)電流的方向與原流進(jìn)線圈電流的方向相反。因此流進(jìn)線圈的電流不能很快上升，A燈也只能慢慢變亮。自感實(shí)驗(yàn)電路自感實(shí)驗(yàn)電路 當(dāng)合上開關(guān)燈泡正常發(fā)光后，線圈中也有電流流過

17、，其方向從左到右。若突然把開關(guān)斷開，燈泡會(huì)先閃亮一下再熄滅。這是由于斷開開關(guān)后因失去外電源，線圈的電流及磁通也就突然減小，于是線圈中就要產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢來阻礙原磁通的減小。由楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向與原電流的方向相同。由于感應(yīng)電動(dòng)勢一般都較高，則流過燈泡的感應(yīng)電流就較大，從而使燈泡突然明亮地閃光。2、自感系數(shù) 自感系數(shù)是用來描述線圈產(chǎn)生自感磁通本領(lǐng)的物理量,線圈中的磁通量與產(chǎn)生該磁通的電流i的比值叫自感，又叫電感，用符號(hào)L表示。即 L=/i當(dāng)線圈外電流為i時(shí)所產(chǎn)生的自感磁通（Wb）；i流過線圈的外電流（A）；L線圈的電感，單位是亨（H）。 由上式看出，電感是表示線圈中通過單位外電流所產(chǎn)生

18、的自感磁通。電感越大，表示線圈通過單位外電流時(shí)產(chǎn)生自感磁通的本領(lǐng)越大。 電感的大小與線圈的匝數(shù)、形狀、大小及周圍磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)。3、自感電動(dòng)勢大小 自感電動(dòng)勢的大小，可由法拉第電磁感應(yīng)定律得把式L=/I代入上式，且L為常數(shù)時(shí)，有式中：i線圈中外電流在內(nèi)的變化量（A）； t線圈中外電流變化所用的時(shí)間（s）； L線圈的自感（H）； eL自感電動(dòng)勢（V）。4、自感電動(dòng)勢方向 自感電動(dòng)勢的方向,盡管可用愣次定律來判定，但是，判定自感電動(dòng)勢的方向，有個(gè)特殊的規(guī)律：自感電動(dòng)勢的方向只與通過線圈本身的電流i的方向及其變化趨勢有關(guān)，與線圈的繞向無關(guān)，即當(dāng)電流i增大時(shí)，自感電動(dòng)勢與i的方向相反，當(dāng)電流i減小

19、時(shí)，自感電動(dòng)勢與i的方向相同。因此，在判定自感電動(dòng)勢的方向時(shí)，就無需知道線圈的繞向，而只要知道通過線圈中電流的方向及其變化趨勢（增大或減?。?，就可以立即判定出自感電動(dòng)勢的方向。圖2-24 自感電動(dòng)勢的方向5、自感電動(dòng)勢的應(yīng)用（1）日光燈電路圖2-25 日光燈電路圖2-26 電感鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)圖2-27 啟輝器的結(jié)構(gòu)（2）汽車點(diǎn)火線圈圖2-28 汽車點(diǎn)火電路原理圖1二次線圈 2一次線圈 3鐵心 4觸電 5凸輪四、互感1、互感現(xiàn)象 所謂互感現(xiàn)象，就是由一個(gè)線圈中的電流變化引起另一個(gè)線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象叫互感。由互感產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢稱互感電動(dòng)勢。 我們把由互感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫互感電動(dòng)勢，用符號(hào)eM表示。圖2-29 互感實(shí)驗(yàn)電路圖2-30 互感電路2、互感電動(dòng)勢的大小 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有 式中 N2 線圈2的匝數(shù)； i在線圈2中產(chǎn)生