電工電子技術(shù)模塊三磁路及電磁器件課件

1、模塊三 磁路及電磁器件 任務(wù)2 變壓器及應(yīng)用任務(wù)3 電磁鐵及繼電器應(yīng)用 任務(wù)1 磁路與電磁感應(yīng) 一、磁場的基本物理量 任務(wù)1 磁路與電磁感應(yīng) 1磁感應(yīng)強(qiáng)度B2磁通量3磁導(dǎo)率圖3-1 直導(dǎo)體周圍的磁場（亨/米） 真空中的磁導(dǎo)率( )為常數(shù)磁導(dǎo)是表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量，則稱為鐵磁材料，則稱為非鐵磁材料相對磁導(dǎo)率：材料的磁導(dǎo)率與真空中的磁導(dǎo)率比值4磁場強(qiáng)度H 磁場強(qiáng)度是計算磁場所用的物理量，其大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。單位：B ：特斯拉：亨/米：安/米圖3-1可知，磁場中X點的磁場強(qiáng)度Hx為1電磁感應(yīng)定律二、電磁感應(yīng)2自感和互感 (1)自感 （2）互感。一個線圈的電流變化在緊靠它的另一個線

2、圈中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象叫做互感。 圖3-2 電感元件上的自感電流、自感電動勢與原電流的方向關(guān)系三、 磁路歐姆定律（一）磁路中的幾個物理量1磁路由鐵芯所限定的磁場稱為磁路 。圖3-9 幾種常見電氣設(shè)備的磁路(a) 變壓器 (b) 電磁鐵 (c) 磁電式電表2磁動勢F=NI單位：安匝3磁阻（二）磁路歐姆定律 磁路中，磁通與磁動勢NI成正比，與磁阻Rm成反比磁路歐姆定律與電路歐姆定律相比存在什么對應(yīng)關(guān)系？列出對應(yīng)表。問題與討論磁路和電路的比較（一）磁路電路磁通INR+_EI磁壓降磁動勢電動勢電流電壓降U基本定律 磁阻磁感應(yīng)強(qiáng)度安培環(huán)路定律磁 路IN歐姆定律電阻電流強(qiáng)度基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電流定

3、律磁路與電路的比較 (二)電 路R+_EI四、鐵磁材料1、鐵磁材料的磁性能（1）高導(dǎo)磁性（2）磁飽和性圖3-5 鐵磁材料的磁化圖3-4 磁化曲線（3）磁滯性當(dāng)給鐵磁材料加上一個交變的外磁場時，鐵磁材料在磁場中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于磁場強(qiáng)度H的變化圖3-5 鐵磁材料的磁滯回線2、鐵磁材料的分類1軟磁材料2硬磁材料3矩磁材料3、磁滯損耗和渦流損耗（1）磁滯損耗。鐵磁材料在反復(fù)磁化過程中的能量（2）渦流損耗。渦流會使鐵芯發(fā)熱，并消耗能量，其功率損耗即是。圖3-10 渦流 （a） 渦流 （b） 減小渦流五、霍爾式信號發(fā)生器圖1-34 霍爾效應(yīng)的原理 1、霍爾效應(yīng)將一小

4、塊N型鍺晶片兩端通電流，放置在磁場（磁場方向垂直于電流方向）中，則在垂直于I和B的方向上將產(chǎn)生一個與I和B的乘積成正比的電壓UH UH=KHIB 其中KH為霍爾元件靈敏度參數(shù)。從上式可知，當(dāng)通過基片（基片的厚度一定）的電流I為定值時，霍爾電壓只與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)。利用此可制成汽車上的轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸位置傳感器、桑塔納汽車點火系中的霍爾信號發(fā)生器。2、霍爾式信號發(fā)生器（1）霍爾式點火信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)。如圖3-12所示為霍爾式分電器結(jié)構(gòu)示意圖，霍爾信號發(fā)生器裝在其內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖3-13所示。圖3-12 霍爾式分電器結(jié)構(gòu)圖1-分電器蓋；2-防塵罩；3-分火頭；4-觸發(fā)葉輪；5-觸發(fā)開關(guān)；6-分電器殼

5、體；7-真空提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圖3-13 霍爾式點火信號發(fā)生器1-觸發(fā)葉輪（與分火頭制成一體）；2-霍爾集成塊；3-帶導(dǎo)磁板的永久磁鐵；4-信號觸發(fā)開關(guān)托盤（2）霍爾式點火信號發(fā)生器的工作原理霍爾電壓UH的產(chǎn)生 圖3-14 霍爾式點火信號發(fā)生器的工作原理（a）觸發(fā)葉片進(jìn)入空氣隙中 （b）觸發(fā)葉片離開空氣隙1-觸發(fā)葉輪的葉片；2-霍爾集成塊；3-永久磁鐵；4-霍爾傳感器；5-導(dǎo)磁板（2）霍爾信號發(fā)生器的輸出信號UG圖3-15 霍爾信號集成塊的原理框圖UH霍爾電壓；UG霍爾信號發(fā)生器輸出電壓信號圖3-16 霍爾式電子點火系工作波形圖a）霍爾元件磁通密度B的變化；b）霍爾電壓UH；c）霍爾信號發(fā)生器輸出信

6、號UG；d）點火線圈初級電流I1；e）點火線圈二次電壓U2六、磁感應(yīng)式信號發(fā)生器1磁感應(yīng)式點火信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)磁感應(yīng)式點火信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)見圖3-17和3-18所示信號發(fā)生器一般安裝在分電器的底板上，由信號觸發(fā)轉(zhuǎn)子、感應(yīng)線圈（繞在鐵芯上）、永久磁鐵等組成1-信號觸發(fā)轉(zhuǎn)子；2-感應(yīng)線圈；3-永久磁鐵2點火信號發(fā)生器的工作原理磁路是：永久磁鐵N極空氣隙信號轉(zhuǎn)子空氣隙鐵芯（通過感應(yīng)線圈）永久磁鐵S極。圖3-19 磁脈沖點火信號發(fā)生器工作原理圖（a）靠近 （b）對正 （c）離開1-信號觸發(fā)轉(zhuǎn)子；2-感應(yīng)線圈；3-銜鐵；4-永久磁鐵；5-分電器軸當(dāng)發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)1圈，凸輪軸轉(zhuǎn)1圈，信號轉(zhuǎn)子由凸輪軸帶動轉(zhuǎn)1圈

7、時，信號發(fā)生器會產(chǎn)生4個周期的交變信號（圖中只有2周期），將其送給點火控制器，點火控制器就會控制點火線圈初級電路通4次，斷4次，在次級產(chǎn)生4次高壓電，由分電器的配電器配送給各缸火花塞，4個氣缸輪流各點火一次。圖3-20 傳感線圈內(nèi)磁通與感應(yīng)電動勢變化情況結(jié)構(gòu):霍爾曲軸位置傳感器由永久磁鐵、信號轉(zhuǎn)子和感應(yīng)線圈等組成。補(bǔ)充應(yīng)用舉例:霍爾曲軸位置傳感器作用:檢測發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角和活塞上止點信號. 發(fā)動機(jī)曲軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)中最主要的傳感器，是控制噴油時刻和點火時刻不可缺少的信號源，一般制成一體。任務(wù)2 變壓器及其應(yīng)用變壓器功能：變電壓：電力系統(tǒng) 變阻抗：電子電路中的阻抗匹配 （如喇叭

8、的輸出變壓器） 變電流：電流互感器 發(fā)電廠1.05萬伏輸電線22萬伏升壓變電站1萬伏降壓儀器36伏降壓實驗室380 / 220伏降壓一、單相變壓器的結(jié)構(gòu)圖3-12 變壓器的結(jié)構(gòu)形式及圖形符號 二、變壓器的工作原理1變壓器的空載運行變壓器原線圈接上額定的交變電壓u1，副線圈開路不接負(fù)載（開路i2=0），這種狀態(tài)稱為空載運行 圖3-13 變壓器的空載運行 K為變比當(dāng)K1時,變壓器為降壓變壓器；當(dāng)K1時，為升壓變壓器。2變壓器負(fù)載運行（1）變壓器負(fù)載運行時初、次級的電壓關(guān)系 圖3-14 變壓器的負(fù)載運行 （2）變壓器負(fù)載運行時初、次級的電流關(guān)系結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比【課堂互動】變壓器能變換功

9、率嗎？3.變壓器的阻抗變換作用圖3-15 變壓器的阻抗變換 結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變比的平方。 額定電壓 變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組允 許的電壓值。 額定電流 變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電流值。 額定容量 傳送功率的最大能力。（理想）三、變壓器的額定值（以單相變壓器為例） 4額定頻率fN額定頻率fN是指變壓器初級繞組應(yīng)接入的電源電壓的頻率。我國電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。5變壓器的損耗和效率（1）變壓器的損耗 變壓器主要有兩部分損耗：鐵損耗PFe和銅損耗PCu。變壓器鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗稱為鐵損耗。電流通過繞組時功率損耗稱為銅損耗 。（2）

10、變壓器的效率 四、幾種特殊的變壓器1、自耦變壓器圖3-26 自耦調(diào)壓器2、電流互感器1）電流互感器結(jié)構(gòu)和原理（a） （b）圖 電流互感器（a）電流互感器外形 （b）電流互感器接線圖及符號2 ）使用注意事項：（1） 副邊不能開路，以防產(chǎn)生高電壓；（2） 鐵心、低壓繞組的一端 接地，以防在絕緣損壞時，在副邊出現(xiàn)過壓。圖3-29 鉗形電流表測量狀態(tài)及結(jié)構(gòu)原理圖 3）鉗形電流表（電流互感器的一種變形）4）脈沖變壓器 脈沖變壓器是用來變換脈沖電壓的，其作用是將輸入的脈沖電壓（不連續(xù)變化的電壓）經(jīng)變壓器變換后，輸出的脈沖電壓波形失真盡可能地小，這是其最基本的要求。 五、變壓器的計算RsRL信號源設(shè)：信號電

11、壓的有效值:U1= 50V;信號內(nèi)阻：Rs=100 ;負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等 效電阻：RL=8。求：負(fù)載上得到的功率解：（1）將負(fù)載直接接到信號源上，得到的輸出功 率為： 揚(yáng)聲器上如何得到最大輸出功率。Rs（2）將負(fù)載通過變壓器接到信號源上。輸出功率為：設(shè)變比 則：結(jié)論：由此例可見加入變壓器以后，輸出功率提高了 很多。原因是滿足了電路中獲得最大輸出的條 件（信號源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。六、汽車上使用的變壓器1點火線圈圖3-31 點火線圈的磁路（a）開磁路點火線圈的磁路 (b) 閉磁路點火線圈的磁路1-磁力線；2-鐵心；3-初級繞組；4-次級繞組；5-導(dǎo)磁鋼片；6-空氣隙（2）點火線圈產(chǎn)生高壓的原

12、理圖3-32 電子點火系的工作原理圖1-點火信號發(fā)生器；2-交變點火觸發(fā)信號；3-點火控制器；4-初級繞組；5-次級繞組；6-火花塞圖3-20 差動變壓器式進(jìn)氣壓力傳感器示意圖1真空膜盒；2進(jìn)氣歧管；3感應(yīng)線圈的一次繞組；4鐵芯；5-感應(yīng)線圈的二次繞組 差動變壓器是一種開磁路互感式電感傳感器，由于其感應(yīng)線圈具有兩個接成差動結(jié)構(gòu)的繞組組成，所以又叫差動變壓器 2基于變壓器原理的傳感器3脈沖變壓器在汽車上應(yīng)用圖3-21 電容儲能式電子點火系的原理圖1直流升壓器；2晶閘管；3點火線圈；4分電器；5火花塞；6儲能電容器任務(wù)3 電磁鐵及繼電器 應(yīng)用 一、電磁鐵 1電磁鐵的結(jié)構(gòu)常見的電磁鐵結(jié)構(gòu)形式有馬蹄式

13、、拍合式和螺管式，如圖3-22所示 圖3-35 電磁鐵的幾種結(jié)構(gòu)形式(a) 馬蹄式 (b) 拍合式 (c) 螺管式按照勵磁電流種類的不同，電磁鐵可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩種。 二、繼電器1繼電器的類型常用的種類有：電磁式、干簧式。 2繼電器的結(jié)構(gòu)（1）電磁式繼電器圖3-36 電磁式繼電器結(jié)構(gòu)和符號（a）結(jié)構(gòu) (b)符號圖3-37 干簧式繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖（2）干簧式繼電器圖 汽車上常見繼電器的外形與內(nèi)部原理3常用繼電器的符號4選用繼電器時的注意事項（1）繼電器的額定工作電壓應(yīng)小于或等于控制電路（繼電器所在電路）的工作電壓。 （2）觸點負(fù)荷的選擇。加在觸點上的電壓和電流值不應(yīng)超過該繼電器的觸點負(fù)荷。（3）繼電器的體積應(yīng)根據(jù)電路來選擇。（4）觸點的數(shù)量和種類，同一種型號的繼電器一般有多種觸點的形式可供選用，使用時要充分利用各組觸點。5繼電器在汽車上的典型應(yīng)用圖3-27 電喇叭的應(yīng)用電路1觸點臂；2電磁線圈；3喇叭按鈕；4蓄電池；5觸點；6電喇叭1、觸點式電壓調(diào)節(jié)器圖 FT-61型雙級觸點式電壓調(diào)節(jié)器與發(fā)電機(jī)接線圖1低速觸點支架；2活動觸點臂；3電磁線圈；4拉力彈簧；5磁軛；6電刷；7滑環(huán)；8勵磁繞組；9三相定子繞組；10點火開關(guān)；S點火接線柱；F磁場接線柱；R1加速電阻(1)；R3調(diào)節(jié)電阻（8.5）；