电工电子技术模块三磁路及电磁器件课件

1、模块三 磁路及电磁器件 任务2 变压器及应用任务3 电磁铁及继电器应用 任务1 磁路与电磁感应 一、磁场的基本物理量 任务1 磁路与电磁感应 1磁感应强度B2磁通量3磁导率图3-1 直导体周围的磁场（亨/米） 真空中的磁导率( )为常数磁导是表征各种材料导磁能力的物理量，则称为铁磁材料，则称为非铁磁材料相对磁导率：材料的磁导率与真空中的磁导率比值4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和导磁率之比。单位：B ：特斯拉：亨/米：安/米图3-1可知，磁场中X点的磁场强度Hx为1电磁感应定律二、电磁感应2自感和互感 (1)自感 （2）互感。一个线圈的电流变化在紧靠它的另一个线

2、圈中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、 磁路欧姆定律（一）磁路中的几个物理量1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F=NI单位：安匝3磁阻（二）磁路欧姆定律 磁路中，磁通与磁动势NI成正比，与磁阻Rm成反比磁路欧姆定律与电路欧姆定律相比存在什么对应关系？列出对应表。问题与讨论磁路和电路的比较（一）磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U基本定律 磁阻磁感应强度安培环路定律磁 路IN欧姆定律电阻电流强度基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定

3、律磁路与电路的比较 (二)电 路R+_EI四、铁磁材料1、铁磁材料的磁性能（1）高导磁性（2）磁饱和性图3-5 铁磁材料的磁化图3-4 磁化曲线（3）磁滞性当给铁磁材料加上一个交变的外磁场时，铁磁材料在磁场中反复磁化，在反复磁化过程中，磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度H的变化图3-5 铁磁材料的磁滞回线2、铁磁材料的分类1软磁材料2硬磁材料3矩磁材料3、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（2）涡流损耗。涡流会使铁芯发热，并消耗能量，其功率损耗即是。图3-10 涡流 （a） 涡流 （b） 减小涡流五、霍尔式信号发生器图1-34 霍尔效应的原理 1、霍尔效应将一小

4、块N型锗晶片两端通电流，放置在磁场（磁场方向垂直于电流方向）中，则在垂直于I和B的方向上将产生一个与I和B的乘积成正比的电压UH UH=KHIB 其中KH为霍尔元件灵敏度参数。从上式可知，当通过基片（基片的厚度一定）的电流I为定值时，霍尔电压只与磁感应强度B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的霍尔信号发生器。2、霍尔式信号发生器（1）霍尔式点火信号发生器的结构。如图3-12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，其结构如图3-13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

5、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电压UH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

6、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1磁感应式点火信号发生器的结构磁感应式点火信号发生器结构见图3-17和3-18所示信号发生器一般安装在分电器的底板上，由信号触发转子、感应线圈（绕在铁芯上）、永久磁铁等组成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磁路是：永久磁铁N极空气隙信号转子空气隙铁芯（通过感应线圈）永久磁铁S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1圈，凸轮轴转1圈，信号转子由凸轮轴带动转1圈

7、时，信号发生器会产生4个周期的交变信号（图中只有2周期），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4次，断4次，在次级产生4次高压电，由分电器的配电器配送给各缸火花塞，4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:霍尔曲轴位置传感器由永久磁铁、信号转子和感应线圈等组成。补充应用举例:霍尔曲轴位置传感器作用: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主要的传感器，是控制喷油时刻和点火时刻不可缺少的信号源，一般制成一体。任务2 变压器及其应用变压器功能：变电压：电力系统 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭

8、的输出变压器） 变电流：电流互感器 发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压仪器36伏降压实验室380 / 220伏降压一、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1变压器的空载运行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（开路i2=0），这种状态称为空载运行 图3-13 变压器的空载运行 K为变比当K1时,变压器为降压变压器；当K1时，为升压变压器。2变压器负载运行（1）变压器负载运行时初、次级的电压关系 图3-14 变压器的负载运行 （2）变压器负载运行时初、次级的电流关系结论：原、副边电流与匝数成反比【课堂互动】变压器能变换功

9、率吗？3.变压器的阻抗变换作用图3-15 变压器的阻抗变换 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。 额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。 额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。 额定容量 传送功率的最大能力。（理想）三、变压器的额定值（以单相变压器为例） 4额定频率fN额定频率fN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50Hz。5变压器的损耗和效率（1）变压器的损耗 变压器主要有两部分损耗：铁损耗PFe和铜损耗PCu。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 。（2）

10、变压器的效率 四、几种特殊的变压器1、自耦变压器图3-26 自耦调压器2、电流互感器1）电流互感器结构和原理（a） （b）图 电流互感器（a）电流互感器外形 （b）电流互感器接线图及符号2 ）使用注意事项：（1） 副边不能开路，以防产生高电压；（2） 铁心、低压绕组的一端 接地，以防在绝缘损坏时，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）4）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，这是其最基本的要求。 五、变压器的计算RsRL信号源设：信号电

11、压的有效值:U1= 50V;信号内阻：Rs=100 ;负载为扬声器，其等 效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功 率为： 扬声器上如何得到最大输出功率。Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：设变比 则：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 件（信号源内、外阻抗差不多相等）。六、汽车上使用的变压器1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

12、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3-20 差动变压器式进气压力传感器示意图1真空膜盒；2进气歧管；3感应线圈的一次绕组；4铁芯；5-感应线圈的二次绕组 差动变压器是一种开磁路互感式电感传感器，由于其感应线圈具有两个接成差动结构的绕组组成，所以又叫差动变压器 2基于变压器原理的传感器3脉冲变压器在汽车上应用图3-21 电容储能式电子点火系的原理图1直流升压器；2晶闸管；3点火线圈；4分电器；5火花塞；6储能电容器任务3 电磁铁及继电器 应用 一、电磁铁 1电磁铁的结构常见的电磁铁结构形式有马蹄式

13、、拍合式和螺管式，如图3-22所示 图3-35 电磁铁的几种结构形式(a) 马蹄式 (b) 拍合式 (c) 螺管式按照励磁电流种类的不同，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁两种。 二、继电器1继电器的类型常用的种类有：电磁式、干簧式。 2继电器的结构（1）电磁式继电器图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4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。（4）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。5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（8.5）；