汽车电工电子技术3

汽车电工电子技术汽车磁路及电磁元件项目三任务一磁场认知一、磁场的基本物理量（一）磁感应强度磁感应强度也称磁感强度，它是表示磁场内某点磁场强弱（磁力线的多少）和磁场方向（磁力线的方向）的物理量，是一个矢量，用字母B表示。磁感应强度的方向与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度的大小定义为：将长度为l的直导体垂直放入磁场中，通过的电流为I，受到的电磁力为F，则磁感应强度为

（3-1）（二）磁通量通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总数，称为该面积上的磁通量，简称磁通，用字母表示，单位为是Wb（韦伯）。磁通量是一个标量，在均匀磁场中，有或

（3-2）当实际截面与磁场方向不垂直时，要考虑在垂直于磁场方向上的投影面积，如图3-1所示。

（a）截面与磁场方向垂直（b）截面与磁场方向不垂直

图3-1实际截面与磁场方向（三）磁导率磁导率就是用来表征不同介质材料的导磁性能的物理量，常用符号表示。为介质的磁导率，或称绝对磁导率。单位为H/m（亨利/米）。为便于比较各种物质的导磁性能，将任一材料的磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率，用表示，即

（3-3）（四）磁场强度磁场中某点的磁场强度H等于该点的磁感应强度B与磁导率之比，用公式表示为

（3-4）（五）磁场对电流的作用力在均匀磁场中，当通电直导体与磁场方向垂直时，直导体受到的电磁力F的大小与磁感应强度B、导体中电流I以及导体在磁场中的有效长度l成正比，用公式表示为

（3-5）当直导体垂直于磁场方向时，导体受到的电磁力最大；当直导体平行于磁场方向时，直导体不受电磁力；当直导体与磁场方向成角时（如图3-2所示），直导体所受的电磁力为

（3-6）图3-2直导体与磁场方向成

角二、磁路磁路一般由产生磁场的通电线圈（又称励磁线圈）、软磁材料制成的铁芯，以及适当大小的空气间隙组成。在有些场合，也有用永磁体作为磁场的激励源，其作用相当于通有电流的励磁线圈。如图3-3所示是几种常见电器设备的磁路图。（a）电磁铁磁路

（b）变压器磁路

（c）磁电式电表磁路图3-3几种常见电器设备的磁路（一）磁通势通电线圈的电流I与线圈匝数N的乘积，称为磁通势（或磁动势），用表示，用公式表示为

（3-7）由铁磁性材料制成的一个理想磁路（无漏磁）如图3-4所示。图3-4铁磁性材料的理想磁路（二）磁阻实验证明，磁路中磁阻的大小与磁路的长度成正比，与磁路的横截面积成反比，并与构成磁路的材料性质有关，用公式表示为

（3-8）（三）磁路欧姆定律类似于电路的欧姆定律，磁路中也有欧姆定律，称为磁路欧姆定律。它的内容是：通过磁路的磁通与磁通势成正比，与磁阻成反比，即

（3-9）如图3-5所示，将电路和磁路的图形以及某些物理量进行比较，在表3-2中列出了它们相应的对照关系。

（a）电路图

（b）磁路图图3-5电路图与磁路图的比较三、铁磁性材料（一）铁磁性材料的磁化性能1．高导磁性

（a）铁磁性材料的原始状态（b）受外磁场影响（c）外磁场撤去后图3-6铁磁性材料的磁化2．磁饱和性如图3-7所示，铁磁性材料的这种性质可用磁化曲线——曲线来加以说明。图3-7磁化曲线3．磁滞性B的变化总是落后于H的变化，这就是磁滞现象。铁磁性材料反复磁化后得到的这种近似于对称的闭合曲线称为磁滞曲线，也称磁滞回线，如图3-8所示。

图3-8磁滞曲线

改变交变磁场强度H的幅值，即可得到一系列大小不同的磁滞回线，把这些磁滞回线的顶点连接起来得到的磁化曲线称为基本磁化曲线，如图3-9所示。图3-9基本磁化曲线（二）铁磁性材料的分类123硬磁性材料软磁性材料矩磁性材料

（a）硬磁性材料

（b）软磁性材料

（c）矩磁性材料图3-10铁磁性材料的分类任务二变压器认知一、变压器的基本结构变压器的主要组成部件为铁芯和绕组线圈，其外形、基本结构和表示符号如图3-11所示，T是它的文字符号。

（a）外形图

（b）结构图

（c）表示符号图3-11变压器的外形、结构和符号铁芯构成变压器的主磁路，同时本身又作为线圈的支撑骨架。为了减少磁通变化时所引起的磁滞损耗和涡流损失，变压器的铁芯一般用厚度为0.35～0.5mm的硅钢片交错叠成，并且片间要用绝缘漆隔开。如图3-12所示为几种常见的铁芯形状。图3-12铁芯的形状按照铁芯结构的不同，变压器可分为心式和壳式两种。心式变压器的绕组包围铁芯，而壳式变压器的铁芯包围绕组，如图3-13所示。

（a）心式变压器

（b）壳式变压器图3-13心式和壳式变压器二、变压器的工作原理如图3-14所示，使变压器空载运行，此时铁芯中产生的交变磁通同时穿过原绕组和副绕组，可认为穿过原、副绕组的交变磁通相同，所以这两个绕组产生的感应电动势也就相等。图3-14变压器空载运行（一）变换交流电压电动势有效值与匝数的关系为

（3-10）忽略线圈的内阻，则

（3-11）（二）变换交流电流如图3-15所示，假设变压器带负载工作时，忽略绕组电阻和铁芯产生涡流而损失的能量，则这个变压器称为理想变压器，它从电网中获得的功率等于其输出的功率，即，由交流电功率的公式可得图3-15变压器负载运行因为变压器为理想变压器，则因此

（3-12）（三）变换交流阻抗设变压器的初级输入阻抗为，次级负载阻抗为，则

（3-13）例3-1有一电压比为220/110V的降压变压器，如果次级接上的电阻，求变压器初级的输入阻抗是多少？解1

次级电流初级电流输入阻抗

解2变压比

输入阻抗

三、变压器的功率和效率变压器的功率消耗等于输入功率和输出功率的差，即

（3-14）（一）变压器的功率（二）变压器的效率变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即

（3-15）

例3-2已知一台变压器的初级电压为1100V，次级电压为220V，在接纯电阻性负载时，测得次级电流为5A，变压器的效率为90%。试求它的损耗功率、初级功率和初级电流。解次级负载功率

初级功率

损耗功率

初级电流

四、变压器在汽车上的应用在汽车的汽油发动机结构中，一个重要的装置是点火系统。点火系统按照发动机各缸的点火次序，在压缩冲程快要结束时，定时地供给火花塞以足够高能量的高压电（15000～30000V），使火花塞产生足够强的火花，以点燃可燃混合气，推动气缸活塞工作，如图3-16所示。图3-16汽车点火系统（一）点火线圈的结构点火线圈的结构如图3-17所示。

（a）开磁路点火线圈

（b）闭磁路点火线圈图3-17汽车点火线圈的结构（二）点火线圈的工作原理（三）点火线圈的分类点火线圈按磁路的结构形式不同，分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。

（a）开磁路点火线圈的磁路

（b）闭磁路点火线圈的磁路图3-18汽车点火线圈的磁路任务三汽车常见电磁元件一、汽车电磁阀（一）电磁阀的结构电磁阀是一类可控制流体方向的自动化基础元件，它属于执行器。图3-20电磁阀的结构（二）电磁阀的分类（三）电磁阀符号的含义1．与电磁阀有关的几个概念2．电磁阀符号的其他含义图3-21二位三通电磁阀的电气符号图（四）电磁阀的工作原理1．初始（失电）状态图3-22二位三通电磁阀的初始状态2．得电状态图3-23二位三通电磁阀的得电状态（五）电磁阀在汽车上的应用碳罐电磁阀隶属于汽油蒸发控制系统（EVAP）的一部分，汽油蒸发控制系统的组成如图3-24所示。图3-24汽油蒸发控制系统的组成二、汽车继电器（一）继电器概述图3-25继电器的工作过程（二）继电器的分类（三）继电器的工作原理1．电磁式继电器电磁式继电器主要由铁芯、电磁线圈、衔铁和触点等组成，其结构和符号如图3-26所示。（a）常开型