汽车电工电子基础课件 项目五 电磁基础知识

汽车电工电子基础项目五：电磁基础知识任务一、磁场及其基本物理量知识目标：1、理解磁场和磁力线的概念。2、了解电流的磁效应。3、理解磁通、磁感应强度和磁路的概念。技能目标：掌握利用安培定则（右手螺旋定则）来判断磁场方向的方法。一、磁场与磁力线1、磁体与磁极磁体能够吸引铁、钴、镍等金属或它们的合金物的性质，称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体分为天然磁体和人造磁体两大类。磁体上磁性最强的部位称为磁极。磁极之间有相互作用力，称为磁力。实验证明：1）任何磁体都具有两个磁极，而且磁体无论怎样分割总保持两个磁极。也就是说不存在磁单极子。（注：环形磁体是没有磁极的！）2）磁极间的作用力表现为，“同性相斥，异性相吸”，这是世界的普遍真理。2、磁场与磁场方向（一）.磁场的定义及其性质“场”是一种特殊的物质，看不见摸不着，但是它具有能量，能产生力的作用。在磁体的周围存在着磁场，磁体与磁体之间的作用就是通过磁场发生的。磁场是由运动电荷或电场变化产生的。磁场的本源来自电流。故对于磁场就可以这样定义：磁场是电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊物质。（二）.磁力线磁力线是形象描述磁场的强弱和方向而引入的假想线。磁力线具有以下几个特点：（1）磁力线是一簇闭合曲线，没有头没有尾。（2）磁力线绝不相交，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。（3）磁力线上任何一点的切线即为该点的磁场方向。（4）磁力线越密磁场越强，磁力线越疏磁场越弱。磁力线均匀分布而又相互平行的区域称为匀强磁场，反之称为非匀强磁场。（5）磁力线有排他性，故同性相斥；磁力线具有弹性，可自由缩短，故异性相吸。条形磁铁磁力线分布蹄形磁铁磁力线分布规律：同性相斥,异性相吸（三）.磁场方向：该点小磁针N极静止时的指向。同时与磁力线上每一点的切线方向相同。二、电流的磁场1、通电直导线的磁场

通电直导线的磁力线是以导线上各点为圆心的同心圆，磁场的方向可以用右手安培定则判断。右手安培螺旋定则2、通电螺旋管的磁场用右手握住螺线管，让弯曲的四指指示导线中的电流方向，则大拇指所指的方向就是螺线管内部磁力线的方向。三、磁场的基本物理量1.磁通磁通量：垂直穿过磁场中某一截面的磁力线条数称为磁通量，简称磁通，用字母Φ表示，单位是Wb（韦伯）。2.磁感应强度：描述各点磁场的大小和方向的物理。其定义为：垂直穿过磁场中单位面积的磁力线条数。

符号：B单位：特斯拉（T）在均匀磁场中，B与φ的关系是：φ=BSB=φS磁感应强度（T）磁场中任一面积（m2）磁通量（Wb）B——均匀磁场的磁感应强度；Φ——磁通量；S——垂直于磁场方向的平面面积，单位为m23、磁导率μ磁导率μ来表示物质的导磁性能。μ的单位是H/m(亨/米）。真空的磁导率为常数，用

0表示，有：相对磁导率

r：任一种物质的磁导率

和真空的磁导率

0的比值。

注意：不同的介质，磁导率µ也不同。磁导率值大的材料，导磁性能好注意4、磁场强度磁场强度H

：介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率

之比。磁场强度H的单位：安培/米（A/m)磁场强度的大小取决于电流的大小、载流导体的形状及几何位置，而与磁介质无关。H和B同为矢量。H的方向就是该点B的方向。在后面学到的磁路问题中，常常用到磁场强度这个物理量。5、磁路在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路。+–NIfNSS直流电机的磁路交流接触器的磁路i铁心线圈线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通变压器的磁路磁路：主磁通所经过的闭合路径。任务二、电磁感应及应用知识目标：1.掌握产生感应电流的条件，掌握右手螺旋定则；2.理解电磁感应定律的基本概念及其灵活应用；3.掌握自感与互感的原理；4.了解常见的电磁感应应用器件。技能目标：1.使用左手定则判断电磁力的方向；2.使用右手螺旋定则判断感应电流的方向。一、电磁感应现象电磁感应现象——变化磁场在导体中产生电动势的现象。1、直导体中的感应电动势（1）直导体中的感应电动势的条件：导体作切割磁力线运动。（2）感应电动势的方向——用右手定则判（3）感应电动势的大小：e=BLV式中：B为磁场的磁感应强度（T）；

L为导线的有效长度（m）

V导线运动速度（m/S)2、线圈中的感应电动势（1）线圈中的产生感应电动势的条件：穿过线圈的磁通量发生变化。（2）线圈中感应电动势的方向——楞次定律内容——感应电流产生的磁通总是企图阻碍原磁通的变化。（增反减同）步骤：⑴确定原磁场的方向及其变化趋势。（增或减）

⑵根据“增反减同”原则确定感应电流磁通方向。

⑶根据感应电流磁通方向，用右手螺旋定则确定感应电流方向。SN步骤：⑴确定原磁场的方向及其变化趋势。（增或减）

⑵根据“增反减同”原则确定感应电流磁通方向。

⑶根据感应电流磁通方向，用右手螺旋定则确定感应电流方向。二、感应电流的方向1.右手螺旋定则：平伸右手，使拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场N极（或说让磁力线垂直穿过手心），以拇指的指向代表导体的运动方向，则其余四指就是感应电流的方向。2.楞次定律：闭合回路中感应电流的方向，总是使它所产生的磁场阻碍引起感应电流的原磁通的变化。这就是楞次定律。右手定则NS——判断感应电流的方向运动方向感生电流方向磁力线方向右手定则NS运动方向感应电势方向磁力线方向——判断感应电动势的方向1.确定原磁通的方向；2.确定原磁通的变化趋势；3.根据楞次定律确定感生磁通的方向：原磁通增加，方向相反；原磁通减少，方向相同。4.根据安培定则判断线圈感应电动势或感应电流的方向。三、电磁感应定律：e=BLV定律内容——线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通量的变化快慢(既变化率)和线圈匝数N的乘积成正比.e=NΔφΔt磁通的变化量磁通变化的时间线圈匝数感应电动势例题：【例5-2】把一个条形磁铁的N极在2.5s内从线圈的顶部一直插到底部，穿过每匝线圈的磁通改变了7.5x10-6Wb,线圈的匝数为400匝，求线圈中感应电动势的大小。若线圈与外电路连接成闭合回路，回路的总电阻R为50Ω,求感应电流的大小。解：由电磁感应定律可求感应电动势为回路中的感应电流为四、自感与互感1.自感⑴自感现象——由于流过线圈本身的电流发生变化，而引起的电磁感应现象叫自感现象。⑵自感系数：衡量线圈产生自感磁通本领的物理量。用L表示，单位：亨利（H）常用单位：毫亨（mH）、微亨（μH）

1H=103mH=106μH

自感系数又称电感：它的大小与线圈匝数、形状、大小及周围磁介质的磁导率有关。通常：匝数越多，L越大；有铁芯时，L大。2.互感（1）互感现象：由一个线圈中的电流发生变化而引起另一个线圈中产生感应电动势的现象。互感五、电磁感应应用1.动圈式话筒：把声音信号转变为电信号的装置，主要由线圈、磁钢、外壳组成。2.磁带录音机：把声音记录下来以便重放的机器，主要由机内话筒、磁带、录放磁带、放大电路、扬声器、传动机构等部分组成。3.汽车车速里程表功能是指示行车速度、累计行驶里程，他由车速表和里程表两部分构成。4.熔炉金属在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就会产生交变磁场。导体内部发生电磁感应而产生涡流现象。涡流可非接触加热金属导体。5.变压器⑴.变压器是静止的电磁器械，在电力系统和电子线路中应用广泛。它利用电磁感应原理，将一种交流电转变为另一种或几种频率相同、大小不同的交流电。变压器的主要功能有：变电压（电力系统）变电流（电流互感器）变阻抗（电子线路中的阻抗匹配）变压器的主要用途:经济地输电合理地配电安全地用电例：电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：

发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器36V降压…实验室380/220V降压变电站

10kV降压降压⑵变压器的分类按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器

整流变压器

按相数分三相变压器

单相变压器

按制造方式壳式心式变压器符号⑶单相变压器的基本结构+–+–一次绕组N1单相变压器二次绕组N2铁心绕组：一次绕组二次绕组由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的磁路变压器的电路变压器的结构1一信号式温度计；2一吸湿器；3一储油柜；4一油表；5一安全气边；6一气体继电器；7一高压套管；8一低压套管；9一分接开关；10一油箱；11—铁心；12—线圈；13—放油阀门三相电力变压器⑷变压器的工作原理单相变压器+–+–一次绕组N1二次绕组N2铁心

一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。①变换交流电压+–+–+–+–

1（匝比）K为变比结论：改变匝数比，就能改变输出电压。②变换交流电流+–|Z|+–+–+–(一次、二次侧电流关系)结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。任务三、常见汽车电磁器件知识目标1.掌握电磁继电器的结构组成和工作原理；2.掌握电磁阀的结构组成和工作原理；3.掌握点火线圈的工作原理；能力目标1.能够分析继电器的工作原理；2.能分析电磁阀的工作原理；3.能分析点火线圈的工作原理。一、电磁继电器

当继电器两端加上一定的电压和电流时，线圈产生磁场，在电磁力的作用下，断电触点闭合。当线圈两端电压或电流小于一定值时，机械反力大于电磁力，断电触点断开。

按触点工作方式的不同，可分为常开型、常闭型和混合型三类。二、电磁阀1.电磁阀的结构：电磁阀里有密闭的腔，在不同的位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中级是阀柱，外侧有电磁线圈，当线圈通电后阀体就会被吸动，通过控制阀体的移动位置来挡住或打开相应的排油道孔，液压油就会进入不同的油道。2.电磁阀的类型常见电磁阀主要包括三位阀和二位阀，三位阀是指阀芯有三个工作位置；二位阀是指阀芯有两个工作位置。3.电磁阀的工作原理两位电磁阀的工作原理：两位电磁阀的阀芯有两种工作状态，一个状态是进液口和出液口导通，另一个状态是进、出液口关断。电磁阀线圈通电后，形成电磁力，吸引阀芯在两个状态下转换，接通或切断液压油路，从而控制制动力的大小。