變壓器、電磁鐵及繼電器

1、 磁路、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁導(dǎo)率和磁場(chǎng)強(qiáng)度概念。磁路、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁導(dǎo)率和磁場(chǎng)強(qiáng)度概念。 鐵磁性材料的性質(zhì)。鐵磁性材料的性質(zhì)。 鐵心線圈電路的分析方法及其規(guī)律，鐵心線圈的結(jié)鐵心線圈電路的分析方法及其規(guī)律，鐵心線圈的結(jié)構(gòu)構(gòu) 和物理意義，交流交流鐵心線圈的功率損耗問(wèn)題。和物理意義，交流交流鐵心線圈的功率損耗問(wèn)題。 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理。變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 電磁鐵和繼電器的結(jié)構(gòu)、工作原理。電磁鐵和繼電器的結(jié)構(gòu)、工作原理。 交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性。交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性。 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性，串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性，

2、直流電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)的原理，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工直流電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)的原理，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理。作原理。 安培環(huán)路定律、磁路歐姆定律，電磁感應(yīng)安培環(huán)路定律、磁路歐姆定律，電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用，霍爾元件的應(yīng)用。定律及其應(yīng)用，霍爾元件的應(yīng)用。 電壓變換、電流變換和阻抗變換的計(jì)算，電壓變換、電流變換和阻抗變換的計(jì)算，變壓器在汽車電路中的應(yīng)用。變壓器在汽車電路中的應(yīng)用。 電磁鐵和繼電器在汽車電路中的應(yīng)用。電磁鐵和繼電器在汽車電路中的應(yīng)用。第3章 磁路與電機(jī)3.5 變壓器 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的，它是傳輸電能或信號(hào)的靜止電器，它有變壓、變流、阻抗變換及電隔離作用。它的種類很多，應(yīng)用十分廣

3、泛。如在電力系統(tǒng)中把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高，以達(dá)到遠(yuǎn)途傳輸，到達(dá)目的地后再用變壓器把電壓降低供用戶使用；在實(shí)驗(yàn)室里用自耦變壓器(調(diào)壓器)改變電源電壓；在測(cè)量電路中，利用變壓器原理制成各種電壓互感器和電流互感器以擴(kuò)大對(duì)交流電壓和交流電流的測(cè)量范圍；在功率放大器和負(fù)載之間用變壓器連接，可以達(dá)到阻抗匹配，即負(fù)載上獲得最大功率，變壓器雖然用途及種類各異，但基本工作原理是相同的。第3章 磁路與電機(jī)3.5.1 3.5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理3.5 變壓器1. 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 變壓器由鐵心和繞組兩部分組成。變壓器的鐵心有心工式和殼式兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，如圖為心式變壓器和殼式

4、變壓器。鐵心是用0.350.5mm的硅鋼片疊壓而成，為了降低磁阻，一般用交錯(cuò)疊安裝的方式，即將每層硅鋼片的接縫處錯(cuò)開(kāi)。 第3章 磁路與電機(jī)3.5.1 3.5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理3.5 變壓器1. 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單的雙繞組心式變壓器，在一個(gè)閉合鐵心上套有兩組繞組。N1為一次繞組的匝數(shù)，一次繞組也稱為原繞組或原邊。N2為二次繞組的匝數(shù)，二次繞組也稱為副繞組或副邊。通常繞組都用銅或鋁制漆包線繞制而成。 變壓器的圖形符號(hào) 第3章 磁路與電機(jī)3.5.1 3.5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理3.5 變壓器2. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理

5、(1)空載運(yùn)行空載運(yùn)行(變壓作用變壓作用)如果忽略漏磁通及一次繞組電阻的影響，有 111m12022m24.444.44UEfNNKUEfNN 變壓器空載運(yùn)行時(shí)，一、二次繞組上電壓的比值等于兩者的匝數(shù)比。該比值稱為變壓器的變壓比，簡(jiǎn)稱變比，用K表示。 當(dāng)輸入電壓U1不變時(shí)，改變變壓器的變比就可以改變輸出電壓U2，這就是變壓器的變壓作用。若N1N2，K1，為升壓變壓器，反之為降壓變壓器。第3章 磁路與電機(jī)3.5.1 3.5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理3.5 變壓器2. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理(2)負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行(變流作用變流作用) 變壓器的二次繞組接有負(fù)載，稱為

6、負(fù)載運(yùn)行。此時(shí)在二次繞組電動(dòng)勢(shì)e2的作用下，將產(chǎn)生二次繞組電流I2，而一次繞組電流由I10增加為I1，如圖。12211ININK1122110N IN IN I1122N IN I 由此可知，當(dāng)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一、二次繞組電流之比近似等于其匝數(shù)之比的倒數(shù)。改變一、二次繞組的匝數(shù)就可以改變一、二次繞組電流的比值，這就是變壓器的變流作用。 第3章 磁路與電機(jī)3.5.1 3.5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理3.5 變壓器2. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理(3)阻抗變換作用阻抗變換作用 變壓器還有變換阻抗的作用，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。即負(fù)載上能獲得最大功率。 匝數(shù)不同，實(shí)際負(fù)載阻抗

7、|ZL|折算到原邊的等效阻抗也不同，人們可以用不同的匝數(shù)比，把實(shí)際負(fù)載變換為所需要的比較合適的數(shù)值，這種做法通常稱為阻抗匹配。在電子電路中經(jīng)常這樣。 /221122112122()()()LLLUNN UNZZkZINN IN第3章 磁路與電機(jī)3.5.1 3.5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理3.5 變壓器2. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理【例3.1】 如圖中信號(hào)源US=1.0V，內(nèi)阻R0=200，負(fù)載電阻RL=8，今欲使負(fù)載從信號(hào)源獲得最大功率，試求變壓器的變比。解：若要負(fù)載獲得最大功率，應(yīng)使其等效負(fù)載等于電源內(nèi)阻/2LL0Zk RR故變壓器的變比為0L20058RkR

8、第3章 磁路與電機(jī)3.5.2 3.5.2 變壓器的額定值變壓器的額定值3.5 變壓器1. 額定電壓額定電壓U1N、U2N 原邊額定電壓U1N是根據(jù)繞組的絕緣強(qiáng)度和允許發(fā)熱所規(guī)定的應(yīng)加在原邊繞組上的正常工作電壓的有效值，副邊額定電壓U2N，在電力系統(tǒng)中是指變壓器原邊施加額定電壓時(shí)的副邊空載的電壓有效值。2. 額定電流額定電流I1N、I2N 原、副邊額定電流I1N、I2N是指變壓器在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許通過(guò)的最大電流的有效值。3. 額定容量額定容量SN 是指變壓器副邊額定電壓和額定電流的乘積，即副邊的額定功率。SN=U2NI2N。額定容量反映了變壓器所能傳送電功率的能力，但不要把變壓器的實(shí)

9、際輸出功率與額定容量相混淆。第3章 磁路與電機(jī)3.5.2 3.5.2 變壓器的額定值變壓器的額定值3.5 變壓器4. 額定頻率額定頻率fN 是指變壓器應(yīng)接入的電源頻率，我國(guó)電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。 第3章 磁路與電機(jī)3.5.3 3.5.3 特殊變壓器特殊變壓器3.5 變壓器1. 自耦變壓器自耦變壓器 如果原、副邊共用一個(gè)繞組，使低壓繞組成為高壓繞組的一部分，就稱為自耦變壓器。 與普通變壓器相比，自耦變壓器用料少，質(zhì)量小，尺寸小，但由于原、副邊繞組之間，既有磁的聯(lián)系又有電的聯(lián)系，故不能用于要求原、副邊電路隔離的場(chǎng)合。同時(shí)使用時(shí)應(yīng)特別注意它的高壓側(cè)和低壓側(cè)不能倒用。第3章 磁路與電機(jī)3.5.

10、3 3.5.3 特殊變壓器特殊變壓器3.5 變壓器1. 自耦變壓器自耦變壓器在實(shí)用中為了得到連續(xù)可調(diào)的交流電壓，常將自耦變壓器的鐵心做成圓形。副邊抽頭做成滑動(dòng)的觸頭，可自由滑動(dòng)。如圖所示，當(dāng)用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)觸頭時(shí)，就改變了副邊匝數(shù)，調(diào)節(jié)了輸出電壓的大小，這種變壓器稱為自耦調(diào)壓器。 自耦變壓器注意事項(xiàng)： (1)原、副邊不能對(duì)調(diào)使用，否則可能會(huì)燒壞繞組，甚至造成電源短路。(2)接通電源前，應(yīng)先將滑動(dòng)觸頭調(diào)到零位，接通電源后再慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，將輸出電壓調(diào)至所需值。第3章 磁路與電機(jī)3.5.3 3.5.3 特殊變壓器特殊變壓器3.5 變壓器2. 儀用互感器儀用互感器 按用途分：電壓互感器和電流互感器兩種。 電

11、壓互感器可用于擴(kuò)大交流電壓表的量程。工作原理與普通變壓器空載情況相似。為了工作安全，電壓互感器的鐵殼及二次繞組的一端必須接地。 電流互感器用于擴(kuò)大交流電流表的量程。 在電流互感器的一次繞組接入一次側(cè)電路之前，必須先把電流互感器的二次繞組連成閉合回路且在工作中不允許斷開(kāi)。專供測(cè)量?jī)x表使用的變壓器稱為儀用互感器，簡(jiǎn)稱互感器?；ジ衅鞯淖饔檬鞘箿y(cè)量?jī)x器表與高壓電路絕緣，以保證工作安全、擴(kuò)大測(cè)量?jī)x表的量程。第3章 磁路與電機(jī)3.5.3 3.5.3 特殊變壓器特殊變壓器3.5 變壓器2. 儀用互感器儀用互感器鉗形電流表如圖所示，是電流互感器的另一種應(yīng)用形式。鉗形電流表由一只同電流表接成閉合回路的二次繞組和

12、一只鐵心構(gòu)成，其鐵心可以開(kāi)合。在測(cè)量時(shí)，先張開(kāi)鐵心，把待測(cè)電流的一根導(dǎo)線放入鉗中，再把鐵心閉合。這樣，載流導(dǎo)線便成為電流互感器的一次繞組，經(jīng)過(guò)變換后，在電流表上可直接指出被測(cè)電流的大小。第3章 磁路與電機(jī)3.6.1 3.6.1 電磁鐵電磁鐵3.6 電磁鐵和繼電器1. 電磁鐵的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁鐵的結(jié)構(gòu)和工作原理 利用通電的鐵心線圈產(chǎn)生的電磁力或力矩吸引銜鐵或保持某種工件于固定位置，通過(guò)將電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制的一種電器。電磁鐵的勵(lì)磁線圈通入電流后，電磁鐵鐵心和銜鐵端面上出現(xiàn)了不同磁極，彼此相吸，使銜鐵吸向鐵心，從而帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 主要由勵(lì)磁線圈、鐵心和銜鐵等部分組成。

13、如圖所示。 第3章 磁路與電機(jī)3.6.1 3.6.1 電磁鐵電磁鐵3.6 電磁鐵和繼電器1. 電磁鐵的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁鐵的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁鐵在汽車上應(yīng)用廣泛，如汽車泵進(jìn)出油閥的啟閉，氣電喇叭發(fā)聲，汽車電子噴射及ABS油閥等都是由電磁鐵來(lái)控制的。2. 電磁鐵的分類電磁鐵的分類(1)拍合式電磁鐵拍合式電磁鐵特點(diǎn)：銜鐵做成片狀，處于線圈的端部或側(cè)面，當(dāng)勵(lì)磁線圈通電后，銜鐵在磁場(chǎng)力作用下，將沿著磁感線方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)不太大的距離或轉(zhuǎn)角，使工作氣隙減小。它一般適用于吸力和移動(dòng)距離或轉(zhuǎn)角都不太大的場(chǎng)合。 第3章 磁路與電機(jī)3.6.1 3.6.1 電磁鐵電磁鐵3.6 電磁鐵和繼電器2. 電磁鐵的分類電

14、磁鐵的分類(2)吸入式電磁鐵吸入式電磁鐵特點(diǎn)：被吸動(dòng)的部分是一個(gè)圓桿形的鐵心（銜鐵），它位于螺管線圈中。線圈通電后，銜鐵被更深地吸進(jìn)線圈里，做直線運(yùn)動(dòng)。在吸入式電磁鐵中，除了動(dòng)、靜鐵心之間的工作氣隙中主磁通會(huì)產(chǎn)生電磁吸力外，銜鐵和線圈之間的氣隙中的漏磁通也會(huì)產(chǎn)生同方向的電磁吸力。因此它適用于較大工作行程和較大吸力的場(chǎng)合，如氣動(dòng)和液動(dòng)閥門(mén)及其他吸力電磁鐵。 第3章 磁路與電機(jī)3.6.1 3.6.1 電磁鐵電磁鐵3.6 電磁鐵和繼電器2. 電磁鐵的分類電磁鐵的分類(3)旋轉(zhuǎn)式電磁鐵旋轉(zhuǎn)式電磁鐵旋轉(zhuǎn)式電磁鐵的經(jīng)濟(jì)性較差，即在做同樣機(jī)械功時(shí)，它的體積和重量要比前兩種大，功率也較大。但是它能得到較大的轉(zhuǎn)

15、角（可達(dá)），并且可能通過(guò)改變磁極極面形狀來(lái)改變其吸力和轉(zhuǎn)角的關(guān)系。因此，在某些特殊用途的電磁元件中得到應(yīng)用，如力矩電動(dòng)機(jī)、微動(dòng)同步器等。特點(diǎn)：鐵心上的線圈通電后，銜鐵的運(yùn)動(dòng)方向不是沿著磁感線的方向，因?yàn)榇鸥芯€總是力圖通過(guò)磁阻最小的路徑而閉合。因此，其電磁力矩的方向總是使銜鐵運(yùn)動(dòng)到整個(gè)磁路內(nèi)磁阻最小的位置。第3章 磁路與電機(jī)3.6.1 3.6.1 電磁鐵電磁鐵3.6 電磁鐵和繼電器3. 電磁鐵在汽車上的應(yīng)用電磁鐵在汽車上的應(yīng)用(1)觸點(diǎn)式電壓調(diào)節(jié)器觸點(diǎn)式電壓調(diào)節(jié)器 利用電磁鐵在不同電流下的磁力變化使銜鐵觸點(diǎn)斷開(kāi)或吸合，控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電路的閉合與斷開(kāi)，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓的目的。雙級(jí)觸點(diǎn)式電壓調(diào)

16、節(jié)器的結(jié)構(gòu)：動(dòng)觸點(diǎn)在兩個(gè)靜觸點(diǎn)中間形成一對(duì)動(dòng)斷的低速觸點(diǎn)K1，另一對(duì)動(dòng)合的高速觸點(diǎn)K2能調(diào)節(jié)兩級(jí)電壓，故稱為雙級(jí)觸點(diǎn)式。高速靜觸點(diǎn)與金屬底座直接搭鐵。對(duì)外只有點(diǎn)火（或火線、電樞、A、S、+）和磁場(chǎng)（或F）兩個(gè)接線柱。 第3章 磁路與電機(jī)3.6.1 3.6.1 電磁鐵電磁鐵3.6 電磁鐵和繼電器3. 電磁鐵在汽車上的應(yīng)用電磁鐵在汽車上的應(yīng)用(1)觸點(diǎn)式電壓調(diào)節(jié)器觸點(diǎn)式電壓調(diào)節(jié)器低速觸點(diǎn)K1和加速電阻R1、調(diào)節(jié)電阻R2并聯(lián)；高速觸點(diǎn)K2與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組并聯(lián)；溫度補(bǔ)償電阻R3串入磁化線圈電路中。另外還有電磁鐵心、磁化線圈、活動(dòng)觸點(diǎn)臂銜鐵、接力彈簧等到。硅整流發(fā)電機(jī)輸出電壓的高低，取決于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和磁

17、極磁通。保持電壓恒定的調(diào)控原理，只能在轉(zhuǎn)速升高時(shí)，相應(yīng)減弱磁通，而減弱磁通只能以減小勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。FT-61型雙級(jí)觸點(diǎn)式電壓調(diào)節(jié)器就是控制硅整流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小來(lái)控制發(fā)電機(jī)輸出電壓的。 第3章 磁路與電機(jī)3.6.1 3.6.1 電磁鐵電磁鐵3.6 電磁鐵和繼電器3. 電磁鐵在汽車上的應(yīng)用電磁鐵在汽車上的應(yīng)用(2)電喇叭電喇叭電喇叭由電磁鐵、可動(dòng)的銜鐵、膜片和常閉的觸點(diǎn)等到構(gòu)成。觸點(diǎn)與電磁線圈串聯(lián)，其中一個(gè)觸點(diǎn)依附于銜鐵。當(dāng)電流流過(guò)電磁線圈時(shí)，線圈便建立起吸引可動(dòng)銜鐵的磁場(chǎng)，周邊被固定的膜片，隨著銜鐵移動(dòng)，銜鐵移動(dòng)導(dǎo)致觸點(diǎn)打開(kāi)，從而斷開(kāi)電路，膜片回到它的原來(lái)位置，觸點(diǎn)再次閉合而重復(fù)上述動(dòng)作

18、。這便引起膜片以每秒數(shù)次的頻率來(lái)回振動(dòng)。膜片振動(dòng)，引起電喇叭里面的空氣柱振動(dòng)，從而發(fā)出聲音。 利用銜鐵觸點(diǎn)控制電磁鐵電路的通斷，使電磁鐵不斷吸合和斷開(kāi)，產(chǎn)生振蕩，發(fā)出鳴叫音。 第3章 磁路與電機(jī)3.6.2 3.6.2 繼電器繼電器3.6 電磁鐵和繼電器1. 繼電器的類型繼電器的類型 是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件，是用較小的電流來(lái)控制較大電流的一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)，在電路中起著自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)等作用。 繼電器種類繁多，按輸入信號(hào)的不同可分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器等；按工作原理可分為電磁式繼電器、感應(yīng)繼電器、干簧式繼電器、電動(dòng)式繼電器、電子式繼電器等；按觸

19、點(diǎn)狀態(tài)的不同可分為常開(kāi)型繼電器、常閉型繼電器和混合型繼電器。 電磁式繼電器成本較低，便于控制執(zhí)行部件，因此在汽車電路中被廣泛采用。 第3章 磁路與電機(jī)3.6.2 3.6.2 繼電器繼電器3.6 電磁鐵和繼電器2. 電磁式電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)繼電器的結(jié)構(gòu) 當(dāng)繼電器線圈通以電流時(shí)，在鐵心、軛鐵、銜鐵和工作氣隙中形成磁通回路，從而使銜鐵受到電磁吸力的作用而吸向鐵心，此時(shí)銜鐵帶動(dòng)支桿而將板簧推開(kāi)，使一組或幾組動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)(也可以使動(dòng)合觸點(diǎn)接通)。當(dāng)切斷繼電器線圈的電流時(shí)，電磁力失去，銜鐵在板簧的作用下恢復(fù)原位，觸點(diǎn)又閉合。 第3章 磁路與電機(jī)3.6.2 3.6.2 繼電器繼電器3.6 電磁鐵和繼電器3.

20、 繼電器的符號(hào)繼電器的符號(hào) 在電路中，表示繼電器時(shí)只要畫(huà)出它的線圈和與控制電器有關(guān)的接點(diǎn)組就可以了。繼電器的線圈用一個(gè)長(zhǎng)方框符號(hào)表示，同時(shí)在長(zhǎng)方框內(nèi)或框旁標(biāo)上這個(gè)繼電器的文字符號(hào)“K”。在汽車電路中，按電路連接的需要，把各個(gè)觸點(diǎn)分別畫(huà)在各自的控制電路中，同時(shí)在屬于同一繼電器的線圈和觸點(diǎn)旁邊注上相同的文字符號(hào)，并把觸點(diǎn)組編號(hào)。如圖所示。第3章 磁路與電機(jī)3.6.2 3.6.2 繼電器繼電器3.6 電磁鐵和繼電器4. 汽車用汽車用繼電器的主要參數(shù)繼電器的主要參數(shù)(1)功率：功率：指繼電器線圈使用的額定電壓和額定功率。(2)線圈電壓：線圈電壓：指繼電器正常工作時(shí)線圈需要的電壓值。汽車?yán)^電器的電壓均與汽車電源相一致，分12V和24V兩種。(3)線圈電阻：線圈電阻：指線圈的電阻值，可以根據(jù)線圈電阻來(lái)求線圈的工作電壓或工作電流。(4)觸點(diǎn)負(fù)荷：觸點(diǎn)負(fù)荷：指觸點(diǎn)的負(fù)載能力，有時(shí)也稱為觸點(diǎn)容量。因?yàn)槔^電器的觸點(diǎn)在切換時(shí)要承受一定的電壓和電流，因而影響繼電器的使用壽命。第3章 磁路與電機(jī)3.6.2 3.6.2 繼電器繼電器3.6 電磁鐵和繼電器5. 繼電器在繼電器在汽車汽車上的