磁路與線圈電路

1、第三章第三章 電磁學(xué)基礎(chǔ)電磁學(xué)基礎(chǔ)3.2 線圈電路分析線圈電路分析3.5 汽車點(diǎn)火線圈汽車點(diǎn)火線圈3.1 磁路及其基本定律磁路及其基本定律3.3 電磁鐵電磁鐵3.4 變壓器變壓器本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)：1.1.四個(gè)基本物理量，磁路歐姆定律和磁路的基四個(gè)基本物理量，磁路歐姆定律和磁路的基爾霍夫定律。爾霍夫定律。2.2.鐵磁性材料特性及其應(yīng)用鐵磁性材料特性及其應(yīng)用, , 含鐵心線圈交流含鐵心線圈交流電路的分析。電路的分析。3.3.電磁鐵的工作特性以及在汽車中的應(yīng)用。電磁鐵的工作特性以及在汽車中的應(yīng)用。4.4.變壓器的基本結(jié)構(gòu)及其基本工作原理。變壓器的基本結(jié)構(gòu)及其基本工作原理。5.5.汽車點(diǎn)火線圈的結(jié)構(gòu)

2、。汽車點(diǎn)火線圈的結(jié)構(gòu)。 第三章第三章 電磁學(xué)基礎(chǔ)電磁學(xué)基礎(chǔ)lIFB 3.1 磁路及其基本定律磁路及其基本定律 說明說明: : 如果如果磁通磁通 的單位的單位: :磁導(dǎo)率來表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能。的單位是H/m(亨/米）。注意H/m10470 0r 不同的介質(zhì)，磁導(dǎo)率也不同。磁導(dǎo)率值大的材料，導(dǎo)磁性能好。磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率近似相等，即 。如空氣、木材、紙、鋁等。注意鐵磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率鐵磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率是個(gè)變量，它隨磁場(chǎng)的強(qiáng)弱而變化。是個(gè)變量，它隨磁場(chǎng)的強(qiáng)弱而變化。 材料分類：非鐵磁性材料鐵磁性材料磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真空磁導(dǎo)率，即 ，可達(dá)到幾百到上萬(wàn)。材料如鐵、鈷、鎳及其合金等。所以電器設(shè)備如變壓器、電機(jī)

3、都將繞組套裝在鐵磁性材料制成的鐵心上。4、磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 BH 磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小取決于電流的大小、載流導(dǎo)體的形狀及幾何位置，而與磁介質(zhì)無(wú)關(guān)。H和B同為矢量。H的方向就是該點(diǎn)B的方向。在后面學(xué)到的磁路問題中，常常用到磁場(chǎng)強(qiáng)度這個(gè)物理量。 二、二、 磁路及其基本定律磁路及其基本定律+NIfNSS磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。1u2uis 線圈通入電流后，線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。通和漏磁通。s：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通線圈線圈鐵心鐵心變壓器的磁路 一個(gè)閉合磁路通常是由幾段截面積S不同或者材料不同(磁導(dǎo)率不同，比如空氣隙與鐵磁材料)的

4、磁路構(gòu)成，因此要分析磁路，就必須首先對(duì)磁路進(jìn)行分段處理。磁路分段原則：截面積S與材料相同的磁路分為一段解解：根據(jù)材料、截面積不同磁路分為三段：1）第一段：截面積為S1、鐵磁材料； 2）第二段：截面積為S2 （S1 S2）、材料與第一段同； 3）第三段：截面積為S2，材料為非鐵磁材料空氣隙。 例例3-1 試對(duì)磁路進(jìn)行分段。2. 2. 磁路的基爾霍夫第一定律磁路的基爾霍夫第一定律 對(duì)于有分支磁路，其分支匯集處稱為磁路對(duì)于有分支磁路，其分支匯集處稱為磁路的節(jié)點(diǎn)，磁路的任意節(jié)點(diǎn)所連接的各分支磁路的的節(jié)點(diǎn)，磁路的任意節(jié)點(diǎn)所連接的各分支磁路的代數(shù)和等于零。代數(shù)和等于零。01I I1 1N N1 132N

5、N2 2I I2 20321即：即：HLNI 在無(wú)分支的均勻磁路在無(wú)分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路磁路長(zhǎng)度長(zhǎng)度L線圈線圈匝數(shù)匝數(shù)NIHL：稱為磁位差。稱為磁位差。NI：稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般 用用 F 表示。表示。F=NI3. 3. 磁路的基爾霍夫第二定律磁路的基爾霍夫第二定律HLNI總磁動(dòng)勢(shì)總磁動(dòng)勢(shì) 在非均勻磁路在非均勻磁路（磁路的材料或截面積不同，或磁場(chǎng)（磁路的材料或截面積不同，或磁場(chǎng)強(qiáng)度不等）中，總磁動(dòng)勢(shì)等于各段磁位差之和。強(qiáng)度不等）中，總磁動(dòng)勢(shì)等于各

6、段磁位差之和。00lHIHNI例：例：INl0l對(duì)于均勻磁路對(duì)于均勻磁路 LSLBHLNI磁路中的磁路中的歐姆定律歐姆定律4. 磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律則：則： mRLSNIFINSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性 分析，不做定量計(jì)算。分析，不做定量計(jì)算。SLRm令：令：Rm 稱為磁阻稱為磁阻磁路和電路磁路和電路對(duì)照表對(duì)照表 （一）（一）磁磁路路電電路路磁通磁通INI磁壓降磁壓降HL磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)INF 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電流電流電壓降電壓降UEIR+_EU歐姆定律歐姆定律mmUR 磁阻磁阻SlRm基爾霍夫定律基爾霍夫定律HL

7、NI0磁磁 路路IN歐姆定律歐姆定律電阻電阻基爾霍夫定律基爾霍夫定律0ISUIRUIRrSlR 磁路與電路對(duì)照表磁路與電路對(duì)照表 (二二)電電 路路R+_USI3.2 3.2 線圈電路分析線圈電路分析一、鐵一、鐵磁性材料特點(diǎn)磁性材料特點(diǎn)Bf（H）磁化曲線 Bf（H）磁化曲線 在ab段，B增加就變緩慢，鐵心開始進(jìn)入飽和狀態(tài)，這段稱為磁化曲線的膝部。電機(jī)等鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度B多數(shù)選擇在這個(gè)部位。b點(diǎn)稱飽和點(diǎn)，一般為0.8-1.8T。在bc段，B隨H增加得極少，這時(shí)鐵磁物質(zhì)處于飽和狀態(tài)。 Oa段：B 與H幾乎成正比地增加磁導(dǎo)率不是常數(shù)。鐵磁材料未飽和時(shí)磁導(dǎo)率大。越趨于飽和，磁導(dǎo)率越小。磁滯性：磁滯性：

8、磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的變化總是滯后于外磁場(chǎng)變化的性質(zhì)。矯頑磁力矯頑磁力H Hc c (a)軟磁材料 (b) 硬磁材料 (c)矩磁材料各類材料的磁滯回線2.2.鐵磁性材料分類鐵磁性材料分類 磁導(dǎo)率高，磁滯回線狹窄、面積小，磁滯損耗小。一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。(2)硬磁材料硬磁材料磁滯回線較寬，面積大，磁滯損耗大。一般用來制造一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。(3)矩磁材料矩磁材料 具有較小的矯頑磁力和

9、較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。二、含有二、含有線圈的交流電路線圈的交流電路1. 1. 電磁關(guān)系電磁關(guān)系u(Ni)i ddtNe tNedd （磁通勢(shì)）（磁通勢(shì)）主磁通主磁通 ：通過鐵心閉合的：通過鐵心閉合的磁通。磁通。漏磁通漏磁通 ：經(jīng)過空氣或其：經(jīng)過空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。tiLdd i，鐵心線圈的漏磁電感 常常數(shù)數(shù) iNLeeRi u 式中：R是線圈導(dǎo)線的電阻L 是漏磁電感)(ddetiLRi d

10、deNtu-e 由于鐵心線圈的電阻 R 與鐵心的漏磁電動(dòng)勢(shì)數(shù)值很小，忽略不計(jì)，得：t, sinm ddeNt)90t(sin2m fN)90(sinm tE mmm444222 fN.fNEE EU 恒磁通公式mfNEU44. 4mfNEU44. 4（2）在交流鐵心線圈電路中，主磁通的大小與磁路無(wú)關(guān)。根據(jù)磁路歐姆定律，磁通不變，磁路的變化（如氣隙大小）直接影響的是勵(lì)磁電流的大小。 （1）在交流鐵心線圈電路中，當(dāng)頻率f、匝數(shù)N 一定時(shí)，主磁通正比與電源電壓U；當(dāng)電源電壓U一定時(shí)，主磁通基本保持恒定。電磁鐵由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成3.3 電磁鐵電磁鐵電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種

11、機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。當(dāng)電源斷開時(shí)電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其它零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動(dòng)作可使其它機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。 直流電磁鐵：直流電磁鐵：用直流電源勵(lì)磁用直流電源勵(lì)磁交流電磁鐵：交流電磁鐵：用交流電源勵(lì)磁用交流電源勵(lì)磁一、直流電磁鐵一、直流電磁鐵1直流電磁鐵的吸力 F=4B02S10 5 式中 B0 為空氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度（Wb/m2）； S 為空氣隙磁場(chǎng)截面積（m2）； F 為電磁鐵的吸力（N）。2.直流電磁鐵特點(diǎn)（1）線圈中的直流勵(lì)磁電流只取決于電源電壓和線圈電阻，是不變的。（2）直流電磁鐵在銜鐵吸合過程中氣隙是逐漸變小的，磁路中磁阻也逐漸變小。二、交流電磁鐵二、交流電磁鐵

12、4.44mUfN 1交流電磁鐵的吸力交流電磁鐵的吸力 F av =2Bm2S10 5 2短路環(huán)短路環(huán) （1）在銜鐵吸合過程中,吸力F 的大小基本不變。（2）勵(lì)磁電流在吸合前后將有很大的變化。吸力隨時(shí)間在零與最大值間變化，銜鐵要發(fā)生振動(dòng)而引起噪聲。 閉合短路銅環(huán)可以有效地消除這種噪聲。 （1）在銜鐵吸合過程中,吸力F 的大小基本不變。（2）勵(lì)磁電流在吸合前后將有很大的變化。3交流電磁鐵特點(diǎn)交流電磁鐵特點(diǎn)由實(shí)驗(yàn)可知，U形交流電磁鐵銜鐵打開時(shí)的勵(lì)磁電流是吸合后的10-15倍。而線圈的允許電流值是按銜鐵吸合后的電流值設(shè)計(jì)的。所以如果線圈得電而銜鐵由于種種原因不能吸合或頻繁操作時(shí)，線圈易過熱甚至燒壞，這

13、也是交流電磁鐵比直流電磁鐵容易燒壞的原因之一。內(nèi)容直流電磁鐵交流電磁鐵鐵心結(jié)構(gòu)整塊軟鋼制成，無(wú)短路環(huán)硅鋼片疊成，有短路環(huán)吸合過程電流不變，吸力由小變大吸力不變，電流由大變減小吸合后無(wú)振動(dòng)有振動(dòng)吸合不好時(shí)線圈不會(huì)過熱線圈會(huì)過熱，可能燒壞直、交流電磁鐵的比較三、電磁鐵在汽車中的應(yīng)用三、電磁鐵在汽車中的應(yīng)用 汽車電控燃油噴射系統(tǒng)中的噴油器 3.4 3.4 變壓器變壓器：變電壓（變電壓（電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)）變電流（變電流（電流互感器電流互感器）變阻抗（變阻抗（電子線路中的阻抗匹配電子線路中的阻抗匹配）經(jīng)濟(jì)地輸電經(jīng)濟(jì)地輸電合理地配電合理地配電安全地用電安全地用電變壓器利用電磁感應(yīng)原理，將一種交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榱?/p>

14、變壓器利用電磁感應(yīng)原理，將一種交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N或幾種頻率相同、大小不同的交流電。一種或幾種頻率相同、大小不同的交流電。例：電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)例：電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：節(jié)能并保證用電安全。具體如下： 發(fā)電廠發(fā)電廠10.5kV輸電線輸電線220kV升壓升壓儀器儀器36V降壓降壓實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室380 / 220V降壓降壓變電站變電站 10kV降壓降壓降壓降壓變壓器的分類變壓器的分類變壓器的磁路變壓器的磁路1u2uLZ1i2i+由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚厚0.35mm 或或 0.5mm鐵心鐵心一次一次繞組繞組N1二次二次繞組

15、繞組N2鐵心鐵心二、二、變壓器的工作原理變壓器的工作原理1u2uLZ1i2i+一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心1. 空載運(yùn)行情況空載運(yùn)行情況0i02i1u+20u+2e+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空載時(shí)，鐵心中主空載時(shí)，鐵心中主磁通磁通 是是由一次繞由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。1m144.4NfE 有效值有效值:2m244. 4NfE 由于電阻由于電阻 R1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)較小較小, 則則11144. 4NfEUm2m22022N4.44fEUU,0IKNNEE

16、UU 2121201結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。2. 負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行1u+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2負(fù)載時(shí)，鐵心負(fù)載時(shí)，鐵心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次繞組磁通勢(shì)共繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成同產(chǎn)生的合成磁通。磁通。 2i2+e2+e 2+u2 dd2tiLe22 2222ZUIZ 1m11 44 4 Nf.EU m10 Nim2211 NiNi+|Z |2i1u2e1i1e1N2N+2u一般情況下：一般情況下：I0 (2

17、3)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。2211 NiNi 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比?；颍夯颍?21011NiNiNi 22Ni102211NiNiNi 空載磁勢(shì)空載磁勢(shì)有載磁勢(shì)有載磁勢(shì)3. 阻抗變換阻抗變換22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 結(jié)論：結(jié)論： 變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +銅耗（可變損耗 ）鐵耗（

18、不變損耗 ）銅耗pcu ：隨負(fù)載電流的變化而變化。鐵耗pFe ：為交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的損耗，包括渦流損耗pe和磁滯損耗ph兩部分。 22121122cucucupppI RI R 2212PPPPCuFepp一般 95% ,負(fù)載為額定負(fù)載的(5075)%時(shí)，最大。當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。 AXax Aax 同極性端用同極性端用“”表示表示。增加增加+四、變壓器同名端四、變壓器同名端 聯(lián)接聯(lián)接 23 Nf.Um2444220 變壓器一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為 110V 的繞組。例例1 1NN1324 NN1324 聯(lián)接聯(lián)接 13，

19、2 4ii Nf.U444110m 當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：220u+110u+電源電壓為電源電壓為110V時(shí)：時(shí)：例例2 如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？結(jié)論：在同名端不明確時(shí)，一定要先測(cè)定再通電。結(jié)論：在同名端不明確時(shí)，一定要先測(cè)定再通電。答答：有可能燒毀變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消兩個(gè)線圈中的磁通抵消原因：電流電流 很大很大11Rui 1111eRiu 感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)0e1324NNi +u1.1.變壓器的型號(hào)變壓器的型號(hào)五、五、變壓器的額定值變壓器的額定值 變壓器額定容量變壓器額定容量(KVA)S:三相三相D:單相單相 變壓器二次側(cè)開路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值單相：U1N ，一次側(cè)電壓， U2N，二次側(cè)空載時(shí)的電壓三相：U1N、U2N，一次、二次側(cè)的線電壓變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。單相：一次、二次側(cè)繞組允許的電流值三相：一次、二次側(cè)繞組線電流傳送功率的最大能力。單相：三相：N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS N1N1NIUS 容量：容量： 21PP 一次側(cè)輸入功率：一次側(cè)輸入功率： cos222IUP 輸出功率：輸出功率： 變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì)變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì) 在汽車的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，汽缸內(nèi)的可燃混合氣體是由高壓電