汽車電工電子基礎(chǔ)-項(xiàng)目三電磁的應(yīng)用

汽車電工電子基礎(chǔ)-項(xiàng)目三電磁的應(yīng)用3.磁場(chǎng)強(qiáng)度在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度H是介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

B與介質(zhì)磁導(dǎo)率

μ之比。

式中

——磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位為A／m。安培環(huán)路定律是指沿空間任意條閉合線L，磁場(chǎng)強(qiáng)度

H的線積分恰好等于該閉合線所包圍的電流的代數(shù)和，如圖3-l所示，用公式表示有

式中

——磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合線(常取磁通作為閉合回路)的線積分；

——穿過閉合回路所圍面積的電流的代數(shù)和。圖3.1安培環(huán)路定律4.磁導(dǎo)率

在磁場(chǎng)中，磁導(dǎo)率μ是表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，它衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。磁導(dǎo)率μ的單位為亨／米(H／m)，真空中的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用μ0表示，即相對(duì)磁導(dǎo)率μ是任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率μ和真空的磁導(dǎo)率μ0的比值。磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H只與電流大小、線圈匝數(shù)以及該點(diǎn)的幾何位置有關(guān)，與磁場(chǎng)媒質(zhì)的磁導(dǎo)率μ無關(guān)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B則與磁場(chǎng)媒質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)。二、磁路分析的方法1.磁路的概念電流具有磁效應(yīng)，變化的磁場(chǎng)又能感生出電流，磁與電是分不開的。如同把電流流過的路徑稱為電路一樣，磁通所通過的路徑稱為磁路。當(dāng)線圈中通電流時(shí)，線圈周圍的空間就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。由于鐵芯的導(dǎo)磁性能比空氣好得多，所以絕大部分磁通在鐵芯中通過，這部分磁通稱為主磁通。圍繞線圈和部分鐵芯及鐵芯周圍空氣的還有少部分磁通，大部分磁通稱漏磁通。圖3.2帶鐵芯的磁路2.磁路的基本定律（1）磁路的歐姆定律磁路中，磁通與產(chǎn)生磁通的磁通勢(shì)NI成正比，與磁路磁阻Rm成反比，這就是磁路的歐姆定律。即

（2）磁路的基爾霍夫定律若磁路由不同材料或不同長(zhǎng)度及截面積的n段組成，則磁路分析計(jì)算的基本公式為

即

上稱為磁路的基爾霍夫定律，它是分析和計(jì)算磁路的基本方法。

例3.1一個(gè)閉合的均勻的鐵芯線圈，匝數(shù)為300，鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為45cm，試求：(1)鐵芯材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電流。(2)鐵芯材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流。解：(1)查鑄鐵材料的磁化曲線，當(dāng)B=0.9T時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H=9000A/m，則(2)查硅鋼片材料的磁化曲線，當(dāng)B=0.9T

時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H=260A/m，則

可見，當(dāng)線圈中通有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵芯材料，可使鐵芯的用鐵量大為降低。任務(wù)2電磁感應(yīng)現(xiàn)象的分析和驗(yàn)證

一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象和電磁感應(yīng)規(guī)律1．基本的電磁感應(yīng)現(xiàn)象

(1)一閉合的導(dǎo)線回路和永久磁鐵之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，回路中出現(xiàn)電流。這種電流稱為感應(yīng)電流。圖3.3實(shí)驗(yàn)一(2)一閉合的導(dǎo)線回路與一載流線圈之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，回路中也出現(xiàn)電流，如圖3.4。結(jié)果與上一實(shí)驗(yàn)相仿，唯一的差別是載流線圈代替了永久磁鐵。(3)閉合回路和載流線圈間雖無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但載流線圈中電流的大小發(fā)生變化，如在圖3.4中，打開或閉合電鍵

，或改變變阻器

的電阻，也都會(huì)使回路中出現(xiàn)感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的大小取決于載流線圈中電流變化的速率。圖3.4實(shí)驗(yàn)二

(4)處在磁場(chǎng)中的閉合導(dǎo)線回路上的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。如在圖3.5中，導(dǎo)線回路上的一段導(dǎo)線

在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，回路中亦產(chǎn)生感應(yīng)電流。圖3.5實(shí)驗(yàn)三2．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及其大小和方向

圖3.8當(dāng)磁場(chǎng)減少時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)相同

圖3.6當(dāng)線圈

中的電流接通（切斷）的瞬間，鋁環(huán)

被斥離（吸向）線圈圖3.7當(dāng)磁場(chǎng)增大時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)相反對(duì)于任一給定回路，其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小正比于回路所圈圍面積的磁感應(yīng)通量的變化率?？傊罅康膶?shí)驗(yàn)表明，閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是企圖使感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)去阻止引起該感應(yīng)電流的磁感應(yīng)通量的變化。這一結(jié)論稱為楞次定律。由于感應(yīng)電流是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生的，實(shí)驗(yàn)中鋁環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向也就顯示了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，因此，楞次定律指出了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。3．法拉第電磁感應(yīng)定律(1)磁感應(yīng)通量Φm>0，如圖3.9所示。

(2)磁感應(yīng)通量

Φm>0，但隨時(shí)間減少，即dΦm/dt<0，如圖3.10所示。

法拉第電磁感應(yīng)定律為

圖3.9當(dāng)Φm>0

，dΦm/dt>0

時(shí)，感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為負(fù)圖3.10當(dāng)

Φm>0，

dΦm/dt<0

時(shí)，感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為正

例2一矩形的閉合導(dǎo)線回路放在均勻磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與回路的面垂直，如圖3.11所示，回路的一條邊ab可以在另外的兩條邊上滑動(dòng)，在滑動(dòng)過程中，保持良好的電接觸。若可動(dòng)邊的長(zhǎng)度為l，滑動(dòng)速度力

v，求回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

圖3.11例2圖取回路面積的正法線方向與磁場(chǎng)的方向一致。則磁場(chǎng)對(duì)回路圈圍面積的磁感應(yīng)通量為由法拉第電磁感應(yīng)定律，因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)正方向由

a到b，上式的負(fù)號(hào)表示滑動(dòng)邊中電流的方向由

b到a。二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的分析與驗(yàn)證1．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)

導(dǎo)體在恒定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。由于動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)起因于磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛侖茲力，因此，導(dǎo)線是否構(gòu)成閉合問路不是一個(gè)本質(zhì)問題。如果回路是閉合的，那么動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)將在回路中引起電流；如果回路不閉合，當(dāng)然不會(huì)引起電流，但運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)依然存在。圖3.15在均勻磁場(chǎng)中作勻速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體桿上的電荷分布及其產(chǎn)生的電場(chǎng)圖3.14當(dāng)導(dǎo)體桿在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿中自由電子受洛倫茲力作用，從而在桿兩端積累起電荷2．感應(yīng)電場(chǎng)及其性質(zhì)感應(yīng)電場(chǎng)是有源場(chǎng)。感應(yīng)電場(chǎng)的性質(zhì)與穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)的性質(zhì)十分相似。由于自然界中不存在磁荷，故磁場(chǎng)是無源場(chǎng)，磁感應(yīng)線是閉合的。在只有感應(yīng)電場(chǎng)分布的空間，亦無電荷存在，因而感應(yīng)電場(chǎng)也是無源場(chǎng)，感應(yīng)電場(chǎng)的電力線也是閉合的。圖3.19渦旋磁場(chǎng)與渦旋電場(chǎng)a）

與

成右手螺旋b）

與

成左手螺旋任務(wù)3變壓器原理分析變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件：初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等。一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器主要由鐵芯和繞組兩部分組成，其外形如圖3.20所示。(a)配電變壓器(b)電力變壓器(c)整流變壓器圖3.20變壓器

圖3.21單相心式變壓器

圖3.22單相殼式變壓器二、變壓器的工作原理

空載運(yùn)行時(shí)，變壓器一次繞組與二次繞組的電壓比就等于一、二次繞組的匝數(shù)比。因此，要使一、二次繞組具有不同的電壓，只要使它們具有不同的匝數(shù)即可，這就是變壓器能夠“變壓”的原理。圖3.23變壓器空載時(shí)的原理圖從以上分析可以看出，變壓器的兩個(gè)繞組之間在電路上沒有聯(lián)系，當(dāng)一次繞組外加交流電壓后，依靠?jī)蓚€(gè)繞組之間的磁耦合和電磁感應(yīng)作用，使二次繞組產(chǎn)生交流電壓。也就是說，變壓器是依靠磁耦合實(shí)現(xiàn)能量傳遞的。三、變壓器進(jìn)行能量傳遞的原理通過一、二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)平衡和電磁感應(yīng)關(guān)系，一次繞組從電源吸收的電功率就傳遞到二次繞組，并輸出給負(fù)載，這就是變壓器進(jìn)行能量傳遞的原理。圖3.24變壓器負(fù)載運(yùn)行四、變壓器的運(yùn)行性能及額定值1．外特性在電源電壓U2和負(fù)載功率因數(shù)不變的條件下,二次繞組的端電壓U2隨一次繞組電流I2的變化關(guān)系稱為變壓器的外特性。對(duì)電阻性或電感性負(fù)載來講，變壓器的外特性是一根微向下傾斜的曲線，如圖3.25所示。由圖3.25可見，外特性下降的程度隨負(fù)載功率因數(shù)的不同而不同，功率因數(shù)愈低，輸出電壓

下降愈大。2．效率和效率特性圖3.26為變壓器的效率特性曲線，由圖可見，效率隨輸出功率而變，并且效率特住曲線是一條有最大值的曲線。中小型變壓器的效率約為95％~98％，大型變壓器的效率—般公99％以上。

圖3.25變壓器的外特性曲線

圖3.26變壓器的效率特性曲線3.變壓器的額定值(1)額定容量

：在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下變壓器輸出視在功率的保證值，稱為額定容量。額定容量用伏安(V·A)或千伏安(kv·A)表示。對(duì)三相變壓器，額定容量是指三相容量之和。

(2)額定電壓

：銘牌規(guī)定的各個(gè)繞組在空載、指定分接開關(guān)位置下的端電壓，稱為額定電壓。額定電壓用伏(V)或千伏(kV)表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓指線電壓。(3)額定電流

：根據(jù)額定容量和額定電壓算出的電流稱為額定電流，以安(A)表示。

(4)額定頻率

：我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50HZ。此外，額定丁作狀態(tài)下變壓器的效率、溫升等數(shù)據(jù)也屬于額定值。

五、自耦變壓器

1．結(jié)構(gòu)前面介紹的變壓器其一、二次繞組是相互絕緣而分繞在同一個(gè)鐵芯上的，稱為雙繞組變壓器壓器，如果把兩個(gè)繞組合成為一個(gè)繞組，二次繞組是一次繞組的一部分，這種具有一個(gè)繞組的變壓器稱為自耦變壓器，如圖3.27所示。在自耦變壓器中，一、二次繞組既有磁的聯(lián)系，又有直接的電的聯(lián)系。a）外形結(jié)構(gòu)圖b）原理圖圖3.27自耦變壓器2．原理

自耦變壓器一、二次繞組之間的電壓關(guān)系和普通兩繞組變壓器一樣。若忽略阻抗壓降，則在自耦變壓器中，一、二次繞組電流之比近似等于兩繞組匝數(shù)的反比，即3．應(yīng)用注意事項(xiàng)六、電壓互感器

電壓互感器的工作原理與小型電力變壓器相同，一次繞組匝數(shù)較多，并聯(lián)在所測(cè)的高壓電路中；二次繞組匝數(shù)較少，測(cè)量?jī)x表、控制回路和指示電路都與二次繞組并聯(lián)。電壓互感器的原理圖如圖3.28所示。注意：運(yùn)行中的電壓互感器二次繞組端嚴(yán)禁短路，否則將會(huì)出現(xiàn)很大的短路電流而降互感器燒毀；同時(shí)，二次繞組的一端應(yīng)和鐵芯一起接地，以防止高壓繞組的絕緣損壞時(shí)，對(duì)低壓側(cè)產(chǎn)生危險(xiǎn)。圖3.28電壓互感器的原理圖任務(wù)四電磁鐵

電磁鐵是利用通電的鐵芯線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定依置的一種電器。銜鐵的動(dòng)作可使其他機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。當(dāng)電源斷開時(shí)，電磁鐵的磁性隨之消失，銜鐵或其他零件即被釋放。電磁鐵可分為線圈、鐵芯及銜鐵三部分，其結(jié)構(gòu)形式通常有圖3.29所示的幾種。（a）

（b）

（c）圖3.29電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式

電磁鐵在生產(chǎn)中的應(yīng)用圖3-30電磁鐵應(yīng)用實(shí)例

圖3.31喇叭繼電器電路圖任務(wù)五汽車常用繼電器1.繼電器的基本結(jié)構(gòu)繼電器在汽車上應(yīng)用廣泛，通常一輛汽車上要有幾十種各種類型的繼電器，如起動(dòng)繼電器、喇叭繼電器、閃光（轉(zhuǎn)向）繼電器、刮雨繼電器等。和一切電器一樣，繼電器結(jié)構(gòu)上也有檢測(cè)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。前者反映繼電器的輸入量，如電磁式繼電器的線圈、熱繼電器的雙金屬片等；后者產(chǎn)生輸出量，如一般繼電器的觸頭。圖3.32繼電器基本結(jié)構(gòu)2.繼電器的分類汽車?yán)^電器按電壓系列分類，有12V和24V兩種；按接線柱（或插片）多少分有3柱、4柱、5柱和6柱等；按觸點(diǎn)狀態(tài)分類有：動(dòng)合繼電器、動(dòng)斷繼電器、混合型繼電器，這三類繼電器的動(dòng)作狀態(tài)如表3.1所示。表3.1繼電器的分類