汽車電工電子第二章

學(xué)習(xí)目標(biāo)：完成本單元的學(xué)習(xí)后，你應(yīng)能：1、掌握各物理量的定義和單位。掌握感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流方向的判定，會計算感應(yīng)電動勢大小。2、深刻理解電磁感應(yīng)的實質(zhì)、重點掌握楞次定律的基本內(nèi)容、理解自感和互感的異同。3.建立磁場的概念并了解磁物質(zhì)的分類?，F(xiàn)在是1頁\一共有47頁\編輯于星期二磁的基礎(chǔ)知識一、電流的磁場1、早在公元前3世紀(jì)，我國就已發(fā)現(xiàn)磁石吸鐵的現(xiàn)象。磁石吸鐵的性質(zhì)稱為磁性。具有磁性的材料稱為磁性材料。通常所說的磁鐵就是一種具有磁性的材料。

現(xiàn)在是2頁\一共有47頁\編輯于星期二一切磁現(xiàn)象都源于電流，永久磁鐵磁性的起源是分子環(huán)流。組成一切物質(zhì)的分子是一個個小環(huán)形電流，物質(zhì)被磁化后，分子環(huán)流規(guī)則排列，從而對外產(chǎn)生磁場。例：

條形磁鐵周圍的磁場U型磁鐵周圍的磁場現(xiàn)在是3頁\一共有47頁\編輯于星期二2、磁場方向規(guī)定：小磁針的N極在磁場中任一點所指的方向為該點的磁場方向。在研究磁場時引入磁感線來形象地描繪磁場分布，磁感線在任一點的切線方向為該點的磁場方向?，F(xiàn)在是4頁\一共有47頁\編輯于星期二磁場的特性1）磁場對處在場內(nèi)的另一截流導(dǎo)體或鐵磁物質(zhì)有力的作用，并能在對磁場作相對運動的導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。2）磁場具有能量。通電直導(dǎo)線和通電線圈的磁場1）對于載流導(dǎo)線所激發(fā)的磁場，電流及其磁場之間的方向關(guān)系可用右手螺旋定則來判斷，即將右手拇指指向電流方向，而彎曲的四肢指向就是磁場方向?，F(xiàn)在是5頁\一共有47頁\編輯于星期二2）對于載流線圈所激發(fā)的磁場，電流及其磁場也滿足右手螺旋定則，即右手握住線圈，是彎曲的四肢指向與線圈中電流的方向一致，則拇指指向即是線圈內(nèi)磁場方向?，F(xiàn)在是6頁\一共有47頁\編輯于星期二二、磁場的基本物理量1、磁感應(yīng)強度和磁通1）磁感應(yīng)強度(B)：磁感應(yīng)強度是表示空間某點磁場強弱與方向的物理量。磁感應(yīng)強度B的方向即為磁場各點的磁場方向，其大小等于與磁感線方向垂直的載有單位電流、單位長度的直導(dǎo)線在該點受到的電磁力，并有

B=ΔF／IΔL若在磁場的各個點上，載流導(dǎo)體受到的電磁力ΔF大小相等，方向相同，則表明磁場中各點的強弱程度相同，即磁感應(yīng)強度相同，這樣的磁場稱為均勻磁場。對于均勻磁場，可用書迷均勻、方向相同的磁感線表示。2）在國際單位制中，磁感應(yīng)強度的單位是T（特斯拉）1T=1Wb/㎡

在工程計算中，采用Gs(高斯)作為磁感應(yīng)強度的單位，1Gs=10-4T現(xiàn)在是7頁\一共有47頁\編輯于星期二2磁通Φ1）在均勻磁場中，磁感應(yīng)強度B的大小與垂直于磁感應(yīng)強度B的某一面積的乘積為磁通：

Φ=B?S2)磁通國際單位制單位是Wb（韋伯），在工程上常用Mx(麥克斯韋)作為磁通的單位，1Mx=10-8Wb3）如果把磁感應(yīng)強度B和磁通Φ與磁感線聯(lián)系起來，則可認(rèn)為磁通在數(shù)值等于垂直穿過該截面的磁感線數(shù)。而磁感應(yīng)強度就等于垂直穿過單位面積的磁感線數(shù)，因此磁感應(yīng)強度又稱磁通密度?，F(xiàn)在是8頁\一共有47頁\編輯于星期二磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，其單位是H/m(亨/米)。真空磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7H/m。在自然界，大多數(shù)物質(zhì)的磁導(dǎo)率近似等于真空的磁導(dǎo)率，只有鎳、鈷及其合金的磁導(dǎo)率μ很大，通常這類物質(zhì)稱為鐵磁物質(zhì)或鐵磁材料。鐵磁材料1、鐵磁材料的磁性能：1）將線圈繞在鐵磁材料上并通入直流電流（勵磁電流）就會產(chǎn)生很大的磁場，這個過程叫磁鐵材料的磁化。2）磁鐵材料在磁化過程中表現(xiàn)出來的特性：1.高磁導(dǎo)性：鐵磁材料的磁導(dǎo)率μ在一般情況下很大，具有很強的被磁化特性。它們在外磁場作用下，能產(chǎn)生遠(yuǎn)大于外磁場的附加磁場。因此，可用較小的電流產(chǎn)生較強的磁場，使線圈的體積、重量都大為減小，電機(jī)、電氣設(shè)備都采用鐵芯就是這個道理。鐵磁材料在電氣設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在是9頁\一共有47頁\編輯于星期二2.剩磁性：鐵磁材料經(jīng)磁化后，若勵磁電流降低為零，鐵磁材料中仍能保留一定的剩磁。3.磁飽和性：勵磁電流變化時鐵磁材料內(nèi)的磁感應(yīng)強度B也隨著變化，當(dāng)勵磁電流增加到某一值時，磁感應(yīng)強度B值的增加極為緩慢，鐵磁材料內(nèi)的磁感應(yīng)強度達(dá)到飽和值Bm。4.磁滯性：鐵磁材料在大小和方向不斷變化的電流作用下進(jìn)行反復(fù)磁化時，在反復(fù)磁化的過程中，B的變化滯后于電流的變化（如當(dāng)電流減小到零時B≠0），而且造成能量損失，即磁滯損耗。2、鐵磁材料的分類1.根據(jù)鐵磁材料的磁性能，常把鐵磁材料分為兩類：1）軟磁性材料。剩磁、磁滯損耗均較小。常用的軟磁性材料有硅鋼片（電工鋼）、鑄鋼和鑄鐵，他們是變壓器、電機(jī)和交流電磁鐵的重要導(dǎo)磁材料。2）硬磁性材料。剩磁、磁滯損耗均較大。硬磁材料被磁化后，能得到很強的剩磁，而不易退磁。這類材料適用于制造永久磁鐵。常用的硬磁性材料有鎢鋼、鋁鎳合金等?，F(xiàn)在是10頁\一共有47頁\編輯于星期二回顧舊知：（2分鐘）

磁場的特性？（關(guān)鍵字）磁場對處于場內(nèi)的載流體有力的作用，并能對磁場中相對運動的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電動勢。磁感應(yīng)強度的概念？磁感應(yīng)強度是描述空間某點磁場強弱與方向的物理量。磁場強度計算公式？B=F/IL鐵磁材料的性質(zhì)？1高導(dǎo)磁性2剩磁性3磁飽和性4磁滯性現(xiàn)在是11頁\一共有47頁\編輯于星期二預(yù)習(xí)課本P28-P31并回答下列問題采用閱讀的方式，畫出重點定義，并提煉課本每小結(jié)的中心思想。將預(yù)習(xí)過程中的無法理解的問題記錄下來。小組討論（5分鐘）與小組內(nèi)成員分享自己的認(rèn)識，并將自己預(yù)習(xí)中遇到的問題提出，尋求小組內(nèi)成員解答。自主預(yù)習(xí)（7分鐘）現(xiàn)在是12頁\一共有47頁\編輯于星期二電磁鐵的定義?（2分鐘）電磁鐵是利用通電的鐵芯吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件工件固定位置的一種電器。電磁鐵的組成？線圈、鐵心、銜鐵。電磁鐵的吸力公式？繼電器的種類？電壓繼電器、電流繼電器、速度繼電器、壓力繼電器、熱繼電器。現(xiàn)在是13頁\一共有47頁\編輯于星期二第二節(jié)電磁鐵和繼電器一、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機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。電磁鐵可分為線圈、鐵心及銜鐵三部分。銜鐵的動作可使其他機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動。當(dāng)電源斷開時，電磁鐵的磁性隨著消失，銜鐵或其他零件被釋放。工業(yè)上利用電磁鐵完成起重、制動、吸持等機(jī)械動作。在自動控制系統(tǒng)中經(jīng)常利用電磁鐵附上觸頭等相應(yīng)部件做成各種繼電器、接觸器、調(diào)整器及驅(qū)動器?，F(xiàn)在是14頁\一共有47頁\編輯于星期二

電磁鐵可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵。直流電磁鐵中，鐵心是用整塊軟鋼制成的，而交流電磁鐵中，為了減小鐵損（磁滯損失和渦流損失），鐵心是由硅鋼片疊成的。（鐵損）2、直流電磁鐵的工作原理電磁鐵的線圈通電后鐵心磁化將銜鐵吸引，鐵心吸引銜鐵的力稱為電磁鐵的吸力，吸力是電磁鐵的重要參數(shù)之一。電磁鐵的線圈兩端加以直流電壓U，則鐵心線圈通電電流為I時，電磁鐵的吸力為F=107SB2/8πF—磁鐵吸力,N;B—氣隙處的磁感應(yīng)強度，T；S—鐵心與銜鐵吸合處的橫截面積，m2必須指出，由于直流電磁鐵的線圈里流過的是直流電流，線圈的電阻要承受全部外加電壓，所以直流電磁鐵的線圈匝數(shù)很多，電阻較大?，F(xiàn)在是15頁\一共有47頁\編輯于星期二電磁鐵在生活中的應(yīng)用1、電磁起重機(jī)：電磁鐵在實際中的應(yīng)用很多，最直接的應(yīng)用就是電磁起重機(jī)。把電磁鐵安裝在吊車上，通電后吸起大量鋼鐵，移動到另一位置后切斷電流，把鋼鐵放下。大型電磁起重機(jī)一次可以吊起幾噸鋼材。同學(xué)們想一想怎么保證它的安全性。自動擋雙離合器實現(xiàn)的原理。2.電鈴：電路閉合，電磁鐵吸引彈性片，使鐵錘向鐵鈴方向運動，鐵錘打擊鐵鈴而發(fā)出聲音，同時電路斷開，電磁鐵沒有了磁性，鐵錘又被彈回，電路閉合。如此不斷重復(fù)，電鈴發(fā)出了持續(xù)的鈴聲。

現(xiàn)在是16頁\一共有47頁\編輯于星期二3、家里的一些電器，如電冰箱、吸塵器上都有電磁鐵。在電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電磁繼電器里也用到電磁鐵。全自動洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水閥門，衛(wèi)生間里感應(yīng)式?jīng)_水器閥門，也都是由電磁鐵控制的。

現(xiàn)在是17頁\一共有47頁\編輯于星期二霍爾鉗形電流表的使用被測電流的導(dǎo)線從此處穿入鉗形表的環(huán)形鐵心手指按下此處，將鉗形表的鐵心張開將被測電流導(dǎo)線逐根夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中

將空調(diào)電源的“三芯護(hù)套線”夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中，鉗形表的示值為多少？為什么？2023/4/1418現(xiàn)在是18頁\一共有47頁\編輯于星期二二繼電器1、繼電器的作用和分類 繼電器是一種根據(jù)某種物理量的變化，使其自身的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的電器。無論繼電器的輸入量是電量或是非電量，繼電器工作的最終目的總是控制觸電的分?jǐn)嗪烷]合。而觸電又是控制電路分?jǐn)嗟?，因此它既可以用來改變控制電路的工作狀態(tài)，按照預(yù)先設(shè)計的控制程序完成預(yù)定的控制任務(wù)，也可以根據(jù)電路狀態(tài)、參數(shù)的改變對電路實現(xiàn)某種保護(hù)。2）繼電器的分類：1，按輸入信號可分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器等；2，按工作原理可分為電磁繼電器、感應(yīng)繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器、熱繼電器等?，F(xiàn)在是19頁\一共有47頁\編輯于星期二電磁式繼電器的組成和工作原理1、在汽車電氣設(shè)備中觸電式電壓調(diào)節(jié)器、代起動繼電器的電磁操縱強制齒合式起動機(jī)等都用到電磁式繼電器。 電磁式繼電器由電磁機(jī)構(gòu)和觸點系統(tǒng)組成?，F(xiàn)在是20頁\一共有47頁\編輯于星期二電磁式繼電器的典型結(jié)構(gòu)按其在電路中的連接方式，可分為電流繼電器、電壓繼電器和中間繼電器現(xiàn)在是21頁\一共有47頁\編輯于星期二

電磁式電流式繼電器的線圈串于被測電路中，根據(jù)電流變化而動作。電磁式電壓繼電器把線圈并接于被測電路中，線圈的匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)、阻抗大。繼電器根據(jù)所接線路電壓值的變化，處于吸合或釋放狀態(tài)。中間繼電器實質(zhì)上是電壓繼電器，只是觸電數(shù)量多，容量也大，當(dāng)電壓繼電器、電流繼電氣的觸電容量不夠時，可以利用中間繼電器作功率放大；當(dāng)觸電數(shù)量不夠時，也可以利用中間繼電器增加觸點數(shù)量以控制多條回路。試做一個用12V電壓控制120V電路的，電路圖?，F(xiàn)在是22頁\一共有47頁\編輯于星期二三汽車?yán)入娐番F(xiàn)代汽車上都裝有喇叭，它的用途主要是在行駛時根據(jù)需要和規(guī)定，發(fā)出必要的音響信號，警告行人和其他車輛，以保證交通安全；同時還可以用于催行和傳遞信息。1、電喇叭的構(gòu)造：電喇叭的特點是以蓄電池為電源，通過電磁圈或電磁電路激勵喇叭膜片振動而發(fā)出聲音，按其外部性狀的不同分為螺旋形、盆形和長筒形?，F(xiàn)在是23頁\一共有47頁\編輯于星期二電喇叭的構(gòu)造：現(xiàn)在是24頁\一共有47頁\編輯于星期二電喇叭的工作原理：按下喇叭按鈕即接通電路，電流由鉛蓄電池正極經(jīng)熔斷器流入繼電器線圈后，通過觸電和喇叭按鈕搭鐵，回到蓄電池負(fù)極。電磁鐵心產(chǎn)生電磁力吸引動盤使膜片向下拱曲。與此同時，中心桿頂端的音量調(diào)整螺母將動觸點打開，切斷電路，鐵心電磁力消失，在彈簧片的作用下，動盤向上移動使膜片也向上拱曲，觸電又閉合，電磁力有吸引力動盤使膜片向下拱曲。如此反復(fù)，膜片不斷上下拱曲而產(chǎn)生振動，發(fā)出聲波由揚聲器導(dǎo)出。通過調(diào)整動盤與鐵心的氣隙大小，可以調(diào)整音調(diào)?，F(xiàn)在是25頁\一共有47頁\編輯于星期二當(dāng)堂達(dá)標(biāo)現(xiàn)在是26頁\一共有47頁\編輯于星期二當(dāng)堂達(dá)標(biāo)現(xiàn)在是27頁\一共有47頁\編輯于星期二本節(jié)小結(jié)電磁鐵的分類。電磁鐵的幾種形式。直流電磁鐵的工作原理和吸力大小的計算。繼電器的作用和分類。汽車?yán)入娐返墓ぷ髟怼，F(xiàn)在是28頁\一共有47頁\編輯于星期二第三節(jié)電磁感應(yīng)電流可以產(chǎn)生磁場，那么反過來，磁場是否能產(chǎn)生電流呢？英國物理學(xué)家法拉第對這個問題探究了10年，于1831年發(fā)現(xiàn)磁場在一定條件下能使導(dǎo)體產(chǎn)生電流。這類現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)不僅深刻地揭示了電和磁之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)一步推動了電磁理論的發(fā)展，而且在生產(chǎn)技術(shù)具有劃時代的意義。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，人們設(shè)計并制造了發(fā)電機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)和變壓器等設(shè)備?，F(xiàn)在是29頁\一共有47頁\編輯于星期二視頻回顧：結(jié)論：只要ΔΦ≠0就有電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生

現(xiàn)在是30頁\一共有47頁\編輯于星期二以上兩個實驗證明：當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運動或通過線圈的磁通量發(fā)生變化時，導(dǎo)體或線圈中就會產(chǎn)生電動勢。這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢，有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。現(xiàn)在是31頁\一共有47頁\編輯于星期二問題2現(xiàn)在是32頁\一共有47頁\編輯于星期二分析：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，既然閉合回路中有感應(yīng)電流，那么這回路中就一定有電動勢。電路斷開時，雖然沒有感應(yīng)電流，電動勢依然存在。一、直導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢1、感應(yīng)電動勢的方向：作切割磁感線運動的導(dǎo)體，其產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則來確定：平伸右手，拇指與四指垂直，讓磁感線垂直穿過手心，拇指指向運動方向，四指所指方向就是感應(yīng)電動勢的方向（或是感應(yīng)電流的方向）2、判斷感應(yīng)電動勢方向時要把導(dǎo)體看成一個電源，在導(dǎo)體內(nèi)部，感應(yīng)電動勢方向由負(fù)極指向正極。感應(yīng)電流方向與感應(yīng)電動勢方向相同。當(dāng)直導(dǎo)體沒有形成閉合回路時，導(dǎo)體中只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，不產(chǎn)生感應(yīng)電流?，F(xiàn)在是33頁\一共有47頁\編輯于星期二感應(yīng)電動勢的大?。簩嶒炞C明：在均勻磁場中，做切割磁感線運動的直導(dǎo)體，其感應(yīng)電動勢e的大小與磁感應(yīng)強度B、導(dǎo)體的有效長度l、導(dǎo)體的運動速度v以及導(dǎo)體運動方向與磁感線方向之間夾角α的正弦值成正比，即：

e=Blvsinα例題1：如圖所示的均勻磁場中，B=0.4T，導(dǎo)體ab長L=40cm，電阻Rab=0.5Ω，框架電阻不計，當(dāng)導(dǎo)體ab以V=5m/s，勻速向左運動時，電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流？現(xiàn)在是34頁\一共有47頁\編輯于星期二例題2：如圖2-7所示，受外力作用的直導(dǎo)體AB，在均勻磁場中以v=20m/s的速度做勻速直線運動。設(shè)B=1T，導(dǎo)體有效長度L=0.5m，導(dǎo)體電阻R0=1Ω，負(fù)載電阻R=9Ω。失球?qū)wAB中的感應(yīng)電動勢e和電流I及作用于導(dǎo)體的外力F外現(xiàn)在是35頁\一共有47頁\編輯于星期二該例說明：當(dāng)外力使導(dǎo)體作切割磁感線運動時，外力克服電磁力作功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，這就是發(fā)電機(jī)的工作原理?，F(xiàn)在是36頁\一共有47頁\編輯于星期二線圈中的感應(yīng)電動勢上節(jié)回顧：

當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運動或通過線圈的磁通量發(fā)生變化時，導(dǎo)體或線圈中就會產(chǎn)生電動勢。這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢，由感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。1、做切割磁感線運動的導(dǎo)體，其產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則來確定：平伸右手，拇指與四指垂直，讓磁感線垂直穿過手心，拇指指向運動方向，四指所指方向就是感應(yīng)電動勢的方向。2、感應(yīng)電動勢的大?。?/p>

e=Blvsinα現(xiàn)在是37頁\一共有47頁\編輯于星期二線圈中的感應(yīng)電動勢1、感應(yīng)電動勢的方向線圈中的磁通量發(fā)生變化時，線圈就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢的方向由楞次定律和右手螺旋定則來判定。楞次通過大量的實驗證明：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是企圖阻礙原磁通的變化。即：當(dāng)線圈中的磁通量要增加時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向與原磁通方向相反；若線圈中原來的磁通量減少，則感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向與原磁通方向一致?，F(xiàn)在是38頁\一共有47頁\編輯于星期二用楞次定律和右手螺旋法則判定感應(yīng)電動勢方向一般要經(jīng)過四個步驟：（1）先判斷出原磁通的方向；（2）判斷穿過線圈的磁通的變化情況（增加或減少）；（3）用楞次定律判斷出線圈中感應(yīng)電流的磁通方向；（4）用右手螺旋法則判斷出感應(yīng)電流方向。

現(xiàn)在是39頁\一共有47頁\編輯于星期二根據(jù)原磁通方向用右手螺旋法則判斷一個感應(yīng)電流的參考方向（用右手握住線圈，使拇指與原磁通方向一致，則四個指頭所指方向即為線圈中感應(yīng)電流的參考方向。）；根據(jù)穿過線圈的磁通變化情況確定線圈中感應(yīng)電流的實際方向（若穿過線圈的磁通增加，則感應(yīng)電流的實際方向與參考方向相反；若穿過線圈的磁通減少，則感應(yīng)電流的實際方向與參考方向相同。）

現(xiàn)在是40頁\一共有47頁\編輯于星期二

2、感應(yīng)電動勢的大小線圈中感應(yīng)電動勢的大小與線圈磁通量的變化率和線圈匝數(shù)N成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式：式中的負(fù)號表示感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通總是企圖阻礙原磁通的變化。例題：現(xiàn)在是41頁\一共有47頁\編輯于星期二自感1、自感現(xiàn)象右面?zhèn)z圖有啥不同呀？由通入線圈的電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象。由自感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為自感電動勢，用符號eL表示?，F(xiàn)在是42頁\一共有47頁\編輯于星期二自感系數(shù)2、自感系數(shù)自感系數(shù)是用來描述線圈產(chǎn)生自感磁通本領(lǐng)的物理量。定義線圈中的磁鏈與產(chǎn)生該磁鏈的電流比值稱為自感系數(shù)，又稱電感。用符號L表示。那么：L=Ψ/I（L