汽車(chē)電工電子技術(shù)3

汽車(chē)電工電子技術(shù)汽車(chē)磁路及電磁元件項(xiàng)目三任務(wù)一磁場(chǎng)認(rèn)知一、磁場(chǎng)的基本物理量（一）磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱磁感強(qiáng)度，它是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱（磁力線的多少）和磁場(chǎng)方向（磁力線的方向）的物理量，是一個(gè)矢量，用字母B表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與電流的方向之間符合右手螺旋定則。磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小定義為：將長(zhǎng)度為l的直導(dǎo)體垂直放入磁場(chǎng)中，通過(guò)的電流為I，受到的電磁力為F，則磁感應(yīng)強(qiáng)度為

（3-1）（二）磁通量通過(guò)與磁場(chǎng)方向垂直的某一面積上的磁力線的總數(shù)，稱為該面積上的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通，用字母表示，單位為是Wb（韋伯）。磁通量是一個(gè)標(biāo)量，在均勻磁場(chǎng)中，有或

（3-2）當(dāng)實(shí)際截面與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，要考慮在垂直于磁場(chǎng)方向上的投影面積，如圖3-1所示。

（a）截面與磁場(chǎng)方向垂直（b）截面與磁場(chǎng)方向不垂直

圖3-1實(shí)際截面與磁場(chǎng)方向（三）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率就是用來(lái)表征不同介質(zhì)材料的導(dǎo)磁性能的物理量，常用符號(hào)表示。為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，或稱絕對(duì)磁導(dǎo)率。單位為H/m（亨利/米）。為便于比較各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，將任一材料的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值稱為相對(duì)磁導(dǎo)率，用表示，即

（3-3）（四）磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H等于該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁導(dǎo)率之比，用公式表示為

（3-4）（五）磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力在均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)通電直導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，直導(dǎo)體受到的電磁力F的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)體中電流I以及導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度l成正比，用公式表示為

（3-5）當(dāng)直導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向時(shí)，導(dǎo)體受到的電磁力最大；當(dāng)直導(dǎo)體平行于磁場(chǎng)方向時(shí)，直導(dǎo)體不受電磁力；當(dāng)直導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向成角時(shí)（如圖3-2所示），直導(dǎo)體所受的電磁力為

（3-6）圖3-2直導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向成

角二、磁路磁路一般由產(chǎn)生磁場(chǎng)的通電線圈（又稱勵(lì)磁線圈）、軟磁材料制成的鐵芯，以及適當(dāng)大小的空氣間隙組成。在有些場(chǎng)合，也有用永磁體作為磁場(chǎng)的激勵(lì)源，其作用相當(dāng)于通有電流的勵(lì)磁線圈。如圖3-3所示是幾種常見(jiàn)電器設(shè)備的磁路圖。（a）電磁鐵磁路

（b）變壓器磁路

（c）磁電式電表磁路圖3-3幾種常見(jiàn)電器設(shè)備的磁路（一）磁通勢(shì)通電線圈的電流I與線圈匝數(shù)N的乘積，稱為磁通勢(shì)（或磁動(dòng)勢(shì)），用表示，用公式表示為

（3-7）由鐵磁性材料制成的一個(gè)理想磁路（無(wú)漏磁）如圖3-4所示。圖3-4鐵磁性材料的理想磁路（二）磁阻實(shí)驗(yàn)證明，磁路中磁阻的大小與磁路的長(zhǎng)度成正比，與磁路的橫截面積成反比，并與構(gòu)成磁路的材料性質(zhì)有關(guān)，用公式表示為

（3-8）（三）磁路歐姆定律類似于電路的歐姆定律，磁路中也有歐姆定律，稱為磁路歐姆定律。它的內(nèi)容是：通過(guò)磁路的磁通與磁通勢(shì)成正比，與磁阻成反比，即

（3-9）如圖3-5所示，將電路和磁路的圖形以及某些物理量進(jìn)行比較，在表3-2中列出了它們相應(yīng)的對(duì)照關(guān)系。

（a）電路圖

（b）磁路圖圖3-5電路圖與磁路圖的比較三、鐵磁性材料（一）鐵磁性材料的磁化性能1．高導(dǎo)磁性

（a）鐵磁性材料的原始狀態(tài)（b）受外磁場(chǎng)影響（c）外磁場(chǎng)撤去后圖3-6鐵磁性材料的磁化2．磁飽和性如圖3-7所示，鐵磁性材料的這種性質(zhì)可用磁化曲線——曲線來(lái)加以說(shuō)明。圖3-7磁化曲線3．磁滯性B的變化總是落后于H的變化，這就是磁滯現(xiàn)象。鐵磁性材料反復(fù)磁化后得到的這種近似于對(duì)稱的閉合曲線稱為磁滯曲線，也稱磁滯回線，如圖3-8所示。

圖3-8磁滯曲線

改變交變磁場(chǎng)強(qiáng)度H的幅值，即可得到一系列大小不同的磁滯回線，把這些磁滯回線的頂點(diǎn)連接起來(lái)得到的磁化曲線稱為基本磁化曲線，如圖3-9所示。圖3-9基本磁化曲線（二）鐵磁性材料的分類123硬磁性材料軟磁性材料矩磁性材料

（a）硬磁性材料

（b）軟磁性材料

（c）矩磁性材料圖3-10鐵磁性材料的分類任務(wù)二變壓器認(rèn)知一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的主要組成部件為鐵芯和繞組線圈，其外形、基本結(jié)構(gòu)和表示符號(hào)如圖3-11所示，T是它的文字符號(hào)。

（a）外形圖

（b）結(jié)構(gòu)圖

（c）表示符號(hào)圖3-11變壓器的外形、結(jié)構(gòu)和符號(hào)鐵芯構(gòu)成變壓器的主磁路，同時(shí)本身又作為線圈的支撐骨架。為了減少磁通變化時(shí)所引起的磁滯損耗和渦流損失，變壓器的鐵芯一般用厚度為0.35～0.5mm的硅鋼片交錯(cuò)疊成，并且片間要用絕緣漆隔開(kāi)。如圖3-12所示為幾種常見(jiàn)的鐵芯形狀。圖3-12鐵芯的形狀按照鐵芯結(jié)構(gòu)的不同，變壓器可分為心式和殼式兩種。心式變壓器的繞組包圍鐵芯，而殼式變壓器的鐵芯包圍繞組，如圖3-13所示。

（a）心式變壓器

（b）殼式變壓器圖3-13心式和殼式變壓器二、變壓器的工作原理如圖3-14所示，使變壓器空載運(yùn)行，此時(shí)鐵芯中產(chǎn)生的交變磁通同時(shí)穿過(guò)原繞組和副繞組，可認(rèn)為穿過(guò)原、副繞組的交變磁通相同，所以這兩個(gè)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就相等。圖3-14變壓器空載運(yùn)行（一）變換交流電壓電動(dòng)勢(shì)有效值與匝數(shù)的關(guān)系為

（3-10）忽略線圈的內(nèi)阻，則

（3-11）（二）變換交流電流如圖3-15所示，假設(shè)變壓器帶負(fù)載工作時(shí)，忽略繞組電阻和鐵芯產(chǎn)生渦流而損失的能量，則這個(gè)變壓器稱為理想變壓器，它從電網(wǎng)中獲得的功率等于其輸出的功率，即，由交流電功率的公式可得圖3-15變壓器負(fù)載運(yùn)行因?yàn)樽儔浩鳛槔硐胱儔浩?，則因此

（3-12）（三）變換交流阻抗設(shè)變壓器的初級(jí)輸入阻抗為，次級(jí)負(fù)載阻抗為，則

（3-13）例3-1有一電壓比為220/110V的降壓變壓器，如果次級(jí)接上的電阻，求變壓器初級(jí)的輸入阻抗是多少？解1

次級(jí)電流初級(jí)電流輸入阻抗

解2變壓比

輸入阻抗

三、變壓器的功率和效率變壓器的功率消耗等于輸入功率和輸出功率的差，即

（3-14）（一）變壓器的功率（二）變壓器的效率變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即

（3-15）

例3-2已知一臺(tái)變壓器的初級(jí)電壓為1100V，次級(jí)電壓為220V，在接純電阻性負(fù)載時(shí)，測(cè)得次級(jí)電流為5A，變壓器的效率為90%。試求它的損耗功率、初級(jí)功率和初級(jí)電流。解次級(jí)負(fù)載功率

初級(jí)功率

損耗功率

初級(jí)電流

四、變壓器在汽車(chē)上的應(yīng)用在汽車(chē)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中，一個(gè)重要的裝置是點(diǎn)火系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的點(diǎn)火次序，在壓縮沖程快要結(jié)束時(shí)，定時(shí)地供給火花塞以足夠高能量的高壓電（15000～30000V），使火花塞產(chǎn)生足夠強(qiáng)的火花，以點(diǎn)燃可燃混合氣，推動(dòng)氣缸活塞工作，如圖3-16所示。圖3-16汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)（一）點(diǎn)火線圈的結(jié)構(gòu)點(diǎn)火線圈的結(jié)構(gòu)如圖3-17所示。

（a）開(kāi)磁路點(diǎn)火線圈

（b）閉磁路點(diǎn)火線圈圖3-17汽車(chē)點(diǎn)火線圈的結(jié)構(gòu)（二）點(diǎn)火線圈的工作原理（三）點(diǎn)火線圈的分類點(diǎn)火線圈按磁路的結(jié)構(gòu)形式不同，分為開(kāi)磁路點(diǎn)火線圈和閉磁路點(diǎn)火線圈兩種。

（a）開(kāi)磁路點(diǎn)火線圈的磁路

（b）閉磁路點(diǎn)火線圈的磁路圖3-18汽車(chē)點(diǎn)火線圈的磁路任務(wù)三汽車(chē)常見(jiàn)電磁元件一、汽車(chē)電磁閥（一）電磁閥的結(jié)構(gòu)電磁閥是一類可控制流體方向的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，它屬于執(zhí)行器。圖3-20電磁閥的結(jié)構(gòu)（二）電磁閥的分類（三）電磁閥符號(hào)的含義1．與電磁閥有關(guān)的幾個(gè)概念2．電磁閥符號(hào)的其他含義圖3-21二位三通電磁閥的電氣符號(hào)圖（四）電磁閥的工作原理1．初始（失電）狀態(tài)圖3-22二位三通電磁閥的初始狀態(tài)2．得電狀態(tài)圖3-23二位三通電磁閥的得電狀態(tài)（五）電磁閥在汽車(chē)上的應(yīng)用碳罐電磁閥隸屬于汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)（EVAP）的一部分，汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的組成如圖3-24所示。圖3-24汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的組成二、汽車(chē)?yán)^電器（一）繼電器概述圖3-25繼電器的工作過(guò)程（二）繼電器的分類（三）繼電器的工作原理1．電磁式繼電器電磁式繼電器主要由鐵芯、電磁線圈、銜鐵和觸點(diǎn)等組成，其結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖3-26所示。（a）常開(kāi)型