汽车电工电子模块三磁电路与车用电磁元件

1、课程： 汽车电工电子技术基础 http:/ 磁电路及车用电磁元件,授课教师：杨青青,课题1 磁电路及变压器,1.磁路的组成 2.磁路欧姆定律 3.变压器,一、 磁路,实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电子技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。,磁路中有很短的空气隙,同一种铁磁材料组成，各段截面积基本相等,也有空气隙，磁路材料不一定相同,同一种铁磁材料组成，各段截面积基本相等,也有空气隙，磁路材料不一定相同,磁路：主磁通所经过的闭合路径。（限定在铁心范围内的磁通路径）,磁路及铁心线圈,1. 磁路的形成,线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。,2.电磁铁吸合过程的分析：,在吸合过程中若外加电压不变, 则 基本不变。,i,u,1.磁场的基本物理量,1）磁感应强度 磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。它是一个矢量，其方向与该点磁力线切线方向一致，与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右手螺旋定则。若磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同，则为均匀磁场。在国际单位制中磁感应强度的单位是特斯拉(T)，简称特。,2）磁通 在

2、均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通，即,3）磁导率 磁导率是表示物质导磁性能的物理量，它的单位是亨米(H/m) 。真空的磁导率。4 x10-7 H/m。任意一种物质的磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率，用r来表示，即,4）磁场强度 H 为了计算方便，引入磁场强度的概念，并把它定义为磁感应强度B与该处物质的磁导率之比，即,5）磁动势（F） 电流流过导体所产生磁通量的势力，是用来度量磁场或电磁场的一种量，类似于电场中的电动势或电压。,6）磁阻（ ）,称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用。 L为磁路的平均长度 S为磁路的截面积 为磁路材料的磁导率,2磁路欧姆定律,因铁磁物质的磁阻Rm不是常数，它会随励磁电流I的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。,二、 变压器,变压器功能：,变压器应用举例,单相变压器原理图,1. 变压器的基本结构和工作原理,(1) 结构：主要由铁心（磁路）和绕组（电路）两部分组成。,结构形式,心式 壳式,铁心 绕组,铁心,一次绕组N1,工作过程：,二次绕组N2,变压器的基本结构,1铁心

3、 铁心构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分组成，铁心柱上套装变压器绕组，铁轭起连接铁心柱使磁路闭合的作用。,2绕组（线圈） 变压器的线圈通常称为绕组，它是变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。,在变压器中，接到高压电网的绕组称高压绕组，接到低压电网的绕组称低压绕组。按高压绕组和低压绕组的相互位置和形状不同，绕组可分为同心式和交叠式两种。,变压器的工作原理,变压器是利用电磁感应原理工作的，变压器的主要部件是铁心和绕组。两个互相绝缘且匝数不同的绕组分别套装在铁心上，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，其中接电源u1的绕组称为一次绕组（曾称为原绕组、初级绕组），用于接负载的绕组称为二次绕组（曾称为副绕组、次级绕组）。,变压器的工作原理,原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动势e1 ，漏磁电动势e1；副绕组匝数为N2 ，电压u2 ，电流i2 ，主磁电动势e2 ，漏磁电动势e2 。,1电压变换,原绕组的电压方程：,副绕组的电压方程：,忽略电阻R1和漏抗X1的电压，则：,k称为变压器的变比

4、。,某单相变压器的额定电压为10 000/230 V，接在 10 000 V 的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为 0.03。求变压器的电压比及空载和满载时的二次电压。 解：,例1,电压比：,= 43.5,空载电压：,= 230 V,满载电压:,= 223 V,U20 = U2N,U2 = U2N (1U ) = 230(10.03),三相变压器的两种接法及电压的变换关系,2电流变换,由U1E1=4.44N1fm可知，U1和f不变时，E1和m也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即：,空载电流i0很小，可忽略不计。,例1中的变压器，当 |ZL| = 0.966 时，变压器正好满载。求该变压器的电流。 解：,例2,= 224 A,= 5.15 A,3阻抗变换,设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为|Z|，则：,Z反映到原绕组的阻抗模|Z|为：,一只电阻为 8 的扬声器（喇叭），需要把电阻提高到 800 才可以接入半导体收音机的输出端。问：应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配

5、。 解：,例3,= 10,R = k2 RL,变压器线圈极性的测定,(1)同极性端的测定,毫安表的指针正偏1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。,U13=U12U34时1和3是同极性端； U13=U12U34时1和4是同极性端。,将2和4点连起来。在它的原绕组上加适当的交流电压，副绕组开路。工厂中常用36V照明变压器输出的36V交流电压进行测试，测试时方便又安全。 用电压表分别测出原边电压、副边电压和1-3两端电压。 采用这种方法，应使电压表的量限大于,接通开关，在通电瞬间，注意观察电流计指针的偏转方向，如果电流计的指针正方向偏转，则表示变压器接电池正极的端头和接电流计正极的端头为同名端（1、3）；如果电流计的指针负方向偏转，则表示变压器接电池正极的端头和接电流计负极的端头为同名端（2、4）。 采用这种方法，应将高压绕组接电池，以减少电能的消耗，而将低压绕组接电流计，减少对电流计的冲击。,变压器线圈极性的测定,(2)同极性端的标记、变压器的符号,黑点代表同名端,3.变压器的主要参数,1）变压比 n 2）额定功率 3）频率特性 变压器有一定的工作频率范围，不同工作频率范围的变压器，一般

6、不能互换使用 4）效率 与输出功率成正比,1.自耦变压器,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。,4. 常用车用变压器,2. 电压互感器：用低量程的电压表测高电压， 电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表 及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。用于将高电压变换成低电压。使用时 副绕组不允许短路。,被测电压=电压表读数 N1/N2,电压表,3. 电流互感器：用低量程的电流表测大电流 原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多， 与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。用于将大电流变换为小电流。 使用时副绕组电路不允许开路。,被测电流=电流表读数 N2/N1,1. 副边不能开路，以 防产生高电压； 2. 铁心、低压绕组的 一端 接地，以防在 绝缘损坏时，在副 边出现过压。,使用注意事项：,变压器内部,附录：变压器相关图片,电源用变压器,电源隔离变压器,自耦调压器,单相变压器,全密封

7、配电变压器（10 kV）,S9 型配电变压器（10 kV）,S9 型配电变压器（10 kV）,大型电力油浸变压器 (110 kV),大型电力油浸变压器,上一页,下一页,返 回,树脂浇注干式变压器,干式变压器,整流变压器,课题2 点火线圈,1.点火线圈结构原理 2.点火线圈电路 3.能分析点火线圈的电路,在汽油发动机中，气缸内的混合气是由高压电火花点燃的，而产生电火花的功能是由点火系来完成的。 点火系将电源的低电压变成高电压，再按照发动机点火顺序轮流送至各气缸，点燃压缩混合气；并能适应发动机工况和使用条件的变化，自动调节点火时刻，实现可靠而准确的点火；还能在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时刻。,传统点火系统,传统点火系的组成由电源（蓄电池、发电机）、点火开关、点火线圈、分电器（断电器、配电器、电容器）、火花塞、高压导线、附加电阻等组成。,二、点火系电路,主要包括： 1、电源 由蓄电池或发电机供给点火系统工作所需的电能。 2、点火线圈 将电源提供的12 V低压电变成1520 kV的高压电。 3、分电器 由断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分组成。各部分作用如下： 断电器：接通

8、与切断点火线圈初级电路。 配电器：将点火线圈产生的高压电按气缸的工作顺序送至各缸火花塞。 电容器：减小断电器触点火花，延长触点使用寿命并提高次级电压。 点火提前机构：随发动机转速、负荷和汽油辛烷值变化改变点火提前角。,传统点火系统的组成,主要包括： 4、火花塞 产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气。 5、点火开关 控制点火线圈的初级电路。 6、附加电阻 稳定点火线圈的初级电流，改善点火性能和起动性能。,传统点火系统的组成,传统点火系统组成,传统点火系统的工作原理,利用电磁感应原理，把来自蓄电池或发动机的12V低压电， 经点火线圈和断电器转变为1520V高压电，由分电器按 一定规律送入各缸火花塞，击穿其电极间隙而点燃混合气。,传统点火系统的工作原理,低压电路,传统点火系的电路可分为低压电路和高压电路2部分。 低压电路的作用是控制点火线圈初级电路的通断，使点火线圈内磁场产生突变而使点火线圈次级绕组产生高压电。 低压电路主要包括：蓄电池、电流表（有些车辆没有）、点火开关、附加电阻、点火线圈初级绕组、断电器、容电器等。 高压电路的作用是在点火线圈初级电路被切断时感生出高压电，击穿火花塞间隙，点燃

9、可燃混合气。 次级电路主要包括：点火线圈次级绕组、中心高压线、配电器、分缸高压线、火花塞等。,传统点火系统的工作原理,4.2.2 传统点火系统的工作原理,传统点火系统的工作原理如图所示。 发动机工作时，由发动机凸轮轴以11的传动关系驱动分电器轴。分电器上的凸轮使断电器触点交替地闭合和打开。当触点闭合时，接通点火线圈初级绕组的电路；当触点打开时，切断点火线圈初级绕组的电路，使点火线圈的次级绕组中产生高压电；经火花塞的电极产生电火花，点燃混合气。其工作过程可分为三个阶段。,传统点火系统的工作原理,二、传统点火系的工作原理,基本工作过程如下： （1） 触点闭合 一次侧电流增长 初级线圈电流 按指数规律增长,传统点火系的工作原理,（2） 触点分开 下降为0，一次绕阻产生自感电动势200300V 二次绕阻产生更高电动势，互感作用，1520Kv,传统点火系的工作原理,（3） 火花塞被击穿 放电：电容放电 大电流，短时间 电感放电 小电流，时间较长,附加电阻,附加电阻也称热敏电阻，它由低碳钢丝、镍铬丝或纯镍丝制成，具有温度升高时电阻迅速增大、温度降低时电阻迅速减小的特点。发动机工作时，利用附加电阻这一特点自动调节初级电流，可以改善点火系的工作特性。,传统点火系统的工作过程,1、触点闭合，一次侧电流增长（20ms达最大值）,2、触点分开，二次侧绕组中因电磁感应产生高压电 当触点分开，一次侧电路切断，电流迅速下降为0，在初级绕组和次级绕组中产生感应电动势 初级线圈匝数少：200300V 自感 次级线圈匝数多：1520KV 互感,传统点火系统的工作过程,当二次侧电压U2 击穿电压 Uj时，击穿放电，形成电火花，产生电流迅速增加，电压急剧下降。,3、火花塞电极间隙被击穿，产生电火花，点燃混合气,传统点火系统的工作原理,利用电磁感应原理，把来自蓄电池或发动机的12V低压电， 经

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