第4章--汽车电工电子技术课件

机械工业出版社第1章汽车常用电器元器件第2章汽车电路基础第3章正弦交流电路第4章磁路及电磁器件第5章二极管与晶体管控制电路第6章发电机与电动机第7章数字电路基础第8章汽车电子控制技术简介掌握电磁基本理论、磁场基本物理量了解磁路基本概念、常用设备磁路掌握电磁铁、继电器的结构和工作原理理解继电器在汽车上的典型应用掌握变压器的结构和工作原理理解点火线圈的工作方式和工作原理了解汽车点火系统第4章磁路及电磁器件磁场和磁路4.1电磁感应现象4.2电磁铁和继电器4.3变压器4.4点火线圈与汽车点火系4.54.1磁场和磁路1．掌握电磁基本理论及磁场基本物理量。2．理解磁路及铁磁材料性质。3．熟悉汽车上常用电磁设备的磁路。4．能够运用电磁基本理论分析制动油面开关的控制过程。磁性是物质能吸引铁、钴、镍等金属的特性。具有磁性的物体称为磁体。4.1.1磁场1．磁体自然界中表现磁场现象比较强的物体，称为磁铁。磁铁的两端磁性最强，叫做磁极。汽车上使用两种类型的人造磁铁，永久磁铁和暂时磁铁。1）磁铁具有极性。3）磁化现象及剩磁。2）磁极之间有相互作用力，称为磁力。2．磁铁的主要性能1）磁场是存在于磁铁周围的一种特殊物质。磁场的方向：小磁针在磁场中某点静止时N极所指的方向为该点的磁场方向。2）磁力线为了形象地描述磁场的强弱和方向，我们在磁场里画出一系列有方向的曲线，并使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致，这些曲线叫做磁感线。3．磁场图4-1磁铁磁场的磁感线分布a)条形磁铁磁感线b)马蹄形磁铁磁感线1.通电直导体产生的磁场，如图4-2a所示。2.通电螺线管的磁场，如图4-2b所示。4.1.2电流产生的磁场图4-2电流周围磁场的磁感线a)直线电流磁场磁感线b)通电螺线管磁场磁感线4.1.3磁场基本物理量（1）磁感应强度B磁感应强度B是用来表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量。（2）磁通磁感应强度B与垂直于磁场方向某截面面积S的乘积，称为通过该面积的磁通。如果不是匀强磁场，B取其平均值。IlFBSB（3）磁通链磁通链就是磁通量乘以线圈的匝数。（4）磁场强度H磁场强度H是线圈安匝数的一个表征量，用来表征磁场强弱和产生磁场的电流之间的关系。NBH（5）磁导率磁导率用来衡量物质导磁性能的不同。相对磁导率来表示物质的导磁性能，即物质的磁导率与真空的磁导率的比值0rm/H70104真空的磁导率是一个常数（1）高导磁性铁磁性材料的磁导率很高，具有较高的导磁性。4.1.4铁磁性材料的性质和用途图4-3铁磁性材料有无外磁场作用的磁性a)无外磁场作用b)有外磁场作用（2）磁饱和性当铁心线圈中励磁电流I的变化，会使铁心中磁场强度H发生变化，铁心内磁感应强度B也随之变化，但磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限地增强。BJBabOHBB0c图4-4磁化曲线OHB,B图4-5B和与H的关系（3）磁滞性磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场H变化的性质，称为磁滞性。图4-6磁滞回线按磁性物质的磁性能，铁磁性材料分为三种类型：（1）硬磁材料（2）软磁材料2.铁磁材料的分类和用途（3）矩磁材料1.几种常见的电器设备的磁路4.1.4磁路及磁路欧姆定律a)电磁铁的磁路b)变压器的磁路c)直流电机的磁路图4-7常见几种电器设备的磁路2.磁路的欧姆定律如图4-8所示为一闭合磁路，假设磁路中各点的横截面S均相等，得出：FSLLBHLIN1u2u2u1i2iΦN1N2e1e2图4-8闭合磁路INFmRFSLFmR式中，称为磁通势，它是磁路中产生磁通的根源。上式可继续写成为铁磁材料的磁阻。磁路的欧姆定律磁阻用来表示材料抵抗磁感线通行的能力。与直流电路的欧姆定律相对比发现，磁阻与电阻相对应，磁通势与电动势相对应，磁通与电流相对应。因此，式称为磁路的欧姆定律。mRFSLF1.工作描述如图4-9a所示，为一制动总泵储油室内的制动油面开关构造。在长玻璃管内，放入两块薄片状的强磁性金属片作为触点开关，玻璃管内封入惰性气体，以防止触点表面腐蚀。浮筒随着油泵储油室的油面浮动，B位置为储油量不足的报警线。图4-9b为制动油面开关工作原理分析示意图。【工作任务】制动油面开关的工作情况分析图4-9制动油面开关a)储油室结构图b)工作原理图2.工作目标分析制动油面开关的工作原理。(1)当储油量在正常高度A时，油面开关断开，报警灯不亮。(2)当储油量低至规定高度B时，油面开关接通，报警灯点亮。3.工作过程根据图示分析油面开关的工作原理及过程，填写下表。序号工作原理及过程分析注释1浮筒在A位置时2浮筒在B位置时表4-1油面开关的工作原理及过程分析4.工作评价序号工作目标自评互评师评1能够用电磁基本理论分析其工作过程2能够清晰描述装置的工作过程3能够用清晰、简洁的语言表达自己的观点4.2电磁感应现象及自感和互感1．掌握电磁感应定律和楞次定律。2．能够用电磁感应原理分析自感和互感现象。3．能够运用电磁感应原理分析汽车霍尔点火信号发生器工作情况。2.线圈中磁场变化时的电磁感应1.磁场中运动导体的电磁感应4.2.1电磁感应现象负号表示感应电流产生的磁通总是力图阻止原磁通的改变，感应电动势的方向总是和磁通变化的趋势相反。sinBlvedtdNedtdNe图4-10电磁感应现象a)导体作切割磁感线运动b)磁铁插进(或拔出)线圈图4-11感应电动势方向（1）定义：由于线圈本身电流的变化而产生的电磁感应叫做自感应，简称自感。由自感现象产生的电动势叫做自感电动势，用eL表示。4.2.2自感和互感现象1．自感()LddLidieNLdtdtdt（1）定义：两个靠得很近的线圈，当线圈N1有电流i1通过时，它在线圈1中产生磁通Φ11，对应的磁通链为Ψ11=N1Φ11，由于两线圈靠得很近Φ11中有一部分同时与N2相交链产生磁通Φ12，称为互感磁通，对应的磁通链为Ψ12=N2Φ12。2.互感图4-12线圈互感a)有铁心线圈b)空心线圈互感系数：212121iiM在两个有磁耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流的比值，叫做这两个线圈的互感系数。常见的电力变压器以及汽车上点火线圈均是利用互感原理工作。4.2.3涡流现象电磁感应作用在导体内部得到感生电流，感生电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。涡流有耗能的一面，但也可利用涡流进行加热或作功的一面。例如，利用涡流的热效应来冶炼金属，利用涡流及在磁场中产生的电磁力来制造感应式仪表等。【工作任务】汽车霍尔点火信号发生器工作情况分析如图4-13a所示为霍尔效应装置，汽车电子点火系统中利用霍尔效应原理制作成汽车霍尔点火信号发生器，它可以为晶体管点火系统提供触发信号。1.工作描述图4-13霍尔效应装置a)霍尔效应组件b)霍尔组件输出电压波形1—永久磁铁2—外加电压3—霍尔电压4—霍尔触发器5—磁力线图4-14霍尔效应原理图3.工作原理分析霍尔元件是一个带集成电路的半导体基片将基片放在磁场中，并在与磁场垂直的方向通以电流，则在与磁场和电流相垂直的另一横向侧面上会产生电压。这一现象是由美国科学家霍尔发现的，所以命名为霍尔效应。BIdRUHHH霍尔电压：4.工作过程分析触发叶轮旋转时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的间隙时，磁场便被触发叶轮旁路，或称隔磁，磁场不能作用于霍尔元件上，因此不能产生霍尔电压。而当触发叶轮的叶片离开永久磁铁与霍尔元件间的间空气隙时，永久磁铁的磁通通过导板作用于霍尔元件上，这时产生霍尔电压，触发叶轮旋转一周产生与叶片数相等个数的霍尔脉冲电压。1—与分火头制成一体的触发叶轮；2—带集成电路的霍尔元件；3—触发开关；4—永久磁铁；5—导磁板；6—导线(AB、CD)霍尔效应式点火信号发生器的结构霍尔效应式点火信号发生器的工作原理(a)触发叶轮的叶片通过时(b)触发叶轮的叶片离开时(a)(b)4.工作过程分析序号工作步骤（磁场环境）分析电压变化1当霍尔元件开始暴露在磁场环境中时2当霍尔元件被完全处于磁场中时3当霍尔元件开始与磁场隔离时4当霍尔元件离开了磁场范围时5.工作评价序号工作目标评价自评互评师评1是否能用电磁感应原理分析其工作过程2对装置的工作过程描述的是否清晰3是否能用清晰、简洁的语言表达自己观点4.3电磁铁和继电器1．掌握电磁铁和继电器的结构和工作原理。2．能够运用电磁感应原理分析汽车喇叭继电器工作情况。电磁铁是利用电流的磁效应，使通电的铁心线圈产生磁场，铁心变为一块电磁铁，吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。4.3.1电磁铁和继电器1.结构电磁铁一般由线圈、铁心和衔铁三部分组成。图4-15电磁铁基本结构2.分类根据电磁铁线圈通过的电流不同，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁两种。3．应用车上各种电磁继电器、电磁开关、电喇叭等。4.3.2继电器1.电磁式继电器结构及工作原理图4-16电磁式继电器的结构2.继电器在汽车上的典型应用在汽车上常用的继电器有起动继电器、喇叭继电器、闪光(转向灯使用)继电器、刮水器继电器等。热丝式闪光器，也被称为电热式闪光器。热丝式闪光器的结构与工作原理，如图4-17所示。1.工作描述汽车喇叭电路中主电路和控制电路分析。【工作任务】汽车喇叭继电器应用电喇叭由振动机构和电路断续机构两大部分组成，其外形多为螺旋形和盆型。2.工作目标（1）掌握电磁继电器的工作原理。（2）掌握电磁继电器在汽车电路中的应用。1—电磁线圈；2—活动铁心；3—膜片；4—共鸣片；5—振动片；6—外壳；7—铁心；8—螺母；9—按钮盆形电喇叭结构图3.工作过程以小组讨论的形式分析电喇叭常见故障。序号故障现象故障原因检修方法1按下喇叭按钮，喇叭不响2按下喇叭按钮，喇叭声音沙哑3按下按钮，喇叭不响，只发“嗒”一声4触点容易烧蚀4.工作评价序号工作目标评价自评互评师评1是否能用电磁感应原理分析其工作过程2主电路和控制电路描述的是否清晰3故障原因分析是否清楚4是否能用清晰、简洁的语言表达自己的观点4.4变压器1．掌握变压器的结构和工作原理。2．能够运用电磁感应原理分析变压器的工作情况。一般变压器的绕组有两个，一次绕组（匝数为N1）和电源连接、二次绕组（匝数为N2）和负载连接，它们同在一个铁心上。4.4.1变压器的基本结构和工作原理+u2－i1e1(a)变压器结构示意图(b)变压器的符号Φ+u1－i2e2Z+u1－+u2－1e2eΦσ1Φσ2图4-19简单的双绕组变压器及变压器符号a)变压器结构示意图b)变压器符号（1）电压变换2．变压器的工作原理图4-20变压器空载运行空载时，二次绕组开路，其端电压就是感应电动势。于是可得一次电压有效值和二次电压有效值的比值为KNNfN.fN.UUmm212121444444K称为变压器的变比，当变压器空载时，一、二次电压之比近似等于一次、二次绕组的匝数比。（2）电流变换+u2－i1e1Φ+u1－i2e2Z1e2eΦσ1Φσ2图4-21变压器有载运行示意图122121NN1或KIIKII（3）阻抗变换1U2U+–1I2ILZ1U1I+–LZ||||2'LLZKZ4.4.2变压器的外特性和效率图4-23变压器的外特性1.变压器的外特性2.变压器的损耗和效率（1）变压器的损耗enCuFeCuPPPPPP（2）变压器的效率%PPPP%PPCuFe10010022124.4.3特殊变压器1.自耦变压器图4-25自耦变压器原理图P1u2u1i2iLR1N2N2.仪用互感器（1）电压互感器电压互感器是一个降压变压器,并联在测量电路中，直接在电压表上读出U2的值，通过这个办法来实现测量高电压。KUU12（2）电流互感器串联在被测电路中，二次绕组匝数较多，与电流表相连接。由变压器原理可知通过测量小电流来计算大电流的大小。211IKI1.工作描述根据变