第3章汽车电工与电子技术基础

三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路汽车电工与电子技术基础主讲：伍时和三亚学院理工学院第三章磁路和线圈电路第三章磁路和线圈电路三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路第三章磁路和线圈电路要点：1、磁场的四个基本物理量，磁路的欧姆定律和磁路的基尔霍夫定律。2、铁磁材料特性及其应用，含线圈交流电路的分析。3、电磁铁的工作特性及其在汽车中的应用。4、变压器的基本结构及基本工作原理。5、汽车点火线圈的结构。第三章三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路第三章磁路和线圈电路第一节磁路及其基本定律第二节线圈电路分析第三节电磁铁第四节变压器第五节汽车点火线圈第三章三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路以磁场对载流导体的作用力（洛伦兹力）大小衡量磁场感应强度。一、电磁场的基本物理量B为磁感应强度，单位为特斯拉(T)，工程上也有用高斯(Gs)，如某一区域的磁力线密度一致，方向相同，则该区域称为均匀磁场。磁场中某点磁力线的方向就是磁感应强度的方向，磁力线的多少就反映磁感应强度的大小。1、磁感应强度B：第一节磁场及其基本物理量左手定则FBIsinBILFT10Gs14为磁场与导体的夹角o90为若BILF则ISNBILF磁力线：反映磁场感应强度B的大小和方向，磁力线是连续的闭合曲线，从N极发出，进入S极又回到N极而闭合。彼此不相交，沿着最小的磁阻路径闭合。：力的单位用牛顿smkgsgcm力用达因达因dyin10N15三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路一、电磁场的基本物理量B为磁感应强度，单位为特斯拉(T)，工程上也有用高斯(Gs)，1、磁感应强度B：第一节磁场及其基本物理量左手定则FBIISNT10Gs14秒米库伦牛顿米安培牛顿//*/T1BILF秒厘米库伦达因厘米达因/10/*emu/Gs1秒米库伦牛/1010/1025一段导线，若放在磁感应强度均匀的磁场中，方向与磁感应强度方向垂直的长直导在线通有1电磁系单位（emu）的稳恒电流（等于10安培）时，在每厘米长度的导线受到电磁力为1达因，则该磁感应强度就定义为1高斯.三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路安培焦耳/米安牛顿/2/安培焦耳米安/电磁学单位制（国际单位制，公斤米秒制）三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路安培瓦特/秒库伦/安培秒米牛顿/秒安安培瓦特/秒米牛顿/秒焦耳/三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路一、电磁场的基本物理量Ф：单位为韦伯(Wb)，工程上也有用麦克斯韦(Mx)。定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通。2、磁通量ф：第一节磁场及其基本物理量左手定则FBIISNBSWb10Mx18Wb10m10*T10cm1*Gs1Mx1824422m1*T1Wb1三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路一、电磁场的基本物理量定义：表征磁介质磁性的物理量。磁介质中磁感应强度与磁场强度之比。分为绝对磁导率和相对磁导率，是表征磁介质导磁性能的物理量。3、磁导率μ：magneticpermeability第一节磁场及其基本物理量r2IBX0r相对磁导率米亨利/HB右手定则rBIH2/安牛XL——绕组的自感量（mH）；W——绕组匝数；磁心常数,是磁路长度lm与磁心截面积Ae的比值（mm）真空相对三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路一、电磁场的基本物理量定义：与磁场介质无关的物理量。磁场中磁感应强度与磁场磁导率之比。4、磁场强度H：magneticfieldstrength第一节磁场及其基本物理量r2IBHxXBH右手定则rBIH亨利米安/X磁场强度的单位在国际单位制中为安（培）/米(A/m)；在CGS制中为奥（斯特）(Oe)。1安/米相当于4π×10-3奥矢量vector三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路亨利IU第一节磁场及其基本物理量1，磁路：具有高导磁率的磁通闭合路径称为磁路二、磁路及其欧姆定律电动机的磁路构成单相变压器的磁路构成①具有空气隙的磁路和无空气隙磁路。②具有分支的磁路和无分支隙磁路。③横截面相同的磁路和横截面不同的磁路。磁路计算时要求对此路进行分段。一般按照：横截面积相同、磁导率相同、（气隙段）原则。进行分段。三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路解：第一节磁场及其基本物理量二、磁路及其欧姆定律例如：将如图所示磁路进行分段。uΦσeeσiΦNl1l2l2l3l2S2S1l1第一段：l1横截面S1，铁磁材料。第二段：l2横截面S2，铁磁材料。第三段：l3横截面S2，铁磁材料。分段原则：磁导率相同，横截面相同分为一段。接负载接电源原线圈副线圈闭合铁芯实际的磁路：三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路实际的磁路示意图第一节磁场及其基本物理量二、磁路及其欧姆定律三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路第一节磁场及其基本物理量二、磁路及其欧姆定律2、磁路的欧姆定律：uΦσeeσiΦNl1l2l2l3l2S2S1l1磁场强度H与磁感应强度之间存在关系：材料的磁阻。一段长度为l，横截面为S，磁感应强度B均匀分布的磁路。SlHlSlHlSHBHSSBSｍUHlSlRmmmRU——材料的磁阻。——磁势。磁通——电流。BH安匝INHl三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路第一节磁场及其基本物理量三、磁路的基尔霍夫定律1、磁路的基尔霍夫磁通定律：存在分支的磁路，穿入磁路闭合面的磁通等于穿出闭合面的磁通。111SH0222SH21)(INlHlHlH332211安匝2IU2111、磁路的基尔霍夫磁位差定律：磁路中任何一闭合路径的磁位差代数和为零。uΦσeeσiΦNl1l2l2l3l2S2S1l1003SH11111SllH22222SllH00333SllH1m11RlH2m22RlH3m33RlH三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类：(1)软磁材料其矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。(铁心)(2)永磁材料其矫顽磁力较大，磁滞回线较宽。(磁铁)(3)矩磁材料其剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回线为矩形。(记忆元件)HBHBHB第二节线圈电路分析一、铁磁性材料磁性材料的分类：三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路1、磁性材料的磁性能1）.高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即r1(如坡莫合金，其r可达2105)。磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路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的增强。2）.磁饱和性BJ磁场内磁性物质的磁化磁场的磁感应强度曲线；B0磁场内不存在磁性物质时的磁感应强度直线；BBJ曲线和B0直线的纵坐标相加即磁场的B-H磁化曲线。OHBB0BJB•a•b磁化曲线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的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路B-H磁化曲线的特征：Oa段：B与H几乎成正比地增加；ab段：B的增加缓慢下来；b点以后：B增加很少，达到饱和。OHBB0BJB•a•b有磁性物质存在时，B与H不成正比，磁性物质的磁导率不是常数，随H而变。有磁性物质存在时，与I不成正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出。OHB,B磁化曲线B和与H的关系三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路3）.磁滞性磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。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变化的性质。磁滞回线OHB••••BrHc剩磁感应强度Br(剩磁)：当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度。矫顽磁力Hc：使B=0所需的H值。磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路几种常见磁性物质的磁化曲线a铸铁b铸钢c硅钢片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)矩磁材料具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路二、含有铁心线圈的交流电路1、电磁关系–+e–+e+–uNiu(Ni)iσddtΦNetΦNeσσdd（磁通势）主磁通：通过铁心闭合的磁通。漏磁通：经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。tiLσdd线圈铁心i，铁心线圈的漏磁电感常数iNΦLσσ与i不是线性关系。三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路根据KVL:+––+–+eeuNieeRiuσ式中：R是线圈导线的电阻L是漏磁电感)(ddetiLRiσ当u是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：)()(σEEIRU)(jσEIXIR2、电压电流关系三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路设主磁通则t,sinm)sin(ddddmttNtNetNcosm)90t(sin2mπfN)90(sinmtE有效值mmm444222fN.fNEE由于线圈电阻R和感抗X（或漏磁通）较小，其电压降也较小，与主磁电动势E相比可忽略，故有EU(V)444444mmSfNB.fN.EU式中：Bm是铁心中磁感应强度的最大值，单位[T]；S是铁心截面积，单位[m2]。3、感应电动势的大小三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路4、功率损耗交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.铜损（Pcu）在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用Pcu表示。Pcu=RI2式中：R是线圈的电阻；I是线圈中电流的有效值。2.铁损（PFe）在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe表示。铁损由磁滞和涡流产生。+–ui三亚学院理工职业学院第三章磁路与铁心线圈电路（1）磁滞损耗（Ph）由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（Ph）。磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率f。OHB磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。三亚学院理工职