项目3 磁路和铁芯线圈电路.ppt

1、项目3磁路和铁芯线圈电路项目项目3磁路和铁芯线圈电路磁路和铁芯线圈电路任务分析任务分析3相关知识相关知识4任务实施任务实施5归纳总结归纳总结6学习目标学习目标1任务提出任务提出2学习目标学习目标v (1) (1) 了解磁路的定义，掌握磁路的基本物理量。了解磁路的定义，掌握磁路的基本物理量。v (2) (2) 了解交流铁芯线圈电路的组成，掌握其电压的计算了解交流铁芯线圈电路的组成，掌握其电压的计算和铁损的组成。和铁损的组成。v (3) (3) 了解电磁铁的原理和构成，掌握磁路欧姆定律的应了解电磁铁的原理和构成，掌握磁路欧姆定律的应用。用。v (4) (4) 了解变压器的应用，掌握变压器电压比、电

2、流比和了解变压器的应用，掌握变压器电压比、电流比和阻抗比的计算。阻抗比的计算。v (5) (5) 了解汽车继电器电路分析。了解汽车继电器电路分析。v (6) (6) 了解点火线圈的结构，了解汽车传统点火系统的组了解点火线圈的结构，了解汽车传统点火系统的组成和工作原理。成和工作原理。任务提出任务提出v 在汽车的汽油发电机中汽缸内的可燃混合气体是由高压在汽车的汽油发电机中汽缸内的可燃混合气体是由高压电火花点燃的保证按时产生电火花的全部设备就是发动电火花点燃的保证按时产生电火花的全部设备就是发动机的点火系统。下面首先对传统点火系统的部件机的点火系统。下面首先对传统点火系统的部件( (如点火如点火线圈

3、线圈) )进行了解，继而对整个系统的工作过程进行分析。进行了解，继而对整个系统的工作过程进行分析。点火线圈是用来将电源的低电压转变为高电压的基本元件，常用的点火线圈分为开磁路点火线圈（如图3-1所示）和闭磁路点火线圈（如图3-2所示）。1点火线圈点火线圈任务提出任务提出1-“-”接线柱；2-外壳；3-导磁钢套；4-二次绕组；5-一次绕组；6-铁芯；7-绝缘座；8-附加电阻；9-“+”接线柱；10-接起动机的接线柱；11-高压线接头；12-胶木盖13-弹簧；14-橡胶罩；15-高压阻尼线；16-橡胶密封圈；17-螺钉；18-附加电阻盖；19-附加电阻瓷质绝缘体；20-附加电阻固定架；21-绝缘纸

4、；22-封料图图3-1开磁路点火线圈开磁路点火线圈任务提出任务提出-”接线柱；6-高压线插孔 1. 次绕组；2. 二次绕组；3. 铁芯；4.“+”接线柱；5.“-”接线柱；6. 高压线插孔图图3-2闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈任务提出任务提出1) 传统点火系统的组成。电源为蓄电池和发电机，供给点火系统所需电能，一般电压为12V，系统组成如图3-3所示。 点火开关作用是接通或断开点火系一次电路。 点火线圈相当于一个变压器且有两个绕组导线，较粗的是一次侧绕组和较细的是二次侧绕组。 分电器包括配电器和断电器，作用是接通和切断低压电路，使点火线圈及时产生高压电，按发动机各汽缸的点火顺序送至火花塞。 电

5、容器与断路器触点并联，用来减小断路触点断开时的火花，延长触点的使用寿命，提高点火线圈的高电压。 火花塞由中心电极组成，安装在发动机的燃烧室中，用来将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，点燃燃烧室内的可燃混合气。2) 工作过程。 断电器触点闭合，一次侧绕组电流按指数规律增长。 断电器触点打开，二次侧绕组产生高电压。 火花放电。2传统点火系统的组成传统点火系统的组成任务提出任务提出1-点火开关；2-点火线圈；3-配电源；4-断电器；5-电容器；6-火花塞；7-高压导线；8-阻尼电阻；9-起动机；10-电流表；11-蓄电池；12-附加电阻图图3-3蓄电池点火系统的组成蓄电池点火系统的组成任务分析任务分析

6、 在现代的汽车发动机中，汽缸内被压缩的可燃混合气就是靠点火系统电路产生的电火花点燃的。点火系统的电路的作用是将蓄电池或发电机供给的低压电(一般为1214V)转变为高压电(2030kV)，并根据发动机的工作顺序与点火时间的要求，适时地、准确地将高压电送到各缸的火花塞，产生电火花，点燃可燃混合气，使发动机工作。要想深入理解汽车点火系统的原理，就需要学习磁路与变压器相关知识。任务分析任务分析相关知识相关知识任务任务3.13.1磁路及磁性材料磁路及磁性材料任务任务3.23.2铁芯线圈和电磁铁铁芯线圈和电磁铁任务任务3.33.3变变 压压 器器任务任务3.43.4汽车继电器电路分析汽车继电器电路分析任务

7、任务3.1磁路及磁性材料磁路及磁性材料磁磁 路路1铁铁 磁磁 性性 材材 料料23.1.1磁路磁路v 在电器、电动机中采用铁磁材料，不但可以用较小的励在电器、电动机中采用铁磁材料，不但可以用较小的励磁电流获得较大的磁通，而且可使磁通集中地通过一定磁电流获得较大的磁通，而且可使磁通集中地通过一定的闭合路径。所谓磁路，是指主要由铁磁材料构成而为的闭合路径。所谓磁路，是指主要由铁磁材料构成而为磁通集中通过的闭合回路，磁路中的铁磁材料称为铁芯。磁通集中通过的闭合回路，磁路中的铁磁材料称为铁芯。v 磁路中除铁芯外往往还有一些非铁磁性物质，如空气间磁路中除铁芯外往往还有一些非铁磁性物质，如空气间隙等。由于

8、磁感线是连续的，所以通过无分支磁路各处隙等。由于磁感线是连续的，所以通过无分支磁路各处横截面的磁通是相等的。在如图横截面的磁通是相等的。在如图3-43-4所示的无分支磁路中，所示的无分支磁路中，穿过铁芯和空气间隙的磁通相等。磁路的基本物理量主穿过铁芯和空气间隙的磁通相等。磁路的基本物理量主要有以下几点。要有以下几点。图图3-4磁路磁路3.1.1磁路磁路1 1磁感应强度磁感应强度2 2磁通磁通3 3磁导率磁导率 4 4磁场强度磁场强度5 5安培环路定律安培环路定律( (全电流定律全电流定律) )6 6磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律3.1.1.1磁感应强度磁感应强度v 磁感应强度磁感应强度B B表示

9、磁场内某点电磁场强弱和方向的物理表示磁场内某点电磁场强弱和方向的物理量，其大小可以用位于该点的通电导体所受磁场作用力量，其大小可以用位于该点的通电导体所受磁场作用力来衡量。磁感应强度来衡量。磁感应强度B B的大小主要决定于磁场介子的性的大小主要决定于磁场介子的性质。质。方向：与电流方向之间符合右手螺旋定则。方向：与电流方向之间符合右手螺旋定则。大小：大小：B=F/LI。单位：特斯拉单位：特斯拉(T)和高斯和高斯(Gs)，两者的换算关系为，两者的换算关系为1T= 104 Gs。均匀磁场：各电磁感应强度大小相等，方向相同的均匀磁场：各电磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也称匀强磁场。磁场，也称匀

10、强磁场。3.1.1.2磁通磁通垂直穿过磁场中每单位面积的磁力线总量称为磁垂直穿过磁场中每单位面积的磁力线总量称为磁通，用符号通，用符号“ ”表示。在电磁学中常把磁通所经表示。在电磁学中常把磁通所经过的路径称为磁路。磁通定义为磁感应强度过的路径称为磁路。磁通定义为磁感应强度B与垂与垂直磁场方向的面积直磁场方向的面积S的乘积，即的乘积，即=BS或或B= /S当磁感应强度当磁感应强度B的单位取的单位取T、面积、面积S的单位取的单位取 ，磁，磁通通 的单位是韦伯的单位是韦伯(Wb)；若磁感应强度；若磁感应强度B的单位取的单位取Gs、面积、面积S的单位取的单位取 时，则磁通时，则磁通 的单位的麦克斯的单

11、位的麦克斯韦韦(Mx)。两种的换算关系是。两种的换算关系是81Wb10 Mx3.1.1.3磁导率磁导率磁导率磁导率是用来表是用来表示物质的导磁性示物质的导磁性能的物理量。能的物理量。的的单位是单位是H/m(亨亨/米米)，自然界的物，自然界的物质根据其导磁性质根据其导磁性能不同，可以分能不同，可以分为铁磁材料为铁磁材料(如铁、如铁、镍、硅钢、铸钢、镍、硅钢、铸钢、坡莫合金等坡莫合金等)和非和非铁磁材料铁磁材料(如空气、如空气、木材、铜、铝等木材、铜、铝等)两大类。两大类。各种物质的磁各种物质的磁导率与真空的导率与真空的磁导率相比，磁导率相比，其比值能够很其比值能够很好地反映他们好地反映他们的导磁

12、性能，的导磁性能，这个比值称为这个比值称为相对磁导率，相对磁导率，用用 表示表示r ，即，即 r = / 0。为方便于比较为方便于比较各类物质的导各类物质的导磁能力，通常磁能力，通常以真空的磁导以真空的磁导率作为衡量的率作为衡量的标准。实验测标准。实验测得真空的磁导得真空的磁导率率 0 = 4 10-7 （H/m），），且为一常量。且为一常量。3.1.1.4磁场强度磁场强度 为了计算方便，引入磁场强度的概念，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并把它定义为磁感应强度B与该处物质的磁与该处物质的磁导率导率之比，即之比，即H=B/ 其中，磁场强度其中，磁场强度H描述了电流的磁场

13、强弱描述了电流的磁场强弱和方向，与磁场所处介质无关。磁场强度和方向，与磁场所处介质无关。磁场强度H的单位为安培的单位为安培/米米(A/m)。3.1.1.5安培环路定律安培环路定律(全电流定律全电流定律)v 其中，其中， HDlHDl是磁场强度矢量沿任意闭合线是磁场强度矢量沿任意闭合线( (常取磁通作常取磁通作为闭合回线为闭合回线) )的线积分；的线积分； I I是穿过闭合回线所围面积的是穿过闭合回线所围面积的电流代数和。电流代数和。v 安培环路定律电流正负的规定：任意选定一个闭合回线安培环路定律电流正负的规定：任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符的围绕方向，凡是

14、电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正，反之为负。合右螺旋定则的电流作为正，反之为负。v 在均匀磁场中在均匀磁场中HL=INHL=IN，H=IN/LH=IN/L。v 安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。dH lI3.1.1.6磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律v 如图如图3-53-5所示为交流铁芯线圈示意图。电源和绕组构成铁所示为交流铁芯线圈示意图。电源和绕组构成铁芯线圈的电路部分，铁芯构成线圈的磁路部分。当铁芯芯线圈的电路部分，铁芯构成线圈的磁路部分。当铁芯线圈两端加上正弦交流电压线圈两端加上正弦交流电压u u时，则线圈电路中就会有按时，则

15、线圈电路中就会有按正弦规律变化的电流正弦规律变化的电流i i通过。电流通过。电流i i通过通过N N匝线圈时形成的匝线圈时形成的磁动势磁动势 ，磁动势在铁芯中激发出按照正弦规律变化、沿，磁动势在铁芯中激发出按照正弦规律变化、沿铁芯闭合的工作磁通铁芯闭合的工作磁通 。把电路与磁路进行比较：电路中。把电路与磁路进行比较：电路中流通的是电流流通的是电流I I，磁路中通过的是磁通，磁路中通过的是磁通 ；电动势是激发；电动势是激发电流的因素；电阻阻碍电流，磁阻阻碍磁通。电流的因素；电阻阻碍电流，磁阻阻碍磁通。图图3-5交流铁芯线圈示意图交流铁芯线圈示意图任务任务2.2单一参数的正弦单一参数的正弦v 因此

16、，磁路中的磁动势、磁通和磁阻三者之间的关系可因此，磁路中的磁动势、磁通和磁阻三者之间的关系可以比照电路欧姆定律，即以比照电路欧姆定律，即v 称为磁路欧姆定律。其中磁阻称为磁路欧姆定律。其中磁阻R Rm m=L/S=L/S ，由于铁磁材料，由于铁磁材料的磁导率的磁导率是一个变量，因此磁阻是一个变量，因此磁阻R Rm m也不是常数，所以也不是常数，所以磁路欧姆定律远没有电路欧姆定律应用得那么广泛。磁磁路欧姆定律远没有电路欧姆定律应用得那么广泛。磁路欧姆定律通常只对磁路进行定性的分析。路欧姆定律通常只对磁路进行定性的分析。v 由磁路欧姆定律可知，若铁芯磁路中存在气隙，由于铁由磁路欧姆定律可知，若铁芯

17、磁路中存在气隙，由于铁磁材料的磁导率磁材料的磁导率要比空气中的磁导率要比空气中的磁导率0 0大几百甚至几大几百甚至几千倍，因此很小一段气隙的磁阻就会远大于整个铁芯的千倍，因此很小一段气隙的磁阻就会远大于整个铁芯的磁阻。当铁芯磁路的气隙增大时，必然造成磁路磁阻磁阻。当铁芯磁路的气隙增大时，必然造成磁路磁阻R Rm m大大增加。大大增加。mmFNLSRl3.1.2铁磁性材料铁磁性材料v 铁磁性材料之所以被广泛应用于电工技术，是由于它具铁磁性材料之所以被广泛应用于电工技术，是由于它具有以下几个基本特征。有以下几个基本特征。（1）高高 导导 磁磁 性性（2 ）磁磁 饱饱 和和 性性（3 ）磁滞性和剩磁

18、性磁滞性和剩磁性（4 ）磁性材料的分类磁性材料的分类（5 ）铁铁 芯芯 损损 耗耗3.1.2.1高导磁性高导磁性v 铁磁性材料之所以具有良好的导磁性能，是由材料内部铁磁性材料之所以具有良好的导磁性能，是由材料内部结构决定。在铁磁材料内部，往往存在几百或更多相邻结构决定。在铁磁材料内部，往往存在几百或更多相邻的分子电流，流向一致，这些流向一致的分子电流的磁的分子电流，流向一致，这些流向一致的分子电流的磁场排列整齐，方向相同，在他们所处的局部范围显示呈场排列整齐，方向相同，在他们所处的局部范围显示呈磁性的一个个小磁性区域。磁性的一个个小磁性区域。v 这些天然磁性区域被称为磁畴，磁畴的体积约为这些天

19、然磁性区域被称为磁畴，磁畴的体积约为1010-9-9cmcm3 3 。铁磁材料内部的这种磁畴结构好比其内部存在一个个小铁磁材料内部的这种磁畴结构好比其内部存在一个个小磁体，这些小磁体在无外磁场作用时，排列顺序杂乱无磁体，这些小磁体在无外磁场作用时，排列顺序杂乱无章，因此它们的磁场相互抵消，对外不能显示磁性，如章，因此它们的磁场相互抵消，对外不能显示磁性，如图图3-6(a)3-6(a)所示；但是，如果铁磁材料处在有外磁场作用所示；但是，如果铁磁材料处在有外磁场作用时，形成一个与外磁场方向一致的附加磁场，从而使铁时，形成一个与外磁场方向一致的附加磁场，从而使铁磁材料内部的磁感应强度大大增加，如图磁

20、材料内部的磁感应强度大大增加，如图3-6(b)3-6(b)所示。所示。3.1.2.1高导磁性高导磁性图图3-6铁磁材料的磁畴与磁化铁磁材料的磁畴与磁化图图3-7磁滞回线磁滞回线3.1.2.2磁饱和性磁饱和性 在真空或空气中，磁感应强度是与磁场强度成线性关系的，由于在真空或空气中，磁感应强度是与磁场强度成线性关系的，由于铁磁物质在磁化时有磁性饱和的特点，故铁磁物质中铁磁物质在磁化时有磁性饱和的特点，故铁磁物质中B与与H的关系的关系是非线性的。是非线性的。 铁磁物质的磁化特性可用磁化曲线来表示。各种铁磁物质的磁铁磁物质的磁化特性可用磁化曲线来表示。各种铁磁物质的磁化曲线是用实验方法测出来的。该曲线

21、大致可分为化曲线是用实验方法测出来的。该曲线大致可分为3段：段：Oa段的段的H增大，增大，B几乎是线性地增大；几乎是线性地增大；ab段的段的H已较强，已较强，B的上升很快；的上升很快；bc段的段的H很强，这时很强，这时B增加得很少，达到磁饱和。在图增加得很少，达到磁饱和。在图3-7的的B-H曲线上，曲线上，a为跗点，为跗点，b为膝点，为膝点，c为饱和点。为饱和点。 上述分析说明，在铁磁物质的磁化过程中，当励磁电流增大到上述分析说明，在铁磁物质的磁化过程中，当励磁电流增大到一定值时，几乎所有的磁畴都与外磁场的方向一致，即使再增大一定值时，几乎所有的磁畴都与外磁场的方向一致，即使再增大励磁电流，也

22、不会使铁磁材料的磁性继续增强，即出现了磁饱和励磁电流，也不会使铁磁材料的磁性继续增强，即出现了磁饱和现象。如图现象。如图3-7所示是铁磁材料的磁化曲线。所示是铁磁材料的磁化曲线。3.1.2.3磁滞性和剩磁性磁滞性和剩磁性1如图3-7所示的闭合回线，当H减到零时，B并不等于零，说明铁磁材料内部已经排列整齐的磁畴不会完全恢复到磁化前杂乱无章的状态，仍然保留一定的磁性，这部分剩余磁性就是图中的Oc段和Of段，称为剩磁，各种人造的永久磁体就是根据剩磁原理制作的。2由于铁芯在反复磁化过程中，磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度H的变化，这种现象被称为铁磁材料的磁滞性，相应B与H变化关系的闭合回线被称为磁

23、滞回线。3.1.2.4磁性材料的分类磁性材料的分类v 磁路中除铁芯外往往还有一些非铁磁性物质，如空气间磁路中除铁芯外往往还有一些非铁磁性物质，如空气间隙等。由于磁感线是连续的，所以通过无分支磁路，各隙等。由于磁感线是连续的，所以通过无分支磁路，各处横截面的磁通是相等的。处横截面的磁通是相等的。v 工程上应用的铁磁材料按磁性能和用途可分为以下三工程上应用的铁磁材料按磁性能和用途可分为以下三类。类。(1) 硬磁材料硬磁材料(2) 软磁材料软磁材料(3) 矩磁材料矩磁材料3.1.2.5铁芯损耗铁芯损耗v 铁芯工作在交变磁场中会发热，铁芯发热所造成的能量铁芯工作在交变磁场中会发热，铁芯发热所造成的能量

24、损失称为铁芯损耗。铁芯损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。损失称为铁芯损耗。铁芯损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。(2) 涡流损耗涡流损耗铁磁材料不仅是导磁材料还是导电材料，当穿过铁芯中的磁通量发生变化时，在铁芯中将产生感应电压和感应电流。这种感应电流在垂直于磁力线的平面内，呈涡流状，被称为涡流。涡流在铁芯电阻上引起的热量损失被称为涡流损耗。(1) 磁滞损耗磁滞损耗铁磁材料在反复交变的磁化过程中，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，磁畴间相互碰撞和内摩擦使铁芯发热，这种热量损失被称为磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗越大。3.1.2.5铁芯损耗铁芯损耗v 无论是磁滞损耗，还是

25、涡流损耗，最终的形式都是转换无论是磁滞损耗，还是涡流损耗，最终的形式都是转换为热量，致使铁芯的温度升高而增加功耗，铁芯发热严为热量，致使铁芯的温度升高而增加功耗，铁芯发热严重时，甚至可能破坏设备的绝缘，对设备造成损害。重时，甚至可能破坏设备的绝缘，对设备造成损害。v 为了减轻铁损带给设备的危害，交流电工设备中的铁芯为了减轻铁损带给设备的危害，交流电工设备中的铁芯都不用整块铁磁材料制作，而是在顺着磁场的方向上用都不用整块铁磁材料制作，而是在顺着磁场的方向上用表面彼此绝缘的表面彼此绝缘的0.35mm0.35mm或或0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠压而成，如厚的硅钢片叠压而成，如图图3-83-8所示

26、，硅钢片越薄，铁耗越小，当硅钢片用于高频所示，硅钢片越薄，铁耗越小，当硅钢片用于高频电路时，厚度只有电路时，厚度只有0.050.050.1mm0.1mm。v 硅钢片具有较大的电阻率和较高的导磁率，同时又因为硅钢片具有较大的电阻率和较高的导磁率，同时又因为硅钢片将涡流限制在较小的截面内流通，加长了涡流的硅钢片将涡流限制在较小的截面内流通，加长了涡流的路径，从而最大限度地减小了涡流和涡流损耗。路径，从而最大限度地减小了涡流和涡流损耗。3.1.2.5铁芯损耗铁芯损耗v 虽然涡流对电动机、电器的铁芯可以造成损害，必须采虽然涡流对电动机、电器的铁芯可以造成损害，必须采取措施加以限制，但它在金属加工工艺和

27、电度表中却得取措施加以限制，但它在金属加工工艺和电度表中却得到了广泛的应用：用于半导体材料的区熔炉、合金和贵到了广泛的应用：用于半导体材料的区熔炉、合金和贵金属冶炼用的熔炼炉。工件的热处理及化工工艺加热设金属冶炼用的熔炼炉。工件的热处理及化工工艺加热设备等，都是利用涡流加热的专门装置；电度表的铝盘转备等，都是利用涡流加热的专门装置；电度表的铝盘转动也是利用了涡流现象。动也是利用了涡流现象。图图3-8铁芯中的涡流铁芯中的涡流相关知识相关知识任务任务3.13.1磁路及磁性材料磁路及磁性材料任务任务3.23.2铁芯线圈和电磁铁铁芯线圈和电磁铁任务任务3.33.3变变 压压 器器任务任务3.43.4汽

28、车继电器电路分析汽车继电器电路分析任务任务3.2铁芯线圈和电磁铁铁芯线圈和电磁铁3.2.1电磁感应电磁感应3.2.2感应电动势的大小和方向感应电动势的大小和方向3.2.3自感与互感自感与互感3.2.4电磁铁电磁铁3.2.1电磁感应电磁感应实验一，将一根直导体放在均匀磁场中，并以速度实验一，将一根直导体放在均匀磁场中，并以速度v朝着磁朝着磁力线垂直方向运动，在导体的两端接上一个检流计，如图力线垂直方向运动，在导体的两端接上一个检流计，如图3-9所示。当导体左右切割磁力线时，可以看到检流计发生偏所示。当导体左右切割磁力线时，可以看到检流计发生偏转；而如果导体不运动时，检流计指针是不动的。转；而如果

29、导体不运动时，检流计指针是不动的。图图3-9实验一示意图实验一示意图3.2.1电磁感应电磁感应实验二，将线圈两端与检流计连接，而将磁通插入或拔出线实验二，将线圈两端与检流计连接，而将磁通插入或拔出线圈，如图圈，如图3-10所示。当磁通插入线圈时，检流计指针发生偏所示。当磁通插入线圈时，检流计指针发生偏转；而当磁铁在线圈中不动时，检流计指针不动，当磁铁拔转；而当磁铁在线圈中不动时，检流计指针不动，当磁铁拔出线圈时，检流计指针反向偏转。出线圈时，检流计指针反向偏转。图图3-10实验二示意图实验二示意图3.2.2感应电动势的大小和方向感应电动势的大小和方向 在均匀磁场中，长度为L的直导体以速度v作与

30、磁感应强度B垂直方向运动时，实验证明其感应电动势为e = B L 感应电动势的单位为伏特(V)。直导体切割磁力线产生感应电动势的方向可用右手定则确定。1直导体的感应电动势大小和方向直导体的感应电动势大小和方向 法拉第电磁感应定律告诉我们：当线圈中的磁通发生变化时，线圈中感应出电动势的大小与磁通的变化率成正比，与线圈的匝数N成正比，即e = N(d/dt) 其中，磁通 的单位为韦伯(Wb)，e的单位为伏特(V)。线圈中的感应电动势方向可用楞次定律和右手螺旋定则来确定。 如果用一个表达式表示法拉第电磁感应和楞次定律，即e = - N(d/dt) 其中，“-”表示线圈的感应电流产生的磁通将力图阻止原

31、磁通的改变。2线圈的感应电动势大小和方向线圈的感应电动势大小和方向3.2.2感应电动势的大小和方向感应电动势的大小和方向v 楞次定律指出：如果线圈中的感应电动势是由于穿过线楞次定律指出：如果线圈中的感应电动势是由于穿过线圈的磁通发生变化而产生的，则感应电动势在线圈中流圈的磁通发生变化而产生的，则感应电动势在线圈中流过的感应电流，其产生的磁通将力图阻止原磁通的改变。过的感应电流，其产生的磁通将力图阻止原磁通的改变。v 在图在图3-11(a)3-11(a)中，当磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量增中，当磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律，线圈流过的感应电流所产生的磁场加，根据楞次定律，线

32、圈流过的感应电流所产生的磁场方向应与磁铁的磁场方向相反，应用右手螺旋定则可确方向应与磁铁的磁场方向相反，应用右手螺旋定则可确定：大拇指向上表示磁场方向，即图定：大拇指向上表示磁场方向，即图3-11(a)3-11(a)中的虚线的中的虚线的磁力线，而弯曲的四指表示感应电流方向，由此定出，磁力线，而弯曲的四指表示感应电流方向，由此定出，线圈的感应电动势的极性是上面线圈的感应电动势的极性是上面“+ +”，下面是，下面是“- -”。v 在图在图3-11(b)3-11(b)中，当磁铁拔出时，线圈中的磁通量将减小，中，当磁铁拔出时，线圈中的磁通量将减小，同样根据楞次定律定则，大拇指在下，表示磁场的方向，同样

33、根据楞次定律定则，大拇指在下，表示磁场的方向，即图即图3-11(b)3-11(b)中的虚线的磁力线，而弯曲的四指表示感应中的虚线的磁力线，而弯曲的四指表示感应电流方向，由此定出，线圈的感应电动势的极性是上面电流方向，由此定出，线圈的感应电动势的极性是上面“- -”，下面，下面“+ +”。3.2.2感应电动势的大小和方向感应电动势的大小和方向图图3-11铁芯插入或拔出线圈时感应电动势方向铁芯插入或拔出线圈时感应电动势方向3.2.3.1自感自感v 如果线圈中通入变化的电流，它将会使线圈中产生变化如果线圈中通入变化的电流，它将会使线圈中产生变化的磁通，如图的磁通，如图3-123-12所示。变化的磁通

34、穿过本身线圈，必所示。变化的磁通穿过本身线圈，必将使线圈感应出感应电动势，这个由于在自己本身线圈将使线圈感应出感应电动势，这个由于在自己本身线圈中而产生的感应电动势称为自感电动势，用中而产生的感应电动势称为自感电动势，用e eL L表示，其表示，其表示式为表示式为LddeNt 图图3-12自感自感3.2.3.2互感互感v 当紧靠的两个线圈，其中一个线圈流入变化的电流时，当紧靠的两个线圈，其中一个线圈流入变化的电流时，可以发现另一个线圈回路中电流表的指针发生偏转，说可以发现另一个线圈回路中电流表的指针发生偏转，说明该线圈两端产生了感应电动势，这一现象叫做互感现明该线圈两端产生了感应电动势，这一现

35、象叫做互感现象，该电动势称为互感电动势，用符号象，该电动势称为互感电动势，用符号e eM M表示，而由互表示，而由互感电动势产生的电流称为互感电流，用符号感电动势产生的电流称为互感电流，用符号i iL L表示。如表示。如图图3-133-13所示，接入变化电流的线圈成为磁极线圈所示，接入变化电流的线圈成为磁极线圈( (副线副线圈圈) )。 e eM M产生的原因是线圈产生的原因是线圈1 1通过变化的电流通过变化的电流i i1 1之后产生之后产生的变化磁通的变化磁通1 1，由于两线圈紧靠，故有一部分磁通，由于两线圈紧靠，故有一部分磁通1212穿过线圈穿过线圈2 2，使线圈，使线圈2 2感应出互感电

36、动势感应出互感电动势e eM M ，互感电动势，互感电动势的大小与线圈的大小与线圈2 2的匝数和通过穿过线圈的匝数和通过穿过线圈2 2的磁通变化率成的磁通变化率成正比。正比。图图3-13互感互感3.2.4电磁铁电磁铁电磁铁的概念电磁铁的概念1电磁铁的组成与结构电磁铁的组成与结构2电磁铁的类型电磁铁的类型3电磁铁在汽车上的应用电磁铁在汽车上的应用43.2.4.1电磁铁的概念电磁铁的概念 电磁铁是利用通电的铁芯线圈吸引衔电磁铁是利用通电的铁芯线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。衔铁的动作可使其他机置的一种电器。衔铁的动作可使其他机械装置发生联

37、动。当电源断开时，电磁械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，衔铁或其他零件即铁的磁性随着消失，衔铁或其他零件即被释放。被释放。3.2.4.2电磁铁的组成与结构电磁铁的组成与结构v 电磁铁可分线圈、铁芯及衔铁三部分。它的结构形式通电磁铁可分线圈、铁芯及衔铁三部分。它的结构形式通常有如图常有如图3-143-14所示的几种。所示的几种。图图3-14电磁铁的几种形式电磁铁的几种形式3.2.4.2电磁铁的组成与结构电磁铁的组成与结构v 电磁铁在生产中的应用极为普通，如图电磁铁在生产中的应用极为普通，如图3-153-15所示的例子所示的例子是用它来制动机床和起重机的电动机。是用它来制动机床和

38、起重机的电动机。图图3-15电磁铁应用举例电磁铁应用举例3.2.4.3电磁铁的类型电磁铁的类型（1）直流电磁铁）直流电磁铁 当励磁线圈通入电流时，便产生磁场，铁芯和衔铁都当励磁线圈通入电流时，便产生磁场，铁芯和衔铁都被磁化，衔铁受到电磁力的作用而被吸向铁芯。磁路中被磁化，衔铁受到电磁力的作用而被吸向铁芯。磁路中的空气隙随衔铁的吸合而减小。的空气隙随衔铁的吸合而减小。 直流电磁铁的吸力与空气隙的磁感应强度的平方成正直流电磁铁的吸力与空气隙的磁感应强度的平方成正比，和空气隙的截面积成正比。比，和空气隙的截面积成正比。（2）交流电磁铁）交流电磁铁 交流电磁铁和直流电磁铁的构造基本相同，也是由励交流电

39、磁铁和直流电磁铁的构造基本相同，也是由励磁线圈，软磁材料铁芯和衔铁三部分组成。磁线圈，软磁材料铁芯和衔铁三部分组成。3.2.4.3电磁铁的类型电磁铁的类型v 交流电磁铁的吸力如图交流电磁铁的吸力如图3-163-16所示，在零与最大值之间脉所示，在零与最大值之间脉动，而因衔铁以二倍电源频率在颤动，引起噪音，同时动，而因衔铁以二倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触点容易损坏。触点容易损坏。图图3-16交流电磁铁的吸力变化交流电磁铁的吸力变化3.2.4.3电磁铁的类型电磁铁的类型v 为了消除这种现象，可在磁极的部分端面上套一个分磁为了消除这种现象，可在磁极的部分端面上套一个分磁环如图环如图3-173-

40、17所示。于是在分磁环所示。于是在分磁环( (或称短路环或称短路环) )中便产生中便产生感应电流，以阻碍磁通的变化，使在磁极二部分中的磁感应电流，以阻碍磁通的变化，使在磁极二部分中的磁通通1 1与与2 2之间产生相位差，因而磁极各部分的吸力也之间产生相位差，因而磁极各部分的吸力也就不会同时降为零，这就消除了衔铁的颤动，除去了噪就不会同时降为零，这就消除了衔铁的颤动，除去了噪音。音。图图3-17分磁环分磁环3.2.4.4电磁铁在汽车上的应用电磁铁在汽车上的应用v 利用电磁铁的特点，可制成许多控制部件或执行部件应利用电磁铁的特点，可制成许多控制部件或执行部件应用到汽车上，其中比较典型的应用就是触点

41、式电压调节用到汽车上，其中比较典型的应用就是触点式电压调节器和汽车电喇叭。器和汽车电喇叭。1触点式电压调节器利用电磁铁在不同电流下的磁力变化使衔触点式电压调节器利用电磁铁在不同电流下的磁力变化使衔铁触点断开或吸合，控制发电机励磁电路的闭合与断开，达铁触点断开或吸合，控制发电机励磁电路的闭合与断开，达到调节发电机输出电压的目的。到调节发电机输出电压的目的。2电喇叭利用衔铁触点控制电磁铁电路的通断，使电磁铁不断电喇叭利用衔铁触点控制电磁铁电路的通断，使电磁铁不断吸合和断开，产生振荡，发生鸣叫声。吸合和断开，产生振荡，发生鸣叫声。(1) 触点式电压调节器触点式电压调节器v 现以配装在东风现以配装在东

42、风EQ140EQ140汽车上的汽车上的FT-61FT-61型双级触点式电压型双级触点式电压调节器为例进行说明。其结构原理如图调节器为例进行说明。其结构原理如图3-183-18所示。动触所示。动触点在两个静触点中间形成一对动断的低速触点点在两个静触点中间形成一对动断的低速触点K K1 1，和一，和一对动合的高速触点对动合的高速触点K K2 2，能调节二级电压，故称为双级触，能调节二级电压，故称为双级触点式。高速静触点与金属底座直接搭铁。对外只有点火点式。高速静触点与金属底座直接搭铁。对外只有点火( (或火线、电枢、或火线、电枢、A A、S S、+)+)和磁场和磁场( (或或F)F)两个接线柱。两

43、个接线柱。1-拉力弹簧；2-磁轭；3-电磁线圈；4-电磁铁芯；5-绝缘板；6-活动触点片；K1-低速触点；K2-高速触点；R1-加速电阻；R2-调节电阻；R3-温度补偿电阻图图3-18FT-61型双级触点式电压调节器原理图型双级触点式电压调节器原理图(2) 电喇叭电喇叭v 为了警告行人和来往车辆，保证安全行车，汽车上都装为了警告行人和来往车辆，保证安全行车，汽车上都装有点喇叭。汽车电喇叭按外形不同可分为螺旋形、筒形有点喇叭。汽车电喇叭按外形不同可分为螺旋形、筒形和盆型，目前国产汽车使用的多位螺旋形和盆型喇叭和盆型，目前国产汽车使用的多位螺旋形和盆型喇叭, ,。二种形式的电喇叭结构和工作原理基本

44、相同，不同之处二种形式的电喇叭结构和工作原理基本相同，不同之处是扬声筒形状不同。是扬声筒形状不同。v 汽车电喇叭靠电磁原理使膜片振动而发出声音报警信汽车电喇叭靠电磁原理使膜片振动而发出声音报警信号。电喇叭有电磁铁、可动的衔铁、膜片和动断的触点号。电喇叭有电磁铁、可动的衔铁、膜片和动断的触点等构成，如图等构成，如图3-19(a)3-19(a)所示。触点与磁场线圈串联连接，所示。触点与磁场线圈串联连接，其中一个触点依附于衔铁。其中一个触点依附于衔铁。(2) 电喇叭电喇叭v 当电流流过磁场线圈时，线圈便建立起吸引可动衔铁的当电流流过磁场线圈时，线圈便建立起吸引可动衔铁的磁场，周边被固定的膜片，随着衔

45、铁移动，衔铁移动导磁场，周边被固定的膜片，随着衔铁移动，衔铁移动导致触点打开致触点打开( (如图如图3-19(b)3-19(b)所示所示) )，从而断开电路，膜片回，从而断开电路，膜片回到它的原来位置，触点再次闭合而重复上述动作。这便到它的原来位置，触点再次闭合而重复上述动作。这便引起膜片以每秒数次的频率来回振动。膜片振动，引起引起膜片以每秒数次的频率来回振动。膜片振动，引起喇叭里面的空气柱振动，从而发出声音。喇叭里面的空气柱振动，从而发出声音。图图3-19电喇叭结构示意图电喇叭结构示意图1-接蓄电池正极；2-磁场线圈；3-部分外壳；4-内装电阻；5-触点；6-衔铁；7-膜片相关知识相关知识任

46、务任务3.13.1磁路及磁性材料磁路及磁性材料任务任务3.23.2铁芯线圈和电磁铁铁芯线圈和电磁铁任务任务3.33.3变变 压压 器器任务任务3.43.4汽车继电器电路分析汽车继电器电路分析任务任务3.3变变 压压 器器变压器的用途、种类和结构变压器的用途、种类和结构1变压器的工作原理变压器的工作原理2几种常用的变压器几种常用的变压器33.3.1变压器的用途、种类和结构变压器的用途、种类和结构v 变压器是一种将交流电压变换成频率相同而电压不同的变压器是一种将交流电压变换成频率相同而电压不同的静止电器设备。静止电器设备。3.3.1.1变压器的用途3.3.1.2变压器的种类3.3.1.3变压器的结

47、构3.3.1.1变压器的用途变压器的用途v 变压器是一种常见的电器设备，在电力系统和电子线路变压器是一种常见的电器设备，在电力系统和电子线路中的应用十分广泛。其主要作用是升高电压和降低电中的应用十分广泛。其主要作用是升高电压和降低电压。在电力系统中，常用变压器来升高电压、减小电压。在电力系统中，常用变压器来升高电压、减小电流，以降低输电过程中的功率损耗和节约输电线路有色流，以降低输电过程中的功率损耗和节约输电线路有色金属的消耗，在用户端用变压器来降低电压，以保护用金属的消耗，在用户端用变压器来降低电压，以保护用电过程的安全。电过程的安全。v 用来升高电压的变压器称为升压变压器；用来降低电压用来

48、升高电压的变压器称为升压变压器；用来降低电压的变压器称为降压变压器；升压变压器和降压变压器合的变压器称为降压变压器；升压变压器和降压变压器合称为电力变压器。称为电力变压器。v 变压器除了可以用来变换电压外，还可以用来变换电变压器除了可以用来变换电压外，还可以用来变换电流、变换阻抗和传递信息，如电子线路中的输出变压流、变换阻抗和传递信息，如电子线路中的输出变压器、耦合变压器。器、耦合变压器。3.3.1.2变压器的种类变压器的种类v 变压器的种类很多，通常可按用途、结构、相数和冷却变压器的种类很多，通常可按用途、结构、相数和冷却方式的不同分类。方式的不同分类。(1) 按用途分类按用途分类(3) 按

49、线圈绕组形式按线圈绕组形式(5) 按相数分类按相数分类(2) 按铁芯结构形式分类按铁芯结构形式分类(4) 按绕组材料分类按绕组材料分类(6) 按冷却方式分类按冷却方式分类3.3.1.3变压器的结构变压器的结构v 虽然变压器的种类繁多，用途各异，但变压器基本结构虽然变压器的种类繁多，用途各异，但变压器基本结构大致相同。变压器主要由铁芯和绕组两大部分组成。大致相同。变压器主要由铁芯和绕组两大部分组成。(2) 绕组。绕组是变压器的电路部分，其作用为输入绕组。绕组是变压器的电路部分，其作用为输入(输出输出)电流，产生磁电流，产生磁通和感应电动势。绕组可分为高压绕组和低压绕组两种，它们通常同芯通和感应电

50、动势。绕组可分为高压绕组和低压绕组两种，它们通常同芯地套在铁芯柱上，低压绕组在里，高压绕组在外。这种排列方式可降低地套在铁芯柱上，低压绕组在里，高压绕组在外。这种排列方式可降低对绕组和铁芯之间的绝缘要求。一台变压器可以只有一个绕组对绕组和铁芯之间的绝缘要求。一台变压器可以只有一个绕组(自耦变压自耦变压器器)，也可以有两个或多个绕组。绕组通常用绝缘的铜线或铝线绕制。，也可以有两个或多个绕组。绕组通常用绝缘的铜线或铝线绕制。(1) 铁芯。铁芯是变压器的磁路部分。为了提高铁芯的导磁性能，减小涡铁芯。铁芯是变压器的磁路部分。为了提高铁芯的导磁性能，减小涡流和磁滞损耗，变压器的铁芯通常采用涂绝缘漆或经氧