吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)課件

3.1

磁路3.2交流鐵心線圈3.3變壓器3.4直流鐵心線圈在汽車上的應(yīng)用3.5變壓器在汽車上的應(yīng)用第三章鐵心線圈與變壓器3.1磁路第三章鐵心線圈與變壓器磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。i線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通鐵心（導(dǎo)磁性能好的磁性材料）線圈3.1磁路3.1.1磁路的基本概念返回1.磁路磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。i線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分

磁感應(yīng)強度（B）：磁感應(yīng)強度表示磁場中某點磁場強弱方向的物理量。如果磁場內(nèi)各點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，這樣的磁場稱為均勻磁場。2.磁路的基本物理量磁感應(yīng)強度的單位是特斯拉（T）磁通（Φ）：磁感應(yīng)強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，成為通過該面積的磁通。磁通的單位是韋伯（wb）。

Φ=BS磁感應(yīng)強度（B）：磁感應(yīng)強度表示磁場中某點磁場強弱方

磁場強度（H）：表示磁場中與磁鐵材料無關(guān)的磁場大小和方向的物理量。磁場強度的單位是安/米（A/m）。

H=B/μ磁導(dǎo)率（μ）：是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量，單位是亨/米(H/m)

真空磁導(dǎo)率

μ0=4π×10－7H/m

相對導(dǎo)磁系數(shù)

μr=μ/μ0

若

μr=1說明是非磁性材料，。

若

μr>>1說明是磁性材料即鐵磁材料。磁場強度（H）：表示磁場中與磁鐵材料無關(guān)的磁場大小和

3.1.2鐵磁材料的磁性能

1.高導(dǎo)磁性大小BH(I)

2.磁飽和性HBBH

3.磁滯性在外磁場H作用下(例如鐵心線圈中的電流)，鐵磁材料內(nèi)磁感應(yīng)強度大大增強，即被強烈磁化的現(xiàn)象。磁化磁場不會隨外磁場的增加而無限增加的現(xiàn)象。在交變磁場H的作用下，磁感應(yīng)強度B落后于H變化的現(xiàn)象。3.1.2鐵磁材料的磁性能1.高導(dǎo)磁性大小BH(I按磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可分為兩種基本類型：BH0BH0

屬于軟磁材料的有：硅鋼、鑄鋼、坡莫合金及鐵氧體等

。屬于硬磁材料的有：鈷鋼、稀土鈷及鎳鋁鈷合金等

。按磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可分為兩種基本類型：BH0BIΦNEIR電動勢E磁動勢F=IN電流I磁通Φ電壓U=E磁壓F=HL電阻R=l/Sr磁阻Rm=L/Sμ電路歐姆定律

I=U/R磁路歐姆定律

Φ

=F/Rm

3.1.3磁路的歐姆定律IΦNEIR電動勢E磁動勢F=IN電流I磁通Φ電壓U=E磁U不變，I不變。在直流磁路中，勵磁電流，隨Rm改變而變化。據(jù)磁路歐姆定律，信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)空氣隙變

磁阻變

磁通變

傳感器線圈輸出變化的感應(yīng)電壓信號(a)傳感器的結(jié)構(gòu)

(b)原理示意圖

(c)輸出信號

磁路歐姆定律舉例：U不變，I不變。在直流磁路中，勵磁電流電量、磁量關(guān)系如下：ui(iN)ΦΦσiRΦ：主磁通

Φσ漏磁通iue

eσ3.2交流鐵心線圈3.2.1電壓、電流、和磁通的關(guān)系1.各物理量之間的關(guān)系返回電量、磁量關(guān)系如下：ui(iN)ΦΦσiRΦ：主磁通2.電量方程通常很小，故：3.電磁關(guān)系最大值有效值2.電量方程通常很小，故：3.電磁關(guān)系最大(I

隨Rm

變化）（U不變時，基本不變）可見交流磁路特點是：3.2.2

鐵心線圈的能量損耗1.鐵心線圈電路的銅損：PCu=I2R2.鐵心線圈電路的鐵損：鐵損PFe

＝磁滯損耗Ph+渦流損耗Pe(I隨Rm變化）（U不變時，可見交流磁路特點是：3.1)磁滯損耗Ph：鐵心在交變磁場內(nèi)反復(fù)磁化的過程要消耗能量，使磁鐵發(fā)熱。可以證明，鐵心反復(fù)磁化所消耗的能量與磁滯回線的面積成正比。所以一般為了減小磁滯損耗，常選用磁滯回線狹小的軟磁材料制造鐵心，通常采用硅鋼。2)渦流損耗Pe:磁鐵材料既導(dǎo)磁又導(dǎo)電，在交變磁通通過鐵心時，在線圈和鐵心中都有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，在磁鐵中會出現(xiàn)旋渦式的電流稱為渦流。渦流在鐵心中產(chǎn)生的能量損耗稱為渦流損耗。Φic1)磁滯損耗Ph：鐵心在交變磁場內(nèi)反復(fù)磁化的過程要消耗能為了減小渦流損耗，一方面采用電阻率較高的鐵磁材料（如硅鋼）也可以減小渦流。另一方面可以把整塊鐵心改成順著磁場方向彼此絕緣的硅鋼片疊成。這樣就可以限制渦流在較小的截面內(nèi)流過；iΦic交流鐵心線圈的鐵心都選用0.5mm或0.35mm厚的彼此絕緣的硅鋼片疊成。為了減小渦流損耗，一方面采用電阻率較高的鐵磁材料（如硅鋼變壓器是用來改變電壓大小的一種重要的電器設(shè)備,它在電力和供電系統(tǒng)中占有很重要的地位,在電子技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用。變壓器用途1.升壓送電2.降壓送電3.在電子線路中用作電源變換、傳遞信號、阻抗變換等3.3變壓器返回變壓器是用來改變電壓大小的一種重要的電器設(shè)備,它在電繞組鐵心殼式鐵心繞組心式3.3.1

變壓器的基本構(gòu)造單相變壓器鐵心原邊繞組副邊繞組T繞組鐵心殼式鐵心繞組心式3.3.1變壓器的基本構(gòu)造單相變壓3.3.2

變壓器的工作原理1.變壓器的空載運行與變換電壓時結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。K為變比3.3.2變壓器的工作原理1.變壓器的空載運行與變換電壓

副邊帶負載后對磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了電流i2

。此電流在磁路中也會產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流i1。但當(dāng)外加電壓、頻率不變時，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負載時基本不變

。帶負載后磁動勢的平衡關(guān)系為：2.變壓器的負載運行與變換電流副邊帶負載后對磁路2.變壓器的負載運行與變換電流結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比由于變壓器鐵心材料的導(dǎo)磁率高、空載勵磁電流很小，可忽略。即：原、副邊電流關(guān)系（變電流）結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比由于變壓器鐵心材料的導(dǎo)磁率（變阻抗）原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等效負載，為副邊所帶負載乘以變比的平方。（變阻抗）原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等阻抗變換舉例：揚聲器上如何得到最大輸出功率。RsRL信號源設(shè)：信號電壓的有效值:U1=50V;信號內(nèi)阻：Rs=100;負載為揚聲器，其等效電阻：RL=8。求：負載上得到的功率解：（1）將負載直接接到信號源上，得到的輸出功率為：阻抗變換舉例：揚聲器上如何得到最大輸出功率。RsRL信號源設(shè)Rs（2）將負載通過變壓器接到信號源上。輸出功率為：設(shè)變比

則：結(jié)論：由此例可見加入變壓器以后，輸出功率提高了很多。原因是滿足了電路中獲得最大輸出的條件（信號源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。Rs（2）將負載通過變壓器接到信號源上。輸出功率為：設(shè)變比副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：U2I2U20U20：原邊加額定電壓、副邊開路時，副邊的輸出電壓。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不多）3.3.3

變壓器的外特性與額定值1.外特性副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：U2I2U20U20：原邊額定電壓

變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組允許的電壓值。額定電流

變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電流值。

額定容量

傳送功率的最大能力。（理想）2.額定值

效率：指輸出功率與輸入功率之比，即額定電壓額定電流額定容量（理想）2.容量SN輸出功率P2

原邊輸入功率P1

輸出功率P2變壓器幾個功率的關(guān)系效率變壓器功率因數(shù)容量：原邊輸入功率：輸出功率：容量SN輸出功率P2

當(dāng)電流流入兩個線圈(或流出）時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入端稱為同極性端（同名端）。或者說，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減?。r，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢極性相同的兩端為同極性端。1.同極性端(同名端)AXax**AXax**3.3.4

變壓器繞組的同極性端及其測定當(dāng)電流流入兩個線圈(或流出）時，若產(chǎn)生的磁通方向相同注意：如果兩繞組的極性接錯時，有可能燒毀變壓器。結(jié)論：在極性不明確時，一定要先測定極性再通電。兩個線圈中的磁通抵消燒毀感應(yīng)電勢電流很大原因：**1324’注意：如果兩繞組的極性接錯時，有可能燒毀變壓器。結(jié)論：在極性2.極性的測定方法(直流法)mA表+_AXaxK+-**AXax+_K設(shè)K閉合時增加。感應(yīng)電動勢的方向，阻止的增加。如果當(dāng)

K

閉合時，mA表正偏，則A－a為同極性端;如果當(dāng)K

閉合時，mA表反偏，則A－x為同極性端結(jié)論：2.極性的測定方法(直流法)mA表+_AXaxK+-**A例如，在圖示電路中，每個原邊線圈的額定電壓為110V，二次線圈的額定電壓分別為3V、9Ｖ。··12345678··1.當(dāng)接到220Ｖ的電源時，應(yīng)將2、3相聯(lián)，1、4與電源兩個線圈串聯(lián)。當(dāng)接110Ｖ電源時，應(yīng)將1、3相聯(lián)2、4相聯(lián)，兩線圈并聯(lián)接到110Ｖ電源上。2.若要得到12Ｖ的輸出時，應(yīng)將6、8相聯(lián)，從5、7兩個端子輸出。若要得到6Ｖ的輸出時，應(yīng)將6、7相聯(lián)，從5、8兩個端子輸出。例如，在圖示電路中，每個原邊線圈的額定電壓為110V，二次線3.3.5

變壓器在汽車上的應(yīng)用——點火線圈相同點不同點變壓器鐵心上繞線圈，電磁感應(yīng)原理連續(xù)工作方式，可以變換電壓、電流、阻抗，可升壓或降壓。點火線圈鐵心上繞線圈，電磁感應(yīng)原理斷續(xù)工作方式，只能是升壓。1.

點火線圈的結(jié)構(gòu)與特點返回3.3.5變壓器在汽車上的應(yīng)用——點火線圈相同點不同點變鐵2.

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的組成和工作過程1)斷電器觸點閉合，點火線圈中初級電流i1增長。斷電器觸點打開，點火線圈次級產(chǎn)生高壓電。3)火花塞間隙被擊穿，產(chǎn)生點火花，點燃混合氣。2.傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的組成和工作過程1)斷電器觸點閉合，點3.4

直流鐵心線圈在汽車上的應(yīng)用3.4.1

直流鐵心線圈的電磁特點

勵磁電流（當(dāng)U不變，I不變，磁動勢IN不變)

磁通（Ф隨磁阻Rm變化)

功率損耗，僅有銅損，沒有鐵心損失，返回3.4直流鐵心線圈在汽車上的應(yīng)用3.4.1直流鐵心線圈的3.4.2

直流鐵心線圈的應(yīng)用繼電器：利用小電流來控制較大電流的電磁開關(guān)。電磁式繼電器觸點常閉繼電器符號觸點常開繼電器符號3.4.2直流鐵心線圈的應(yīng)用繼電器：利用小電流來控制較大電2.電磁鐵與電磁閥電磁鐵中銜鐵或鐵心的運動，可帶動某傳動機構(gòu)完成一個執(zhí)行動作(例如門鎖執(zhí)行器)。電磁閥可實現(xiàn)液壓油路的關(guān)斷與閉合(例如：換檔電磁閥)。

2.電磁鐵與電磁閥電磁鐵中銜鐵或鐵心的運動，可3.1

磁路3.2交流鐵心線圈3.3變壓器3.4直流鐵心線圈在汽車上的應(yīng)用3.5變壓器在汽車上的應(yīng)用第三章鐵心線圈與變壓器3.1磁路第三章鐵心線圈與變壓器磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。i線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通鐵心（導(dǎo)磁性能好的磁性材料）線圈3.1磁路3.1.1磁路的基本概念返回1.磁路磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。i線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分

磁感應(yīng)強度（B）：磁感應(yīng)強度表示磁場中某點磁場強弱方向的物理量。如果磁場內(nèi)各點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，這樣的磁場稱為均勻磁場。2.磁路的基本物理量磁感應(yīng)強度的單位是特斯拉（T）磁通（Φ）：磁感應(yīng)強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，成為通過該面積的磁通。磁通的單位是韋伯（wb）。

Φ=BS磁感應(yīng)強度（B）：磁感應(yīng)強度表示磁場中某點磁場強弱方

磁場強度（H）：表示磁場中與磁鐵材料無關(guān)的磁場大小和方向的物理量。磁場強度的單位是安/米（A/m）。

H=B/μ磁導(dǎo)率（μ）：是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量，單位是亨/米(H/m)

真空磁導(dǎo)率

μ0=4π×10－7H/m

相對導(dǎo)磁系數(shù)

μr=μ/μ0

若

μr=1說明是非磁性材料，。

若

μr>>1說明是磁性材料即鐵磁材料。磁場強度（H）：表示磁場中與磁鐵材料無關(guān)的磁場大小和

3.1.2鐵磁材料的磁性能

1.高導(dǎo)磁性大小BH(I)

2.磁飽和性HBBH

3.磁滯性在外磁場H作用下(例如鐵心線圈中的電流)，鐵磁材料內(nèi)磁感應(yīng)強度大大增強，即被強烈磁化的現(xiàn)象。磁化磁場不會隨外磁場的增加而無限增加的現(xiàn)象。在交變磁場H的作用下，磁感應(yīng)強度B落后于H變化的現(xiàn)象。3.1.2鐵磁材料的磁性能1.高導(dǎo)磁性大小BH(I按磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可分為兩種基本類型：BH0BH0

屬于軟磁材料的有：硅鋼、鑄鋼、坡莫合金及鐵氧體等

。屬于硬磁材料的有：鈷鋼、稀土鈷及鎳鋁鈷合金等

。按磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可分為兩種基本類型：BH0BIΦNEIR電動勢E磁動勢F=IN電流I磁通Φ電壓U=E磁壓F=HL電阻R=l/Sr磁阻Rm=L/Sμ電路歐姆定律

I=U/R磁路歐姆定律

Φ

=F/Rm

3.1.3磁路的歐姆定律IΦNEIR電動勢E磁動勢F=IN電流I磁通Φ電壓U=E磁U不變，I不變。在直流磁路中，勵磁電流，隨Rm改變而變化。據(jù)磁路歐姆定律，信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)空氣隙變

磁阻變

磁通變

傳感器線圈輸出變化的感應(yīng)電壓信號(a)傳感器的結(jié)構(gòu)

(b)原理示意圖

(c)輸出信號

磁路歐姆定律舉例：U不變，I不變。在直流磁路中，勵磁電流電量、磁量關(guān)系如下：ui(iN)ΦΦσiRΦ：主磁通

Φσ漏磁通iue

eσ3.2交流鐵心線圈3.2.1電壓、電流、和磁通的關(guān)系1.各物理量之間的關(guān)系返回電量、磁量關(guān)系如下：ui(iN)ΦΦσiRΦ：主磁通2.電量方程通常很小，故：3.電磁關(guān)系最大值有效值2.電量方程通常很小，故：3.電磁關(guān)系最大(I

隨Rm

變化）（U不變時，基本不變）可見交流磁路特點是：3.2.2

鐵心線圈的能量損耗1.鐵心線圈電路的銅損：PCu=I2R2.鐵心線圈電路的鐵損：鐵損PFe

＝磁滯損耗Ph+渦流損耗Pe(I隨Rm變化）（U不變時，可見交流磁路特點是：3.1)磁滯損耗Ph：鐵心在交變磁場內(nèi)反復(fù)磁化的過程要消耗能量，使磁鐵發(fā)熱?？梢宰C明，鐵心反復(fù)磁化所消耗的能量與磁滯回線的面積成正比。所以一般為了減小磁滯損耗，常選用磁滯回線狹小的軟磁材料制造鐵心，通常采用硅鋼。2)渦流損耗Pe:磁鐵材料既導(dǎo)磁又導(dǎo)電，在交變磁通通過鐵心時，在線圈和鐵心中都有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，在磁鐵中會出現(xiàn)旋渦式的電流稱為渦流。渦流在鐵心中產(chǎn)生的能量損耗稱為渦流損耗。Φic1)磁滯損耗Ph：鐵心在交變磁場內(nèi)反復(fù)磁化的過程要消耗能為了減小渦流損耗，一方面采用電阻率較高的鐵磁材料（如硅鋼）也可以減小渦流。另一方面可以把整塊鐵心改成順著磁場方向彼此絕緣的硅鋼片疊成。這樣就可以限制渦流在較小的截面內(nèi)流過；iΦic交流鐵心線圈的鐵心都選用0.5mm或0.35mm厚的彼此絕緣的硅鋼片疊成。為了減小渦流損耗，一方面采用電阻率較高的鐵磁材料（如硅鋼變壓器是用來改變電壓大小的一種重要的電器設(shè)備,它在電力和供電系統(tǒng)中占有很重要的地位,在電子技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用。變壓器用途1.升壓送電2.降壓送電3.在電子線路中用作電源變換、傳遞信號、阻抗變換等3.3變壓器返回變壓器是用來改變電壓大小的一種重要的電器設(shè)備,它在電繞組鐵心殼式鐵心繞組心式3.3.1

變壓器的基本構(gòu)造單相變壓器鐵心原邊繞組副邊繞組T繞組鐵心殼式鐵心繞組心式3.3.1變壓器的基本構(gòu)造單相變壓3.3.2

變壓器的工作原理1.變壓器的空載運行與變換電壓時結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。K為變比3.3.2變壓器的工作原理1.變壓器的空載運行與變換電壓

副邊帶負載后對磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了電流i2

。此電流在磁路中也會產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流i1。但當(dāng)外加電壓、頻率不變時，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負載時基本不變

。帶負載后磁動勢的平衡關(guān)系為：2.變壓器的負載運行與變換電流副邊帶負載后對磁路2.變壓器的負載運行與變換電流結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比由于變壓器鐵心材料的導(dǎo)磁率高、空載勵磁電流很小，可忽略。即：原、副邊電流關(guān)系（變電流）結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比由于變壓器鐵心材料的導(dǎo)磁率（變阻抗）原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等效負載，為副邊所帶負載乘以變比的平方。（變阻抗）原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等阻抗變換舉例：揚聲器上如何得到最大輸出功率。RsRL信號源設(shè)：信號電壓的有效值:U1=50V;信號內(nèi)阻：Rs=100;負載為揚聲器，其等效電阻：RL=8。求：負載上得到的功率解：（1）將負載直接接到信號源上，得到的輸出功率為：阻抗變換舉例：揚聲器上如何得到最大輸出功率。RsRL信號源設(shè)Rs（2）將負載通過變壓器接到信號源上。輸出功率為：設(shè)變比

則：結(jié)論：由此例可見加入變壓器以后，輸出功率提高了很多。原因是滿足了電路中獲得最大輸出的條件（信號源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。Rs（2）將負載通過變壓器接到信號源上。輸出功率為：設(shè)變比副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：U2I2U20U20：原邊加額定電壓、副邊開路時，副邊的輸出電壓。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不多）3.3.3

變壓器的外特性與額定值1.外特性副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：U2I2U20U20：原邊額定電壓

變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組允許的電壓值。額定電流

變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電流值。

額定容量

傳送功率的最大能力。（理想）2.額定值

效率：指輸出功率與輸入功率之比，即額定電壓額定電流額定容量（理想）2.容量SN輸出功率P2

原邊輸入功率P1

輸出功率P2變壓器幾個功率的關(guān)系效率變壓器功率因數(shù)容量：原邊輸入功率：輸出功率：容量SN輸出功率P2

當(dāng)電流流入兩個線圈(或流出）時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入端稱為同極性端（同名端）。或者說，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減?。r，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢極性相同的兩端為同極性端。1.同極性端(同名端)AXax**AXax**3.3.4

變壓器繞組的同極性端及其測定當(dāng)電流流入兩個線圈(或流出）時，若產(chǎn)生的磁通方向相同注意：如果兩繞組的極性接錯時，有可能燒毀變壓器。結(jié)論：在極性不明確時，一定要先測定極性再通電。兩個線圈中的磁通抵消燒毀感應(yīng)電勢電流很大原因：**1324’注意：如果兩繞組的極性接錯時，有可能燒毀變壓器。結(jié)論：在極性2.極性的測定方法(直流法)mA表+_AXaxK+-**AXax+_K設(shè)K閉合時增加。感應(yīng)電動勢的方向，阻止的增加。如果當(dāng)

K

閉