變壓器電磁鐵與繼電器

第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一應知：磁路、磁感應強度、磁通、磁導率和磁場強度概念。

鐵磁性材料的性質。

鐵心線圈電路的分析方法及其規(guī)律，鐵心線圈的結構和物理意義，交流交流鐵心線圈的功率損耗問題。變壓器的結構和工作原理。電磁鐵和繼電器的結構、工作原理。交流發(fā)電機的結構、工作原理及工作特性。串勵式直流電動機的結構、工作原理、機械特性，直流電機的起動、調(diào)速、反轉的原理，步進電動機的工作原理。

第3章磁路與電機第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一應會：

安培環(huán)路定律、磁路歐姆定律，電磁感應定律及其應用，霍爾元件的應用。電壓變換、電流變換和阻抗變換的計算，變壓器在汽車電路中的應用。電磁鐵和繼電器在汽車電路中的應用。第3章磁路與電機第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5變壓器

變壓器是利用電磁感應原理制成的，它是傳輸電能或信號的靜止電器，它有變壓、變流、阻抗變換及電隔離作用。它的種類很多，應用十分廣泛。如在電力系統(tǒng)中把發(fā)電機發(fā)出的電壓升高，以達到遠途傳輸，到達目的地后再用變壓器把電壓降低供用戶使用；在實驗室里用自耦變壓器(調(diào)壓器)改變電源電壓；在測量電路中，利用變壓器原理制成各種電壓互感器和電流互感器以擴大對交流電壓和交流電流的測量范圍；在功率放大器和負載之間用變壓器連接，可以達到阻抗匹配，即負載上獲得最大功率，變壓器雖然用途及種類各異，但基本工作原理是相同的。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.1變壓器的結構和工作原理3.5變壓器1.變壓器的結構

變壓器由鐵心和繞組兩部分組成。變壓器的鐵心有心工式和殼式兩種不同的結構形式，如圖為心式變壓器和殼式變壓器。鐵心是用0.35～0.5mm的硅鋼片疊壓而成，為了降低磁阻，一般用交錯疊安裝的方式，即將每層硅鋼片的接縫處錯開。第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.1變壓器的結構和工作原理3.5變壓器1.變壓器的結構

簡單的雙繞組心式變壓器，在一個閉合鐵心上套有兩組繞組。N1為一次繞組的匝數(shù)，一次繞組也稱為原繞組或原邊。N2為二次繞組的匝數(shù)，二次繞組也稱為副繞組或副邊。通常繞組都用銅或鋁制漆包線繞制而成。變壓器的圖形符號第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.1變壓器的結構和工作原理3.5變壓器2.變壓器的工作原理(1)空載運行(變壓作用)如果忽略漏磁通及一次繞組電阻的影響，有

變壓器空載運行時，一、二次繞組上電壓的比值等于兩者的匝數(shù)比。該比值稱為變壓器的變壓比，簡稱變比，用K表示。當輸入電壓U1不變時，改變變壓器的變比就可以改變輸出電壓U2，這就是變壓器的變壓作用。若N1<N2，K<1，為升壓變壓器，反之為降壓變壓器。第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.1變壓器的結構和工作原理3.5變壓器2.變壓器的工作原理(2)負載運行(變流作用)

變壓器的二次繞組接有負載，稱為負載運行。此時在二次繞組電動勢e2的作用下，將產(chǎn)生二次繞組電流I2，而一次繞組電流由I10增加為I1，如圖。

由此可知，當變壓器負載運行時，一、二次繞組電流之比近似等于其匝數(shù)之比的倒數(shù)。改變一、二次繞組的匝數(shù)就可以改變一、二次繞組電流的比值，這就是變壓器的變流作用。第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.1變壓器的結構和工作原理3.5變壓器2.變壓器的工作原理(3)阻抗變換作用

變壓器還有變換阻抗的作用，以實現(xiàn)阻抗匹配。即負載上能獲得最大功率。

匝數(shù)不同，實際負載阻抗|ZL|折算到原邊的等效阻抗也不同，人們可以用不同的匝數(shù)比，把實際負載變換為所需要的比較合適的數(shù)值，這種做法通常稱為阻抗匹配。在電子電路中經(jīng)常這樣。第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.1變壓器的結構和工作原理3.5變壓器2.變壓器的工作原理【例3.1】

如圖中信號源US=1.0V，內(nèi)阻R0=200Ω，負載電阻RL=8Ω，今欲使負載從信號源獲得最大功率，試求變壓器的變比。解：若要負載獲得最大功率，應使其等效負載等于電源內(nèi)阻故變壓器的變比為第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.2變壓器的額定值3.5變壓器1.額定電壓U1N、U2N

原邊額定電壓U1N是根據(jù)繞組的絕緣強度和允許發(fā)熱所規(guī)定的應加在原邊繞組上的正常工作電壓的有效值，副邊額定電壓U2N，在電力系統(tǒng)中是指變壓器原邊施加額定電壓時的副邊空載的電壓有效值。2.額定電流I1N、I2N

原、副邊額定電流I1N、I2N是指變壓器在連續(xù)運行時，原、副邊繞組允許通過的最大電流的有效值。3.額定容量SN

是指變壓器副邊額定電壓和額定電流的乘積，即副邊的額定功率。SN=U2NI2N。額定容量反映了變壓器所能傳送電功率的能力，但不要把變壓器的實際輸出功率與額定容量相混淆。第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.2變壓器的額定值3.5變壓器4.額定頻率fN

是指變壓器應接入的電源頻率，我國電力系統(tǒng)的標準頻率為50Hz。第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.3特殊變壓器3.5變壓器1.自耦變壓器

如果原、副邊共用一個繞組，使低壓繞組成為高壓繞組的一部分，就稱為自耦變壓器。與普通變壓器相比，自耦變壓器用料少，質量小，尺寸小，但由于原、副邊繞組之間，既有磁的聯(lián)系又有電的聯(lián)系，故不能用于要求原、副邊電路隔離的場合。同時使用時應特別注意它的高壓側和低壓側不能倒用。第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.3特殊變壓器3.5變壓器1.自耦變壓器在實用中為了得到連續(xù)可調(diào)的交流電壓，常將自耦變壓器的鐵心做成圓形。副邊抽頭做成滑動的觸頭，可自由滑動。如圖所示，當用手柄轉動觸頭時，就改變了副邊匝數(shù)，調(diào)節(jié)了輸出電壓的大小，這種變壓器稱為自耦調(diào)壓器。自耦變壓器注意事項：

(1)原、副邊不能對調(diào)使用，否則可能會燒壞繞組，甚至造成電源短路。(2)接通電源前，應先將滑動觸頭調(diào)到零位，接通電源后再慢慢轉動手柄，將輸出電壓調(diào)至所需值。第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.3特殊變壓器3.5變壓器2.儀用互感器

按用途分：電壓互感器和電流互感器兩種。電壓互感器可用于擴大交流電壓表的量程。工作原理與普通變壓器空載情況相似。為了工作安全，電壓互感器的鐵殼及二次繞組的一端必須接地。電流互感器用于擴大交流電流表的量程。在電流互感器的一次繞組接入一次側電路之前，必須先把電流互感器的二次繞組連成閉合回路且在工作中不允許斷開。專供測量儀表使用的變壓器稱為儀用互感器，簡稱互感器?；ジ衅鞯淖饔檬鞘箿y量儀器表與高壓電路絕緣，以保證工作安全、擴大測量儀表的量程。第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.5.3特殊變壓器3.5變壓器2.儀用互感器鉗形電流表如圖所示，是電流互感器的另一種應用形式。鉗形電流表由一只同電流表接成閉合回路的二次繞組和一只鐵心構成，其鐵心可以開合。在測量時，先張開鐵心，把待測電流的一根導線放入鉗中，再把鐵心閉合。這樣，載流導線便成為電流互感器的一次繞組，經(jīng)過變換后，在電流表上可直接指出被測電流的大小。第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.1電磁鐵3.6電磁鐵和繼電器1.電磁鐵的結構和工作原理

利用通電的鐵心線圈產(chǎn)生的電磁力或力矩吸引銜鐵或保持某種工件于固定位置，通過將電磁能轉化為機械能來實現(xiàn)各種控制的一種電器。電磁鐵的勵磁線圈通入電流后，電磁鐵鐵心和銜鐵端面上出現(xiàn)了不同磁極，彼此相吸，使銜鐵吸向鐵心，從而帶動執(zhí)行機構作直線或回轉運動。主要由勵磁線圈、鐵心和銜鐵等部分組成。如圖所示。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.1電磁鐵3.6電磁鐵和繼電器1.電磁鐵的結構和工作原理電磁鐵在汽車上應用廣泛，如汽車泵進出油閥的啟閉，氣電喇叭發(fā)聲，汽車電子噴射及ABS油閥等都是由電磁鐵來控制的。2.電磁鐵的分類(1)拍合式電磁鐵特點：銜鐵做成片狀，處于線圈的端部或側面，當勵磁線圈通電后，銜鐵在磁場力作用下，將沿著磁感線方向移動或轉動一個不太大的距離或轉角，使工作氣隙減小。它一般適用于吸力和移動距離或轉角都不太大的場合。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.1電磁鐵3.6電磁鐵和繼電器2.電磁鐵的分類(2)吸入式電磁鐵特點：被吸動的部分是一個圓桿形的鐵心（銜鐵），它位于螺管線圈中。線圈通電后，銜鐵被更深地吸進線圈里，做直線運動。在吸入式電磁鐵中，除了動、靜鐵心之間的工作氣隙中主磁通會產(chǎn)生電磁吸力外，銜鐵和線圈之間的氣隙中的漏磁通也會產(chǎn)生同方向的電磁吸力。因此它適用于較大工作行程和較大吸力的場合，如氣動和液動閥門及其他吸力電磁鐵。第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.1電磁鐵3.6電磁鐵和繼電器2.電磁鐵的分類(3)旋轉式電磁鐵旋轉式電磁鐵的經(jīng)濟性較差，即在做同樣機械功時，它的體積和重量要比前兩種大，功率也較大。但是它能得到較大的轉角（可達），并且可能通過改變磁極極面形狀來改變其吸力和轉角的關系。因此，在某些特殊用途的電磁元件中得到應用，如力矩電動機、微動同步器等。特點：鐵心上的線圈通電后，銜鐵的運動方向不是沿著磁感線的方向，因為磁感線總是力圖通過磁阻最小的路徑而閉合。因此，其電磁力矩的方向總是使銜鐵運動到整個磁路內(nèi)磁阻最小的位置。第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.1電磁鐵3.6電磁鐵和繼電器3.電磁鐵在汽車上的應用(1)觸點式電壓調(diào)節(jié)器

利用電磁鐵在不同電流下的磁力變化使銜鐵觸點斷開或吸合，控制發(fā)電機勵磁電路的閉合與斷開，達到調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓的目的。雙級觸點式電壓調(diào)節(jié)器的結構：動觸點在兩個靜觸點中間形成一對動斷的低速觸點K1，另一對動合的高速觸點K2能調(diào)節(jié)兩級電壓，故稱為雙級觸點式。高速靜觸點與金屬底座直接搭鐵。對外只有點火（或火線、電樞、A、S、+）和磁場（或F）兩個接線柱。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.1電磁鐵3.6電磁鐵和繼電器3.電磁鐵在汽車上的應用(1)觸點式電壓調(diào)節(jié)器低速觸點K1和加速電阻R1、調(diào)節(jié)電阻R2并聯(lián)；高速觸點K2與發(fā)電機勵磁繞組并聯(lián)；溫度補償電阻R3串入磁化線圈電路中。另外還有電磁鐵心、磁化線圈、活動觸點臂銜鐵、接力彈簧等到。硅整流發(fā)電機輸出電壓的高低，取決于轉子的轉速和磁極磁通。保持電壓恒定的調(diào)控原理，只能在轉速升高時，相應減弱磁通，而減弱磁通只能以減小勵磁電流來實現(xiàn)。FT-61型雙級觸點式電壓調(diào)節(jié)器就是控制硅整流發(fā)電機勵磁電流的大小來控制發(fā)電機輸出電壓的。第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.1電磁鐵3.6電磁鐵和繼電器3.電磁鐵在汽車上的應用(2)電喇叭電喇叭由電磁鐵、可動的銜鐵、膜片和常閉的觸點等到構成。觸點與電磁線圈串聯(lián)，其中一個觸點依附于銜鐵。當電流流過電磁線圈時，線圈便建立起吸引可動銜鐵的磁場，周邊被固定的膜片，隨著銜鐵移動，銜鐵移動導致觸點打開，從而斷開電路，膜片回到它的原來位置，觸點再次閉合而重復上述動作。這便引起膜片以每秒數(shù)次的頻率來回振動。膜片振動，引起電喇叭里面的空氣柱振動，從而發(fā)出聲音。

利用銜鐵觸點控制電磁鐵電路的通斷，使電磁鐵不斷吸合和斷開，產(chǎn)生振蕩，發(fā)出鳴叫音。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.2繼電器3.6電磁鐵和繼電器1.繼電器的類型

是自動控制電路中常用的一種元件，是用較小的電流來控制較大電流的一種自動開關，在電路中起著自動操作、自動調(diào)節(jié)、安全保護等作用。繼電器種類繁多，按輸入信號的不同可分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器等；按工作原理可分為電磁式繼電器、感應繼電器、干簧式繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器等；按觸點狀態(tài)的不同可分為常開型繼電器、常閉型繼電器和混合型繼電器。電磁式繼電器成本較低，便于控制執(zhí)行部件，因此在汽車電路中被廣泛采用。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.2繼電器3.6電磁鐵和繼電器2.電磁式繼電器的結構

當繼電器線圈通以電流時，在鐵心、軛鐵、銜鐵和工作氣隙中形成磁通回路，從而使銜鐵受到電磁吸力的作用而吸向鐵心，此時銜鐵帶動支桿而將板簧推開，使一組或幾組動斷觸點斷開(也可以使動合觸點接通)。當切斷繼電器線圈的電流時，電磁力失去，銜鐵在板簧的作用下恢復原位，觸點又閉合。第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.2繼電器3.6電磁鐵和繼電器3.繼電器的符號

在電路中，表示繼電器時只要畫出它的線圈和與控制電器有關的接點組就可以了。繼電器的線圈用一個長方框符號表示，同時在長方框內(nèi)或框旁標上這個繼電器的文字符號“K”。在汽車電路中，按電路連接的需要，把各個觸點分別畫在各自的控制電路中，同時在屬于同一繼電器的線圈和觸點旁邊注上相同的文字符號，并把觸點組編號。如圖所示。第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.2繼電器3.6電磁鐵和繼電器4.汽車用繼電器的主要參數(shù)(1)功率：指繼電器線圈使用的額定電壓和額定功率。(2)線圈電壓：指繼電器正常工作時線圈需要的電壓值。汽車繼電器的電壓均與汽車電源相一致，分12V和24V兩種。(3)線圈電阻：指線圈的電阻值，可以根據(jù)線圈電阻來求線圈的工作電壓或工作電流。(4)觸點負荷：指觸點的負載能力，有時也稱為觸點容量。因為繼電器的觸點在切換時要承受一定的電壓和電流，因而影響繼電器的使用壽命。第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.6.2繼電器3.6電磁鐵和繼電器5.繼電器在汽車上的應用

由于汽車電氣系統(tǒng)電壓較低