汽車電工電子,汽車制造專業(yè),第2章 電磁學(xué)原理及應(yīng)用,2.1 電磁學(xué)概述 2.1.1 磁的基本知識(shí) 磁體能夠吸引鐵、鎳、鈷等金屬或它們的合金物質(zhì)，磁體的這種性質(zhì)稱為磁性，具有磁性的物體稱為磁體。 2.1.2 磁場(chǎng) 1.磁場(chǎng)定義及其性質(zhì) 磁場(chǎng)是電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的。,2.磁力線 磁場(chǎng)雖然存在，卻是看不見的。為了便于理解，英國物理學(xué)家法拉第認(rèn)為由許多磁力線所構(gòu)成的連續(xù)場(chǎng)就叫做磁場(chǎng)。 磁力線為形象描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向而引入的假想線，如圖所示。,3.磁場(chǎng)基本物理量 1）磁感應(yīng)強(qiáng)度 2）磁通量 3）磁導(dǎo)率 4）磁場(chǎng)強(qiáng)度,2.1.3 鐵磁材料的分類及其性質(zhì) 1.鐵磁材料的分類 1）硬磁材料 硬磁材料不易被磁化，也不易去磁，常用來制造各種形狀的永久磁體，用于磁電式儀表和各種揚(yáng)聲器中。 2）軟磁材料 軟磁材料容易磁化，也容易去磁，如硅鋼、鑄鋼、純鐵等，常用做電器設(shè)備的鐵芯。 3）矩磁材料 矩磁材料的特點(diǎn)是較小的外磁場(chǎng)就能使磁化達(dá)到飽和，去掉外磁場(chǎng)仍能保持飽和。常用于制造電子計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)元件的環(huán)形磁芯。,2.鐵磁材料的性質(zhì) 1）高導(dǎo)磁性 鐵磁材料具有極強(qiáng)的被磁化特性，在外磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外磁場(chǎng)的附加磁場(chǎng)。 2）磁飽和性 鐵磁材料在被磁化的過程中，隨著外磁場(chǎng)的逐步增強(qiáng)，鐵磁材料內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度幾乎不隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度增加的特性，稱為磁飽和。 3）磁滯性 在外磁場(chǎng)作正負(fù)變化（即大小和方向不斷變化）的反復(fù)磁化過程中，鐵磁材料內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于外磁場(chǎng)的變化，這一特性稱為磁滯性。,2.1.4 磁路 1.磁路的定義 磁力線集中通過的閉合路徑稱為磁路。 1）磁動(dòng)勢(shì) 2）磁阻,2.磁路歐姆定律 在磁路中，磁通與產(chǎn)生磁通的磁源（磁動(dòng)勢(shì)）成正比，與磁路的磁阻成反比，這就是磁路歐姆定律，即,2.2 電流的磁效應(yīng) 2.2.1 電流的磁場(chǎng),2.2.2 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 1.磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)體的作用,2.磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用,3.磁場(chǎng)對(duì)通電半導(dǎo)體基片的作用,2.3 電 磁 感 應(yīng) 2.3.1 磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的電磁感應(yīng),導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向可用右手定則來判斷。如圖所示，平伸右手，使拇指與其余四指垂直，讓掌心正對(duì)磁場(chǎng)N極，以拇指指向表示導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指的指向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。,2.3.2 線圈中的電磁感應(yīng) 1.線圈中磁通變化時(shí)的電磁感應(yīng),2.線圈面積變化引起的感應(yīng)電流,3.楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律 楞次定律為人們提供了一個(gè)判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流方向的方法，具體步驟如下： （1）判定原磁通的方向及其變化趨勢(shì)（即增加還是減少）。 （2）根據(jù)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（俗稱感應(yīng)磁場(chǎng)）方向永遠(yuǎn)和原磁通變化趨勢(shì)相反的原則，確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向。 （3）根據(jù)感應(yīng)磁場(chǎng)的方向，用安培定則就可判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向。應(yīng)當(dāng)注意的是，必須把線圈或?qū)w看成一個(gè)電源。在線圈或直導(dǎo)體內(nèi)部，感應(yīng)電流從電源的“負(fù)極”流到“正極”；在線圈或直導(dǎo)體外部，感應(yīng)電流由電源的“正極”端經(jīng)負(fù)載流回“負(fù)極”端。因此，在線圈或?qū)w內(nèi)部，感應(yīng)電流的方向永遠(yuǎn)和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向相同。,2.3.3 自感現(xiàn)象 當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所激發(fā)的磁場(chǎng)穿過該線圈自身的磁通量也隨之變化，從而在該線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為自感現(xiàn)象，這樣產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為自感電勢(shì)，通常用eL來表示。,2.3.4 互感現(xiàn)象 由于一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化而使其他線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為互感電動(dòng)勢(shì)，用em表示。,互感電動(dòng)勢(shì)的方向也可楞次定律判定，具體方法如下： （1）根據(jù)線圈中電流的方向，確定線圈中互感磁通的方向。 （2）根據(jù)線圈1中電流變化的趨勢(shì)，確定通過線圈2中互感磁通的變化趨勢(shì)。 （3）根據(jù)楞次定律判定線圈2中感應(yīng)磁通的方向。 （4）根據(jù)右手螺旋定則判定互感電流的方向。,2.4 變 壓 器 2.4.1 變壓器的用途 變壓器的主要作用是升高電壓和降低電壓。在電力系統(tǒng)中，常用變壓器來升高電壓、減小電流，以降低輸電過程中的功率損耗和節(jié)約輸電線路有色金屬的消耗，在用戶端用變壓器來降低電壓，以保護(hù)用電過程的安全。用來升高電壓的變壓器稱為升壓變壓器；用來降低電壓的變壓器則稱為降壓變壓器；升壓變壓器和降壓變壓器合稱為電力變壓器。,2.4.2 變壓器的種類 1.按用途分類 按用途的不同，變壓器可分為電力變壓器、專用變壓器、調(diào)壓變壓器，測(cè)量變壓器、試驗(yàn)變壓器和安全變壓器等。 2.按鐵芯結(jié)構(gòu)形式分類 按鐵芯結(jié)構(gòu)形式的不同，變壓器可分為心式變壓器和殼式變壓器等。 3.按線圈繞組形式分類 按線圈繞組形式的不同，變壓器可分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器等。,4.按繞組材料分類 按繞組材料的不同，變壓器可分為銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器等類。一般情況下，應(yīng)優(yōu)先采用鋁繞組變壓器，以節(jié)約銅。 5.按相數(shù)分類 按相數(shù)的不同，變壓器可分為單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器等。 6.按冷卻方式分類 按冷卻方式的不同，變壓器可分為空氣自冷式（干式）變壓器、油浸自冷式變壓器和油浸風(fēng)冷式變壓器等。,2.4.3 變壓器的結(jié)構(gòu) 1.繞組 繞組是變壓器的電路部分，用導(dǎo)線繞制而成。 2.鐵芯 鐵芯是變壓器的磁路部分，為提高磁路的導(dǎo)磁能力，鐵芯采用磁性材料硅鋼片疊成。,2.4.4 幾種常用的變壓器 1.自耦變壓器 自耦變壓器也稱為調(diào)壓變壓器，原理電路如圖所示。,2.儀用互感器 供測(cè)量用的將高電壓變換成低電壓、將大電流變換成小電流的變壓器稱為儀用互感器。儀用互感器分為電流互感器和電壓互感器兩種。 1）電壓互感器,2）電流互感器,3.三相變壓器,2.4.5 變壓器在汽車上的應(yīng)用 1.點(diǎn)火線圈的組成及工作原理 點(diǎn)火線圈主要由初級(jí)線圈、次級(jí)線圈及鐵芯等組成，如圖所示。,2.點(diǎn)火線圈的類型 按磁路的結(jié)構(gòu)形式不同，點(diǎn)火線圈可分為開磁路點(diǎn)火線圈和閉磁路點(diǎn)火線圈兩種類型。 1）開磁路點(diǎn)火線圈 開磁路點(diǎn)火線圈的結(jié)構(gòu)如下圖所示。,2）閉磁路點(diǎn)火線圈,2.5 電磁鐵和繼電器 2.5.1 電磁鐵 1.電磁鐵定義及相關(guān)參數(shù) 電磁鐵是利用通電的鐵芯及線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。,2.電磁鐵結(jié)構(gòu)及原理 電磁鐵一般由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。其原理如下： （1）將軟鐵棒插入一螺線形線圈內(nèi)部，則當(dāng)線圈通有電流時(shí)，線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)使軟鐵棒磁化成暫時(shí)磁體，但電流切斷時(shí)，則線圈及軟鐵棒的磁性隨著消失。 （2）軟鐵棒磁化后所生成的磁場(chǎng)，加上原有線圈內(nèi)的磁場(chǎng)，使得總磁場(chǎng)強(qiáng)度大為增強(qiáng)，故電磁鐵的磁力大于天然磁體。 （3）螺線形線圈的電流越大，線圈圈數(shù)越多，電磁鐵的磁場(chǎng)越強(qiáng)。,3.電磁鐵的類型 根據(jù)電磁鐵線圈通過的電流不同，電磁鐵可分成直流電磁鐵和交流電磁鐵兩類。 1）直流電磁鐵 直流電磁鐵線圈電流I的大小與銜鐵的運(yùn)動(dòng)過程無關(guān)。這是因?yàn)殡娏鱅僅取決線圈電阻R和加在線圈上的電壓U。而作用在銜鐵上的吸力則與銜鐵的位置有關(guān)。 2）交流電磁鐵 當(dāng)交流電磁鐵線圈通入正弦交流電時(shí)，鐵芯中便產(chǎn)生交變磁通。交流電磁鐵的吸力也隨時(shí)間而變化，平均吸力是最大吸力的一半。,2.5.2 繼電器 繼電器是一種利用電磁學(xué)原理制成的起開關(guān)作用的電子元件，它可通