变压器、电磁铁与继电器

应知：磁路、磁感应强度、磁通、磁导率和磁场强度概念。铁磁性材料的性质。铁心线圈电路的分析方法及其规律，铁心线圈的结构和物理意义，交流交流铁心线圈的功率损耗问题。变压器的结构和工作原理。电磁铁和继电器的结构、工作原理。交流发电机的结构、工作原理及工作特性。串励式直流电动机的结构、工作原理、机械特性，直流电机的起动、调速、反转的原理，步进电动机的工作原理。第3章磁路与电机应会：安培环路定律、磁路欧姆定律，电磁感应定律及其应用，霍尔元件的应用。电压变换、电流变换和阻抗变换的计算，变压器在汽车电路中的应用。电磁铁和继电器在汽车电路中的应用。第3章磁路与电机汽车电工电子第3章磁路与电机3.5变压器变压器是利用电磁感应原理制成的，它是传输电能或信号的静止电器，它有变压、变流、阻抗变换及电隔离作用。它的种类很多，应用十分广泛。如在电力系统中把发电机发出的电压升高，以达到远途传输，到达目的地后再用变压器把电压降低供用户使用；在实验室里用自耦变压器(调压器)改变电源电压；在测量电路中，利用变压器原理制成各种电压互感器和电流互感器以扩大对交流电压和交流电流的测量范围；在功率放大器和负载之间用变压器连接，可以达到阻抗匹配，即负载上获得最大功率，变压器虽然用途及种类各异，但基本工作原理是相同的。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.1变压器的结构和工作原理3.5变压器1.变压器的结构变压器由铁心和绕组两部分组成。变压器的铁心有心工式和壳式两种不同的结构形式，如图为心式变压器和壳式变压器。铁心是用0.35～0.5mm的硅钢片叠压而成，为了降低磁阻，一般用交错叠安装的方式，即将每层硅钢片的接缝处错开。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.1变压器的结构和工作原理3.5变压器1.变压器的结构简单的双绕组心式变压器，在一个闭合铁心上套有两组绕组。N1为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。N2为二次绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。通常绕组都用铜或铝制漆包线绕制而成。变压器的图形符号汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.1变压器的结构和工作原理3.5变压器2.变压器的工作原理(1)空载运行(变压作用)如果忽略漏磁通及一次绕组电阻的影响，有111m12022m24.444.44UEfNNKUEfNN变压器空载运行时，一、二次绕组上电压的比值等于两者的匝数比。该比值称为变压器的变压比，简称变比，用K表示。当输入电压U1不变时，改变变压器的变比就可以改变输出电压U2，这就是变压器的变压作用。若N1N2，K1，为升压变压器，反之为降压变压器。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.1变压器的结构和工作原理3.5变压器2.变压器的工作原理(2)负载运行(变流作用)变压器的二次绕组接有负载，称为负载运行。此时在二次绕组电动势e2的作用下，将产生二次绕组电流I2，而一次绕组电流由I10增加为I1，如图。12211ININK1122110NININI1122NINI由此可知，当变压器负载运行时，一、二次绕组电流之比近似等于其匝数之比的倒数。改变一、二次绕组的匝数就可以改变一、二次绕组电流的比值，这就是变压器的变流作用。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.1变压器的结构和工作原理3.5变压器2.变压器的工作原理(3)阻抗变换作用变压器还有变换阻抗的作用，以实现阻抗匹配。即负载上能获得最大功率。匝数不同，实际负载阻抗|ZL|折算到原边的等效阻抗也不同，人们可以用不同的匝数比，把实际负载变换为所需要的比较合适的数值，这种做法通常称为阻抗匹配。在电子电路中经常这样。/221122112122()()()LLLUNNUNZZkZINNIN汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.1变压器的结构和工作原理3.5变压器2.变压器的工作原理【例3.1】如图中信号源US=1.0V，内阻R0=200Ω，负载电阻RL=8Ω，今欲使负载从信号源获得最大功率，试求变压器的变比。解：若要负载获得最大功率，应使其等效负载等于电源内阻/2LL0ZkRR故变压器的变比为0L20058RkR汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.2变压器的额定值3.5变压器1.额定电压U1N、U2N原边额定电压U1N是根据绕组的绝缘强度和允许发热所规定的应加在原边绕组上的正常工作电压的有效值，副边额定电压U2N，在电力系统中是指变压器原边施加额定电压时的副边空载的电压有效值。2.额定电流I1N、I2N原、副边额定电流I1N、I2N是指变压器在连续运行时，原、副边绕组允许通过的最大电流的有效值。3.额定容量SN是指变压器副边额定电压和额定电流的乘积，即副边的额定功率。SN=U2NI2N。额定容量反映了变压器所能传送电功率的能力，但不要把变压器的实际输出功率与额定容量相混淆。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.2变压器的额定值3.5变压器4.额定频率fN是指变压器应接入的电源频率，我国电力系统的标准频率为50Hz。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.3特殊变压器3.5变压器1.自耦变压器如果原、副边共用一个绕组，使低压绕组成为高压绕组的一部分，就称为自耦变压器。与普通变压器相比，自耦变压器用料少，质量小，尺寸小，但由于原、副边绕组之间，既有磁的联系又有电的联系，故不能用于要求原、副边电路隔离的场合。同时使用时应特别注意它的高压侧和低压侧不能倒用。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.3特殊变压器3.5变压器1.自耦变压器在实用中为了得到连续可调的交流电压，常将自耦变压器的铁心做成圆形。副边抽头做成滑动的触头，可自由滑动。如图所示，当用手柄转动触头时，就改变了副边匝数，调节了输出电压的大小，这种变压器称为自耦调压器。自耦变压器注意事项：(1)原、副边不能对调使用，否则可能会烧坏绕组，甚至造成电源短路。(2)接通电源前，应先将滑动触头调到零位，接通电源后再慢慢转动手柄，将输出电压调至所需值。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.3特殊变压器3.5变压器2.仪用互感器按用途分：电压互感器和电流互感器两种。电压互感器可用于扩大交流电压表的量程。工作原理与普通变压器空载情况相似。为了工作安全，电压互感器的铁壳及二次绕组的一端必须接地。电流互感器用于扩大交流电流表的量程。在电流互感器的一次绕组接入一次侧电路之前，必须先把电流互感器的二次绕组连成闭合回路且在工作中不允许断开。专供测量仪表使用的变压器称为仪用互感器，简称互感器。互感器的作用是使测量仪器表与高压电路绝缘，以保证工作安全、扩大测量仪表的量程。汽车电工电子第3章磁路与电机3.5.3特殊变压器3.5变压器2.仪用互感器钳形电流表如图所示，是电流互感器的另一种应用形式。钳形电流表由一只同电流表接成闭合回路的二次绕组和一只铁心构成，其铁心可以开合。在测量时，先张开铁心，把待测电流的一根导线放入钳中，再把铁心闭合。这样，载流导线便成为电流互感器的一次绕组，经过变换后，在电流表上可直接指出被测电流的大小。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.1电磁铁3.6电磁铁和继电器1.电磁铁的结构和工作原理利用通电的铁心线圈产生的电磁力或力矩吸引衔铁或保持某种工件于固定位置，通过将电磁能转化为机械能来实现各种控制的一种电器。电磁铁的励磁线圈通入电流后，电磁铁铁心和衔铁端面上出现了不同磁极，彼此相吸，使衔铁吸向铁心，从而带动执行机构作直线或回转运动。主要由励磁线圈、铁心和衔铁等部分组成。如图所示。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.1电磁铁3.6电磁铁和继电器1.电磁铁的结构和工作原理电磁铁在汽车上应用广泛，如汽车泵进出油阀的启闭，气电喇叭发声，汽车电子喷射及ABS油阀等都是由电磁铁来控制的。2.电磁铁的分类(1)拍合式电磁铁特点：衔铁做成片状，处于线圈的端部或侧面，当励磁线圈通电后，衔铁在磁场力作用下，将沿着磁感线方向移动或转动一个不太大的距离或转角，使工作气隙减小。它一般适用于吸力和移动距离或转角都不太大的场合。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.1电磁铁3.6电磁铁和继电器2.电磁铁的分类(2)吸入式电磁铁特点：被吸动的部分是一个圆杆形的铁心（衔铁），它位于螺管线圈中。线圈通电后，衔铁被更深地吸进线圈里，做直线运动。在吸入式电磁铁中，除了动、静铁心之间的工作气隙中主磁通会产生电磁吸力外，衔铁和线圈之间的气隙中的漏磁通也会产生同方向的电磁吸力。因此它适用于较大工作行程和较大吸力的场合，如气动和液动阀门及其他吸力电磁铁。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.1电磁铁3.6电磁铁和继电器2.电磁铁的分类(3)旋转式电磁铁旋转式电磁铁的经济性较差，即在做同样机械功时，它的体积和重量要比前两种大，功率也较大。但是它能得到较大的转角（可达），并且可能通过改变磁极极面形状来改变其吸力和转角的关系。因此，在某些特殊用途的电磁元件中得到应用，如力矩电动机、微动同步器等。特点：铁心上的线圈通电后，衔铁的运动方向不是沿着磁感线的方向，因为磁感线总是力图通过磁阻最小的路径而闭合。因此，其电磁力矩的方向总是使衔铁运动到整个磁路内磁阻最小的位置。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.1电磁铁3.6电磁铁和继电器3.电磁铁在汽车上的应用(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。双级触点式电压调节器的结构：动触点在两个静触点中间形成一对动断的低速触点K1，另一对动合的高速触点K2能调节两级电压，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（或火线、电枢、A、S、+）和磁场（或F）两个接线柱。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.1电磁铁3.6电磁铁和继电器3.电磁铁在汽车上的应用(1)触点式电压调节器低速触点K1和加速电阻R1、调节电阻R2并联；高速触点K2与发电机励磁绕组并联；温度补偿电阻R3串入磁化线圈电路中。另外还有电磁铁心、磁化线圈、活动触点臂衔铁、接力弹簧等到。硅整流发电机输出电压的高低，取决于转子的转速和磁极磁通。保持电压恒定的调控原理，只能在转速升高时，相应减弱磁通，而减弱磁通只能以减小励磁电流来实现。FT-61型双级触点式电压调节器就是控制硅整流发电机励磁电流的大小来控制发电机输出电压的。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.1电磁铁3.6电磁铁和继电器3.电磁铁在汽车上的应用(2)电喇叭电喇叭由电磁铁、可动的衔铁、膜片和常闭的触点等到构成。触点与电磁线圈串联，其中一个触点依附于衔铁。当电流流过电磁线圈时，线圈便建立起吸引可动衔铁的磁场，周边被固定的膜片，随着衔铁移动，衔铁移动导致触点打开，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。这便引起膜片以每秒数次的频率来回振动。膜片振动，引起电喇叭里面的空气柱振动，从而发出声音。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，发出鸣叫音。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.2继电器3.6电磁铁和继电器1.继电器的类型是自动控制电路中常用的一种元件，是用较小的电流来控制较大电流的一种自动开关，在电路中起着自动操作、自动调节、安全保护等作用。继电器种类繁多，按输入信号的不同可分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、压力继电器、温度继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应继电器、干簧式继电器、电动式继电器、电子式继电器等；按触点状态的不同可分为常开型继电器、常闭型继电器和混合型继电器。电磁式继电器成本较低，便于控制执行部件，因此在汽车电路中被广泛采用。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.2继电器3.6电磁铁和继电器2.电磁式继电器的结构当继电器线圈通以电流时，在铁心、轭铁、衔铁和工作气隙中形成磁通回路，从而使衔铁受到电磁吸力的作用而吸向铁心，此时衔铁带动支杆而将板簧推开，使一组或几组动断触点断开(也可以使动合触点接通)。当切断继电器线圈的电流时，电磁力失去，衔铁在板簧的作用下恢复原位，触点又闭合。汽车电工电子第3章磁路与电机3.6.2继电器3.6电磁铁和继电器3.继电器的符号在电路中，