03汽车电学基础第三部分

汽车电学基础,第三部分,磁路及电磁器件,情境一：磁场及电磁感应,一、磁场的形成及基本物理量,1.磁、磁场与磁感线的概念,磁是物质运动的基本形式之一。物体能吸引铁、镍、钴等金属或它们合金的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体上磁性最强的部位叫磁极。任何磁体都有两个磁极，而且无论怎样把磁体分割，磁体总保持两个磁极，通常以S表示磁体的南极，以N表示磁体的北极。磁极间的相互作用力叫磁力，磁极间相互作用的规律是：同性相斥，异性相吸。原来没有磁性的铁磁物质放在磁铁旁边会获得磁性，这一现象叫磁化。被磁化的铁磁物质远离磁铁后仍保留一定的磁性，叫剩磁。,磁极作用示意图,磁体周围铁屑的排列及对应的磁感线,2.基本物理量,（1）磁感应强度,磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量。,（2）磁通,磁通就是磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积的乘积，磁通的符号用表示，单位是韦伯（Wb），也就是伏秒（Vs）。,（3）磁场强度,磁场强度是计算磁场时所引用的一个物理量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。磁场强度用符号H表示，单位是安培/米（A/m）。,（4）磁导率,磁导率是表征媒介质磁化性质的物理量，用符号表示，它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，磁导率的单位是亨利/米（H/m）。,二、电流的磁场及磁感线,1.电流的磁场,（1）通电直导线周围的磁场,通电直导线周围磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上。,（2）通电线圈的磁场,把直导线绕成螺线管线圈，并通入电流，结果通电线圈产生类似条形磁铁的磁场。,通电直导线的磁场,通电线圈的磁场,2.电磁力,载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力（或安培力），单位是牛顿（N）。,3.电磁力在汽车上的应用,磁场对通电线圈的作用原理广泛用于磁电式仪表及各种车用继电器中。,左手定则,动磁式电流表的结构原理图,三、电磁感应,电磁感应实验,当导体相对于磁场运动且切割磁感线或者线圈中的磁通量发生变化时，在导体或线圈中都会产生感应电动势。若导体或线圈构成闭合回路，则导体或线圈中将有电流流过。,1.直导体中的感应电动势,（1）感应电动势的方向,做切割磁感线运动的导体产生的感应电动势的方向可由右手定则来确定。,（2）感应电动势的大小,在均匀磁场中，做切割磁感线运动的直导体，其感应电动势e的大小与磁感应强度B、导体的有效长度、导体的运动速度v以及导体运动方向与磁感线之间的夹角的正弦值成正比。,2.线圈中的感应电动势,1,2,（1）感应电动势的方向,我们已经知道，线圈中的磁通量发生变化时，线圈中会产生感应电动势。感应电动势的方向由楞次定律和右手螺旋定则来确定。,（2）感应电动势的大小,法拉第通过大量实验总结出：线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通量的变化快慢（即变化率）和线圈的匝数N的乘积成正比。,右手定则,情境二：变压器,一、变压器的结构组成和工作原理,变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，它可以把某一电压、电流的交流电能变换成同频率的另一电压、电流的交流电能，具有变换电压和电流的作用。,1.变压器的基本结构,变压器因使用场合、工作要求不同，有各种各样的结构。但其基本结构都一样，即主体由铁芯和绕组（线圈）两部分组成。按绕组与铁芯的安装位置，变压器可分为芯式和壳式两种。,变压器的绕组结构及符号,为了便于分析，将高压绕组和低压绕组分别画在两边。与电源相连的称为一次绕组，与负载相连的称为二次绕组。一次、二次绕组的匝数分别为N1和N2，当一次绕组接上交流电压时，一次绕组中便有电流通过。一次绕组的磁路产生的磁通绝大部分通过铁芯而闭合，从而在二次绕组中感应出电动势。,2.变压器的工作原理和特性,变压器的原理图,铁芯中的磁通是一个由一次、二次绕组的磁通势共同产生的合成磁通，它称为主磁通，主磁通穿过一次绕组和二次绕组而在其中分别感应出电动势。此外，一次、二次绕组的磁通势还分别产生漏磁通。,OPTIOND,下面在理想情况下（暂不计其他能量损耗）讨论变压器的电压变换、电流变换及阻抗变换。,（1）电压变换,一次、二次绕组的电压之比为K，称为变压器的变比，亦即一次、二次绕组的匝数比。,（2）电流变换,当电源电压和频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是基本恒定的。,（3）阻抗变换,变压器能起变换电压和变换电流的作用。此外，它还有变换负载阻抗的作用，以实现“匹配”。,（4）变压器的频率特性,用于传输信号的变压器，由于信号具有一定的频率宽度，通常要求变压器对不同频率分量的信号电压均匀而且不失真地传输。,（5）变压器的损耗与效率,和交流铁芯线圈一样，变压器的功率损耗包括铁芯中的铁损和绕组上的铜损两部分。铁损的大小与铁芯内磁感应强度的最大值有关，与负载大小无关，铜损与负载大小有关。,二、特殊变压器,1.自耦变压器,自耦变压器，其结构特点是二次绕组是一次绕组的一部分，一次、二次绕组电压之比和电流之比是,2.电流互感器,电流互感器是根据变压器的原理制成的。它主要是用来扩大测量交流电流的量程。因为要测量交流电路的大电流时，通常电流表的量程是不够的。,自耦变压器,调压器的外形和电路,一次绕组的匝数很少，它串联在被测电路中。二次绕组的匝数较多，它与电流表或其他仪表及继电器的电流线圈相连接。利用电流互感器可将大电流变换成小电流。通常电流互感器二次绕组的额定电流都规定为5A或1A。,电流互感器的接线圈及其符号,测流钳,变压器绕组的同极性端,三、汽车上使用的变压器,1.结构,真空膜盒型进气管压力传感器由一对真空膜盒、初级线圈、次级线圈、铁芯等组成。膜盒置于进气管压力传感器壳体内，由薄金属焊接而成，其内部抽成真空。,2.工作原理,当进气管压力变化时，真空膜盒就会膨胀或收缩，带动铁芯向左或向右移动。由于发动机工作时已有电流流过初级绕组。铁心移动时就会在次级绕组产生感应电动势。,进气管压力传感器,情境三：点火线圈,一、点火线圈的规格,点火线圈的用途代号,二、开磁路式点火线圈,开磁路式点火线圈的上端装有胶木盖，其中央突出部分为高压接线柱，其他的接线柱为低压接线柱。根据低压接线柱的数目不同，点火线圈有二接线柱式和三接线柱式之分。,开磁路式点火线圈,开磁路点火线圈的磁路,三、闭磁路式点火线圈,闭磁路式点火线圈,闭磁路式点火线圈的磁路,闭磁路式点火线圈体积小，可直接装在分电器盖上，不仅结构紧凑，而且省去了点火线圈与分电器之间的高压导线，并可使二次电容减小，所以在电子点火系统中广泛使用。,点火线圈的检测：,检查点火线圈的外表，若绝缘盖破裂或外壳破裂，容易受潮而失去点火能力。,用万用表测量点火线圈的一次绕组、二次绕组以及附加电阻的电阻值，应符合点火线圈参数值。,情境四：电磁铁,一、电磁铁的概念、结构,1.电磁铁的概念,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、工件于固定位置的一种电器。衔铁的动作可使其他机械装置发生联动。,2.电磁铁的组成与结构,电磁铁由磁化铁圈、铁芯和衔铁三个主要部分组成。常有马蹄式、拍合式及螺旋管式三种结构。,电磁铁的基本结构,电磁铁应用一例,二、电磁铁的类型,1.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。,2.交流电磁铁,交流电磁铁和直流电磁铁的构造基本相同，也是由励磁线圈、软磁材料铁芯和衔铁三部分组成。,交流电磁铁的吸力变化,分磁环,三、电磁铁在汽车上的应用,1.触点式电压调节器,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。,（1）FT61型调节器的结构,FT61型双级触点式调节器,（2）FT61型调节器的工作原理,2.电喇叭,汽车电喇叭按外形不同可分为螺旋形、筒形和盆形等，目前国产汽车使用的多为螺旋形和盆形喇叭。,电喇叭的应用电路,情境五：继电器,一、继电器的概念,继电器是自动控制电路中常用的一种元件，它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。,二、继电器的类型、结构、符号和主要电气参数,1.继电器的类型,继电器的种类很多，常用的有电磁式和干簧式两种。电磁式继电器成本较低，便于控制电路采用。干簧式继电器反应灵敏，多作为信号采集使用。,电磁式继电器,电磁式继电器是一种具有跳跃输出特性、传递信号的电磁器件。,干簧式继电器,干簧式继电器与电磁式继电器的主要区别就是，干簧式继电器的触点是一个或几个干簧管。,电磁式继电器,干簧式继电器结构示意图,2.继电器符号,继电器的常用符号,在电路中，表示继电器时只要画出它的线圈和与控制电路有关的接点组就可以了。继电器的线圈用一个长方框符号表示，同时在长方框内或框旁标上这个继电器的文字符号“K”。,3.继电器的主要电气参数,A,B,D,C,（1）线圈电源和功率,（2）线圈电压,（3）线圈电阻,（4）寿命（触点负荷）,线圈电流和功率是指继电器线圈使用的是直流电还是交流电，以及线圈消耗的额定电功率。,线圈电压是指继电器正常工作时线圈需要的电压值。,是指线圈的电阻值。有时，手册中只给出继电器额定工作电压和线圈电阻，这时可根据欧姆定律求出额定工作电流。,是指触点的负载能力，有时也称为触点容量。继电器的触点在切换时能承受一定的电压和电流。,选用继电器时，一般应注意以下几点：,继电器的额定工作电压应小于或等于控制电路的工作电压。,触点负荷的选择。加在触点上的电压和电流值不应超过该继电器的触点负荷。,触点的数量和种类，同一种型号的继电器一般有多种触点的形式可供选用，使用时应充分利用各组触点。,继电器的体积应合乎电路的要求。,查阅有关手册，找出合乎要求的继电器。在电参数和体积都满足的情况下，应选用性能价格比高的产品。,三、汽车继电器的典型应用,继电器是一种用小电流控制大电流的器件，在汽车上经常利用开关控制继电器的吸合与断开，再利用继电器的触点控制电器部件的通断。,1.启动继电器,在采用电磁啮合式启动机的启动电路中，启动开关常与点火开关制成一体，由于通过启动机电磁开关的电流很大，而使点火开关早期损坏。,2.喇叭继电器,蓄电池电压加至继电器线圈的一端，另一端接喇叭按钮。喇叭按钮是常开式开关，其一端搭铁。因此，只要按下喇叭按钮便接通电路。,3.闪光继电器,闪光继电器又称为闪光器，按其结构不同，可分为阻丝式、电容式和电子式三种。其中阻丝式又可分为热丝式和翼片式，而电子式又可分为混合式和全电子式。,4.刮水继电器,除刮水开关外，还有一个内部带有时间继电器的间歇继电器。刮水器上有0、I、四个挡位，其中0挡为停止挡，I挡为间歇挡，挡为低速挡，挡为高速挡。,电磁控制装置电路图,电容式闪光器,EQ1090F型汽车上的间歇刮水器线路图,情境六：课题实验,实验一点火线圈的检测与实验,一、实验目的,2.观察点火线圈发火强度实验。,1.掌握用万用表检测点火线圈的方法。,二、实验器材,1.闭磁路点火线圈1个，万用表1个。,2.汽车电器实验台。,1.把万用表选定在R1挡，万用表表笔连接在一次绕组接线端上，测试一次绕组是否有断路或短路。,2.把万用表选定在R1k挡，并把表笔连在线圈二次接线端和一个一次接线端上，测试二次绕组是否有断路或短路。,3.由指导教师在汽车电器实验台上进行点火线圈发火强度实验，学生进行观摩，体会点火线圈的升压作用。,用万用表检测一次绕组,用万用表检测二次绕组,四、注意事项,实验二电磁式电压调节器的检测与实验,一、实验目的,二、实验器材,1.FT111型电磁式电压调节器1个，塞尺1把，万用表1个。,2.汽车电器实验台。,三、操作步骤及工作要点,1.触点的检修,两个电磁触点应同心，接触面积应不小于85，触点表面应平整、光洁。,2.调节器衔铁间隙的检查与调整,触点在断电状态下使用塞尺检查，活动触点臂与铁芯的间隙应为1.41.5mm。,3.调节器电阻的测量,FT111型调节器内部有调节电阻、补偿电阻和附加电阻，以及电磁线圈电阻。使用万用表对其进行测量，并与标准值进行比较。,调节器衔接铁触点间隙尺寸,衔接触点间隙调整方法,内部电阻结构,实验三汽车继电器的检测,一、实验目的,了解汽车继电器的一般检测方法。,掌握开关控制的继电器、汽车微机控制继电器的检测方法。,二、实验器材,喇叭继电器、微机控制燃油继电器。,跨接线、万用表、试灯。,三、操作步骤及工作要点,1.开关控制继电器的检测,首先查找汽车电路图，确定所检测的继电器是受供电回路的开关控制还是受搭铁回路的开关控制。,2.微机控制继电器的检测,如果继电器由汽车微机控制，就不推荐使用试灯，因为试灯可能会引起大的拉电流，它会超出电路设计的载流能力而损坏计算机。,3.离车检测继电器,如果继电器端子不容易触及，则从插座上拔下继电器，用万用表进行检测。用万用表检测继电器的线圈两端的连通性。,检测步骤,（1）使用试灯检查继电器接蓄电池端（A端）有无电压。如果这端没有电压，则故障就在蓄电池到继电器之间的电路中。如果有电压，则继续检测。,（2）检测控制端B的电压。如果这端没有电压，继电器线圈有故障。如果有电压，则继续检测。,（3）用跨接线将B端接到良好搭铁处。如果喇叭响，则从B端到喇叭开关、搭铁之间的控制电路有故障。如果喇叭不响，则继续检测。,（4）从蓄电池正极到C端连接一根跨接线。如果喇叭不响，则从继电器到喇叭搭铁之间的电路