汽车电子电工基础课件 学习单元三 汽车常用电磁器件原理分析与检测

汽车电工与电子基础本单元的学习任务可以分为：学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断诊断学习任务二汽车点火线圈工作情况分析学习任务三汽车霍尔式点火信号发生器工作情况分析03学习单元汽车常用电磁器件原理分析与检测学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断【学习目标】1.掌握电磁继电器的工作特性。2.使用万用表等测量工具完成继电器的检测。3.分析汽车喇叭继电器电路。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断【学习准备】一、知识内容知识点：电磁继电器的工作特性。技能点：分析电喇叭常见故障。一、磁场和磁路（一）磁铁能够吸引铁、钴、镍等金属的物体称为磁体。自然界中表现磁场现象比较强的物体，称为磁铁。天然磁铁磁性较弱，实际使用都是人造磁铁，其磁性更强一些，磁铁的两端磁性最强，称为磁极。磁铁不论大小和形状都具有磁极。自由悬吊的磁铁会指向南北，指向北端的称为北极，用N表示；指向南端的称为南极，用S表示。同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断一、磁场和磁路（二）磁铁周围的磁场磁场是存在于磁铁周围的一种特殊物质，为了形象地描述磁场的强弱和方向，我们在磁场里画出一系列有方向的曲线，并使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致，这些曲线叫做磁感线，也称为磁力线。一般规定：小磁针在磁场中某点静止时N极所指的方向为该点的磁场方向。如图2-3-1所示为条形磁铁和马蹄形磁铁周围空间磁场的磁感线分布情况。磁铁外部的磁感线都是从N极到S极，在磁铁内部是从S极到N极。磁感线是闭合的曲线，而且在磁场中任意两条磁感线都不会相交。在磁场强的地方磁感线密集，磁场弱的地方磁感线稀疏。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断一、磁场和磁路（二）磁铁周围的磁场学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断图2-3-1

磁铁磁场的磁感线分布一、磁场和磁路（三）电流产生的磁场1.通电直导体的磁场使用右手定则判断通电直导体磁场的磁感线方向：用右手握住直导线，伸直的拇指指向电流方向，与拇指垂直的弯曲四指所指方向就是磁感线的方向，如图2-3-2（a）所示。2.通电螺线管的磁场使用右手螺旋定则判断通电螺线管磁场的磁感线方向：右手握住螺线管，弯曲的四指指向电流方向，与四指垂直的拇指所指方向就是通电螺线管磁场N极方向，如图2-3-2（b）所示。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断一、磁场和磁路（三）电流产生的磁场学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断图2-3-2

电流周围磁场的磁感线一、磁场和磁路（四）磁场基本物理量1.磁感应强度B磁感应强度B是用来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。其方向使用右手螺旋定则来确定，磁感应强度的方向也就是磁场方向。磁感应强度的单位为特斯拉（T）。（3-1）式中，F—通电导体在磁场中受到的电磁力；I—导体中通过的电流；l—导体在磁场中与磁场垂直的长度。如果磁场内各点的磁感应强度B的大小相等，方向相同，该磁场为匀强磁场。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断一、磁场和磁路（四）磁场基本物理量2.磁通磁感应强度B与垂直于磁场方向某截面面积S的乘积（如果不是匀强磁场，B取其平均值），称为通过该面积的磁通。磁通的单位是韦伯（Wb）。（3-2）磁通可以理解为通过某一面积的磁感线的总数。磁通是标量，只有大小没有方向。将式(3-2)变形为，因此，磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通，所以又叫磁通密度，简称磁密。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断一、磁场和磁路（四）磁场基本物理量3.磁通链磁通链就是磁通量乘以线圈的匝数。磁通链代表了单位导体截面通过磁通量的多少，就是磁通的强度。用符号表示，其单位为韦伯（Wb）。(3-3)学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断一、磁场和磁路（四）磁场基本物理量4.磁场强度H磁场强度H是线圈安匝数的一个表征量，用来表征磁场强弱和产生磁场的电流之间的关系。它也是一个矢量，其方向与该点的磁感应强度B相同。磁场强度的单位为安/米（A/m）。磁场中某点磁场强度H等于该点的磁感应强度B与介质磁导率的商，即（3-4）学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断一、磁场和磁路（四）磁场基本物理量5.磁导率磁导率用来衡量物质导磁性能的不同，其单位为亨/米（H/m）。通常情况下，我们用相对磁导率来表示物质的导磁性能，即物质的磁导率与真空的磁导率（真空的磁导率是一个常数）的比值，即。自然界中大多数的物质都属于非磁性材料，其。的物质统称为铁磁性材料，主要有：钢、铁、镍、钴及其合金。但铁磁材料的会随励磁电流改变而改变。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断二、电磁感应现象学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断二、电磁感应现象（一）磁场中运动导体的电磁感应磁场固定不变，外力使得导体运动切割磁力线如图2-3-3（a）所示，设磁感应强度为B，切割线速度为v，导体运动方向与磁感线之间夹角为，当有效长度为l的直导体以线速度v切割磁感线时，l中产生的动生感应电动势为（3-5）感应电动势的方向由负极指向正极。e、B和v的关系可用右手定则确定，即伸平右手，拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿过掌心，大拇指指向运动的方向，则四指的指向即为导体内感应电动势方向。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断二、电磁感应现象（一）磁场中运动导体的电磁感应法拉第通过实验发现线圈中感应电动势的大小为（3-6）式中，—磁通，单位是韦伯（Wb）；ｔ—时间，单位是秒（s）；ｅ—电动势，单位是伏（V）。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断三、铁磁性材料的性质和用途（一）铁磁性材料的性质铁磁性材料是我们制作电磁继电器、变压器、电机、电工仪表等设备铁心的主要材料，主要具备三个特性：高导磁性、磁饱和性和磁滞性。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断三、铁磁性材料的性质和用途（一）铁磁材料的分类和用途按磁性物质的磁性能，铁磁性材料分为三种类型：（1）硬磁材料硬磁材料的特点是需要较强的外磁场的作用，才能使其磁化，而且不易退磁，剩磁较强。（2）软磁材料软磁材料的特点是磁导率很大，而剩磁很小，易被磁化也易去磁，反复磁化时，磁滞损耗小，适用于反复磁化的场合。（3）矩磁材料矩磁材料的特点是在很弱的外磁场作用下就能被磁化，并达到磁饱和。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断四、磁路铁磁性材料具有很高的磁导率，常用它来制成变压器、电机等设备的铁心，将线圈缠绕在铁心上，当铁心线圈通入励磁电流时，产生的磁通绝大部分集中在铁心中，磁感线经铁心及空气隙而闭合，这部分磁通称为主磁通，将主磁通所通过的闭合路径称为磁路。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断图2-3-7

常见几种电器设备的磁路五、电磁铁汽车上使用两种类型的人造磁铁，永久磁铁和暂时磁铁。永久磁铁是指没有外加磁场作用，能够长时间保持自身磁性的物体，如仪表中使用的马蹄形磁铁和永磁电机中磁铁。暂时磁铁依赖于外部磁化条件来产生和维持其磁场，如汽车上使用的电磁铁和电磁开关等。电磁铁广泛应用在继电器、接触器等自动控制装置中。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断六、汽车电喇叭学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断图2-3-9电喇叭外形六、汽车电喇叭汽车上使用的电喇叭为声响信号装置，按下喇叭按钮，发出声响，警告行人车辆，以确保行车安全。汽车上广泛应用的电喇叭通过电磁线圈不断地通电和断电，使金属膜片产生振动而产生悦耳的声音。电喇叭由振动机构和电路断续机构两大部分组成，其外形多为螺旋形和盆型，如图2-3-9所示。螺旋形汽车电喇叭附带扬声筒，扬声筒卷成螺旋形以压缩体积，音质优美响亮。盆形汽车电喇叭不带扬声筒，形状扁平体积较小，重量轻且安装方便，音质略逊但使用广泛。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断七、继电器（一）电磁式继电器的结构及工作原理汽车常用电磁式继电器一般由电磁铁、触点、衔铁等部分组成，如图2-3-11所示。触点系统包括回位弹簧和触点（活动触点，固定常开、常闭触点）。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断图2-3-11

电磁式继电器的结构七、继电器（一）继电器在汽车上的典型应用在汽车上常用的继电器有起动继电器、喇叭继电器、闪光继电器、灯光保护继电器、刮水器继电器等。1.起动继电器汽油发动机的起动开关与点火开关组合在一起，即点火开关设有起动挡。2.闪光继电器为了指示车辆的行驶方向，便于交通安全管理，汽车上装有转向信号灯。转向灯系统一般由转向信号灯、转向指示灯、转向开关、闪光器等组成。学习任务一汽车喇叭继电器故障诊断学习任务二汽车点火线圈工作情况分析学习任务二汽车点火线圈工作情况分析【学习目标】1.掌握点火线圈的结构和工作原理。2.学会分析汽车点火系工作电路。3.学会并掌握点火线圈检测的方法。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析【学习准备】一、知识内容知识点：汽车点火系统工作电路、点火线圈的检测。技能点：应用电磁感应、互感和自感3种原理分析点火线圈的工作情况。一、自感和互感现象1.自感由于线圈本身电流的变化而产生的电磁感应叫做自感应，简称自感。由自感现象产生的电动势叫做自感电动势，用表示。自感电动势为（3-8）电感式日光灯电路中的电感镇流器实质上是一个铁心线圈，在启辉器的配合下，当镇流器突然断电时产生较高的自感电动势与电源电压叠加在一起加在灯管的两端“点燃”灯管。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析一、自感和互感现象2.互感如图2-3-16所示，两个靠得很近的线圈，当线圈N1有电流i1通过时，它在线圈1中产生磁通Φ11，对应的磁通链为Ψ11=N1Φ11，由于两线圈靠得很近Φ11中有一部分同时与N2相交链产生磁通Φ12，称为互感磁通，对应的磁通链为Ψ12=N2Φ12。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析一、自感和互感现象2.互感

在两个有磁耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流的比值，叫做这两个线圈的互感系数，用符号M表示，单位为（H）。(3-9)常见的电力变压器以及汽车上点火线圈主要利用互感原理工作。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析图2-3-16

线圈互感二、变压器（一）

变压器的基本结构

如图2-3-17所示为一个简单的双绕组变压器。绕组是变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。一般变压器的绕组有两个，一次绕组（匝数为N1）和电源连接、二次绕组（匝数为N2）和负载连接，它们同在一个铁心上。为了便于分析，将一次、二次绕组分别画在两边。铁心是变压器的主磁路，为了减少涡流和磁滞损耗，用厚为0.45～0.5mm表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析二、变压器（一）

变压器的基本结构

学习任务二汽车点火线圈工作情况分析图2-3-17

简单的双绕组变压器及变压器符号二、变压器（二）

变压器的工作原理（1）电压变换（2）电流变换（3）阻抗变换学习任务二汽车点火线圈工作情况分析二、变压器（三）

变压器的外特性外特性：当变压器的一次绕组上施加变压器的额定电压时，其二次绕组上的电压与负载电流变化的规律，即称为变压器的外特性。如图2-3-21所示为不同负载性质时的变压器外特性曲线。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析图2-3-21

变压器的外特性二、变压器（四）

变压器的损耗和效率1.变压器的损耗变压器的功率损耗包括铁心中的铁损和绕组中的铜损，铁损的大小与铁心内的磁感应强度的最大值有关，铜损与负载的大小有关，正比于电流的平方。铁损耗：铁心交变磁化时的损耗。用表示。包括涡流损耗（），和磁滞损耗（）。铜损耗：线圈电阻上有功功率的损耗。用表示。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析二、变压器（四）

变压器的损耗和效率2.变压器的效率变压器的效率是指变压器的输出功率P2与输入功率P1之比，用百分数表示，即(3-14)当负载功率因数一定，不变损耗等于可变损耗时，出现最大值。变压器的功率损耗很小，所以效率很高，一般在95%左右。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析二、变压器（五）

特殊变压器1.自耦变压器在生产和科学实验中，常利用自耦变压器实现交流电压的平滑调节。自耦变压器的结构特点是铁心上只有一个绕组，它的工作原理如图2-3-22所示。对于自耦变压器，它同样遵循一般变压器的电压变换和电流变换的性质。不同的是N2可以根据需要自己调节。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析二、变压器（五）

特殊变压器1.自耦变压器学习任务二汽车点火线圈工作情况分析P图2-3-22

自耦变压器原理图二、变压器（五）

特殊变压器2.仪用互感器在电工测量时，经常要测量一些高电压，大电流，此时普通的电压和电流表是不能满足需要。利用变压器变换电压和变换电流的功能，将高电压、大电流变低后，再用普通电压、电流表测量，这样就简单安全多了。我们将这类变压器称为仪用互感器，它主要包括电压互感器和电流互感器。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析三、汽车点火线圈1.点火线圈的结构点火线圈利用电磁感应原理制成，由初级绕组、次级绕组和铁心等组成，如图2-3-23所示。初级绕组一般用0.5～1.0mm的高强漆包线绕制，绕220～380匝，次级绕组用直径0.06～0.10mm的漆包线绕11000～26000匝，为减少涡流和磁路损失，铁心由若干层涂有绝缘漆的硅钢片叠成。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析三、汽车点火线圈1.点火线圈的结构学习任务二汽车点火线圈工作情况分析图2-3-23

点火线圈结构及符号三、汽车点火线圈2.点火线圈的工作原理当初级绕组接通电源时，随着电流的增长四周产生一个很强的磁场，铁心储存了磁场能；当开关装置使初级绕组电路断开时，初级绕组的磁场迅速衰减，次级绕组就会感应出很高的电压。初级绕组的磁场消失速度越快，电流断开瞬间的电流越大，两个绕组的匝数比越大，则次级绕组感应出来的电压越高。学习任务二汽车点火线圈工作情况分析三、汽车点火线圈2.点火线圈的分类（1）开磁路点火线圈的结构学习任务二汽车点火线圈工作情况分析图2-3-24

开磁路点火线圈的结构三、汽车点火线圈2.点火线圈的分类（2）闭磁路点火线圈的结构学习任务二汽车点火线圈工作情况分析图2-3-25

闭磁路点火线圈的结构学习任务三汽车霍尔式点火信号发生器工作情况分析学习任务三汽车霍尔式点火信号发生器工作情况分析【学习目标】1.识别霍尔效应式点火系统各部分组成。2.能够理解霍尔元件的工作原理。3.能够分析汽车霍尔式点火信号发生器的工作过程。学习任务三汽车霍尔式点火信号发生器工作情况分析【学习准备】一、知识内容知识点：霍尔效应式点火系统各部分组成。技能点：分析汽车霍尔式点火信号发生器的工作过程。一、传统点火系统的组成和工作情况（一）

传统点火系统的组成传统点火系由电源、点火线圈、断电器、分电器、点火开关、火花塞等组成，如图2-3-26所示。学习任务三汽车霍尔式点火信号发生器工作情况分析图2-3-26

传统点火系统的组成和工作原理一、传统点火系统的组成和工作情况（二）

传统点火系统的工作原理点火系统的基本功能就是在压缩冲程接近上止点时，在气缸内产生电火花，以点燃被压缩的空气燃油的混合气体。接通点火开关SW，当触点闭合时，点火线圈初级绕组中有电流流过。流过初级绕组的电流称为初级电流I1，初级电流I1的路径(图2-3-26中用实线表示)为：蓄电池“+”极→电流表→点火开关SW→点火线圈“开关+”接线柱→附加电阻Rf→“开关”接线柱→点火线圈初级绕组→“—”接线柱→断电器触点（闭合）→搭铁→蓄电池“—”极。学习任务三汽车霍尔式点火信号发生器工作情况分析一、传统点火系统的组成和工作情况（二）

传统点火系统的工作原理当断电器凸轮将触点顶开时，触点断开，次级电流I2的路径(如图2-3-26中用虚线表示)为：次级绕组→“开关”接线柱→附加电阻Rf→“开关+”接线柱→点火开关SW→电流表→蓄电池→搭铁→火花塞旁电极→火花塞中心电极→高压导线→分电器→中央高压导线→次级绕组。学习任务三汽车霍尔式点火信号发生器工作情况分析一、传统点火系统的组成和工作情况（二）

传统点火系统的工作原理接通点火开关SW，当触点闭合时，初级电流在点火线圈的铁心及周围空间产生磁场，电场能转变为磁场能。初级电路被切断，初级电流消失，在次级绕组上产生感应电动势。点火线圈次级绕组的匝数远远多于初级绕组匝数，因而在次级绕组内就感应出15kV～20kV的高压电，足以击穿气缸内火花塞的电极间隙，产生电火花点燃混合气。由上述分析可知，在点火系统中有两个电路：初级电流I1流经的电路为低压电路，而次级电流I2流经的电路为高压电路。学习任务三汽车霍尔式点火信号发生器工作情况分析一、传统点火系统的组成和工作情况（三）

电容器在点火电路中的作用当初级回路突然被初级控制开关(比如传感器开关或断电触