汽车电工电子汽车电工电子汽车制造专业汽车制造专业第2章 电磁学原理及应用2.1 电磁学概述2.1.1 磁的基本知识 磁体能够吸引铁、镍、钴等金属或它们的合金物质，磁体的这种性质称为磁性，具有磁性的物体称为磁体。 2.1.2 磁场1.磁场定义及其性质 磁场是电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。2.磁力线磁力线 磁场虽然存在，却是看不见的。为了便于理解，英国物理学家法拉第认为由许多磁力线所构成的连续场就叫做磁场。 磁力线为形象描述磁场的强弱和方向而引入的假想线，如图所示。3.磁场基本物理量磁场基本物理量1）磁感应强度）磁感应强度2）磁通量）磁通量3）磁导率）磁导率4）磁场强度）磁场强度2.1.3 铁磁材料的分类及其性质铁磁材料的分类及其性质1.铁磁材料的分类1）硬磁材料硬磁材料不易被磁化，也不易去磁，常用来制造各种形状的永久磁体，用于磁电式仪表和各种扬声器中。2）软磁材料软磁材料容易磁化，也容易去磁，如硅钢、铸钢、纯铁等，常用做电器设备的铁芯。3）矩磁材料矩磁材料的特点是较小的外磁场就能使磁化达到饱和，去掉外磁场仍能保持饱和。常用于制造电子计算机中存储元件的环形磁芯。2.铁磁材料的性质铁磁材料的性质1）高导磁性 铁磁材料具有极强的被磁化特性，在外磁场的作用下能产生远远大于外磁场的附加磁场。 2）磁饱和性 铁磁材料在被磁化的过程中，随着外磁场的逐步增强，铁磁材料内部磁感应强度几乎不随外磁场强度增加的特性，称为磁饱和。3）磁滞性 在外磁场作正负变化（即大小和方向不断变化）的反复磁化过程中，铁磁材料内部的磁感应强度的变化总是滞后于外磁场的变化，这一特性称为磁滞性。2.1.4 磁路磁路1.磁路的定义磁路的定义磁力线集中通过的闭合路径称为磁路。磁力线集中通过的闭合路径称为磁路。 1）磁动势2）磁阻2.磁路欧姆定律磁路欧姆定律 在磁路中，磁通与产生磁通的磁源（磁动势）成正比，与磁路的磁阻成反比，这就是磁路欧姆定律，即2.2 电流的磁效应电流的磁效应2.2.1 电流的磁场电流的磁场2.2.2 磁场对电流的作用磁场对电流的作用1.磁场对通电直导体的作用磁场对通电直导体的作用2.磁场对通电线圈的作用磁场对通电线圈的作用3.磁场对通电半导体基片的作用磁场对通电半导体基片的作用2.3 电电 磁磁 感感 应应2.3.1 磁场中运动导体的电磁感应磁场中运动导体的电磁感应导体中产生的感应电动势方向可用右手定则来判断。如图所示，平伸右手，使拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场N极，以拇指指向表示导体的运动方向，则其余四指的指向就是感应电动势的方向。2.3.2 线圈中的电磁感应线圈中的电磁感应1.线圈中磁通变化时的电磁感应线圈中磁通变化时的电磁感应2.线圈面积变化引起的感应电流线圈面积变化引起的感应电流3.楞次定律和法拉第电磁感应定律楞次定律和法拉第电磁感应定律楞次定律为人们提供了一个判断感应电动势和感应电流方向的方法，具体步骤如下：（1）判定原磁通的方向及其变化趋势（即增加还是减少）。（2）根据感应电流的磁场（俗称感应磁场）方向永远和原磁通变化趋势相反的原则，确定感应电流的磁场方向。（3）根据感应磁场的方向，用安培定则就可判断感应电动势或感应电流的方向。应当注意的是，必须把线圈或导体看成一个电源。在线圈或直导体内部，感应电流从电源的“负极”流到“正极”；在线圈或直导体外部，感应电流由电源的“正极”端经负载流回“负极”端。因此，在线圈或导体内部，感应电流的方向永远和感应电动势的方向相同。 2.3.3 自感现象自感现象 当线圈中的电流发生变化时，它所激发的磁场穿过该线圈自身的磁通量也随之变化，从而在该线圈自身产生感应电动势的现象，称为自感现象，这样产生的感应电动势，称为自感电势，通常用eL来表示。2.3.4 互感现象互感现象 由于一个线圈中的电流发生变化而使其他线圈产生感应电动势的现象称为互感现象。这个感应电动势称为互感电动势，用em表示。 互感电动势的方向也可楞次定律判定，具体方法如下：（1）根据线圈中电流的方向，确定线圈中互感磁通的方向。（2）根据线圈1中电流变化的趋势，确定通过线圈2中互感磁通的变化趋势。（3）根据楞次定律判定线圈2中感应磁通的方向。（4）根据右手螺旋定则判定互感电流的方向。2.4 变变 压压 器器2.4.1 变压器的用途变压器的用途 变压器的主要作用是升高电压和降低电压。在电力系统中，常用变压器来升高电压、减小电流，以降低输电过程中的功率损耗和节约输电线路有色金属的消耗，在用户端用变压器来降低电压，以保护用电过程的安全。用来升高电压的变压器称为升压变压器；用来降低电压的变压器则称为降压变压器；升压变压器和降压变压器合称为电力变压器。 2.4.2 变压器的种类变压器的种类1.按用途分类 按用途的不同，变压器可分为电力变压器、专用变压器、调压变压器，测量变压器、试验变压器和安全变压器等。2.按铁芯结构形式分类 按铁芯结构形式的不同，变压器可分为心式变压器和壳式变压器等。3.按线圈绕组形式分类 按线圈绕组形式的不同，变压器可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。4.按绕组材料分类按绕组材料分类 按绕组材料的不同，变压器可分为铜绕组变压器和铝绕组变压器等类。一般情况下，应优先采用铝绕组变压器，以节约铜。5.按相数分类按相数分类 按相数的不同，变压器可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器等。6.按冷却方式分类按冷却方式分类 按冷却方式的不同，变压器可分为空气自冷式（干式）变压器、油浸自冷式变压器和油浸风冷式变压器等。2.4.3 变压器的结构变压器的结构1.绕组绕组是变压器的电路部分，用导线绕制而成。 2.铁芯铁芯是变压器的磁路部分，为提高磁路的导磁能力，铁芯采用磁性材料硅钢片叠成。 2.4.4 几种常用的变压器几种常用的变压器1.自耦变压器自耦变压器也称为调压变压器，原理电路如图所示。2.仪用互感器仪用互感器 供测量用的将高电压变换成低电压、将大电流变换成小电流的变压器称为仪用互感器。仪用互感器分为电流互感器和电压互感器两种。1）电压互感器2）电流互感器3.三相变压器三相变压器2.4.5 变压器在汽车上的应用变压器在汽车上的应用1.点火线圈的组成及工作原理 点火线圈主要由初级线圈、次级线圈及铁芯等组成，如图所示。2.点火线圈的类型 按磁路的结构形式不同，点火线圈可分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种类型。1）开磁路点火线圈开磁路点火线圈的结构如下图所示。2）闭磁路点火线圈2.5 电磁铁和继电器电磁铁和继电器2.5.1 电磁铁电磁铁1.电磁铁定义及相关参数电磁铁定义及相关参数 电磁铁是利用通电的铁芯及线圈吸引衔铁或保持电磁铁是利用通电的铁芯及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。某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。2.电磁铁结构及原理电磁铁结构及原理电磁铁一般由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。其原理如下：（1）将软铁棒插入一螺线形线圈内部，则当线圈通有电流时，线圈内部的磁场使软铁棒磁化成暂时磁体，但电流切断时，则线圈及软铁棒的磁性随着消失。（2）软铁棒磁化后所生成的磁场，加上原有线圈内的磁场，使得总磁场强度大为增强，故电磁铁的磁力大于天然磁体。（3）螺线形线圈的电流越大，线圈圈数越多，电磁铁的磁场越强。3.电磁铁的类型电磁铁的类型 根据电磁铁线圈通过的电流不同，电磁铁可分成根据电磁铁线圈通过的电流不同，电磁铁可分成直流电磁铁和交流电磁铁两类。直流电磁铁和交流电磁铁两类。1）直流电磁铁）直流电磁铁 直流电磁铁线圈电流直流电磁铁线圈电流I的大小与衔铁的运动过程无的大小与衔铁的运动过程无关。这是因为电流关。这是因为电流I仅取决线圈电阻仅取决线圈电阻R和加在线圈和加在线圈上的电压上的电压U。而作用在衔铁上的吸力则与衔铁的。而作用在衔铁上的吸力则与衔铁的位置有关。位置有关。 2）交流电磁铁）交流电磁铁 当交流电磁铁线圈通入正弦交流电时，铁芯中便当交流电磁铁线圈通入正弦交流电时，铁芯中便产生交变磁通。交流电磁铁的吸力也随时间而变产生交变磁通。交流电磁铁的吸力也随时间而变化，平均吸力是最大吸力的一半。化，平均吸力是最大吸力的一半。2.5.2 继电器继电器 继电器是一种利用电磁学原理制成的起开关作用的电子元件，它可通过手动方式或是晶体管来切换。它也是一种以小电流来控制大电流的装置。1）继电器的结构与类型继电器主要由线圈、铁芯及触点组成，如图所示。2）继电器工作原理3）继电器的应用 如图所示为一喇叭继电器电路，压下喇叭开关后，蓄电池电压加在继电器线圈上，使线圈充磁，产生吸力将触点接合，于是蓄电池的电流便使喇叭发出响声。