汽車電工電子技術汽車磁路及電磁元件項目三任務一磁場認知一、磁場的基本物理量（一）磁感應強度磁感應強度也稱磁感強度，它是表示磁場內某點磁場強弱（磁力線的多少）和磁場方向（磁力線的方向）的物理量，是一個矢量，用字母B表示。磁感應強度的方向與電流的方向之間符合右手螺旋定則。磁感應強度的大小定義為：將長度為l的直導體垂直放入磁場中，通過的電流為I，受到的電磁力為F，則磁感應強度為

（3-1）（二）磁通量通過與磁場方向垂直的某一面積上的磁力線的總數，稱為該面積上的磁通量，簡稱磁通，用字母表示，單位為是Wb（韋伯）。磁通量是一個標量，在均勻磁場中，有或

（3-2）當實際截面與磁場方向不垂直時，要考慮在垂直于磁場方向上的投影面積，如圖3-1所示。

（a）截面與磁場方向垂直（b）截面與磁場方向不垂直

圖3-1實際截面與磁場方向（三）磁導率磁導率就是用來表征不同介質材料的導磁性能的物理量，常用符號表示。為介質的磁導率，或稱絕對磁導率。單位為H/m（亨利/米）。為便于比較各種物質的導磁性能，將任一材料的磁導率與真空磁導率的比值稱為相對磁導率，用表示，即

（3-3）（四）磁場強度磁場中某點的磁場強度H等于該點的磁感應強度B與磁導率之比，用公式表示為

（3-4）（五）磁場對電流的作用力在均勻磁場中，當通電直導體與磁場方向垂直時，直導體受到的電磁力F的大小與磁感應強度B、導體中電流I以及導體在磁場中的有效長度l成正比，用公式表示為

（3-5）當直導體垂直于磁場方向時，導體受到的電磁力最大；當直導體平行于磁場方向時，直導體不受電磁力；當直導體與磁場方向成角時（如圖3-2所示），直導體所受的電磁力為

（3-6）圖3-2直導體與磁場方向成

角二、磁路磁路一般由產生磁場的通電線圈（又稱勵磁線圈）、軟磁材料制成的鐵芯，以及適當大小的空氣間隙組成。在有些場合，也有用永磁體作為磁場的激勵源，其作用相當于通有電流的勵磁線圈。如圖3-3所示是幾種常見電器設備的磁路圖。（a）電磁鐵磁路

（b）變壓器磁路

（c）磁電式電表磁路圖3-3幾種常見電器設備的磁路（一）磁通勢通電線圈的電流I與線圈匝數N的乘積，稱為磁通勢（或磁動勢），用表示，用公式表示為

（3-7）由鐵磁性材料制成的一個理想磁路（無漏磁）如圖3-4所示。圖3-4鐵磁性材料的理想磁路（二）磁阻實驗證明，磁路中磁阻的大小與磁路的長度成正比，與磁路的橫截面積成反比，并與構成磁路的材料性質有關，用公式表示為

（3-8）（三）磁路歐姆定律類似于電路的歐姆定律，磁路中也有歐姆定律，稱為磁路歐姆定律。它的內容是：通過磁路的磁通與磁通勢成正比，與磁阻成反比，即

（3-9）如圖3-5所示，將電路和磁路的圖形以及某些物理量進行比較，在表3-2中列出了它們相應的對照關系。

（a）電路圖

（b）磁路圖圖3-5電路圖與磁路圖的比較三、鐵磁性材料（一）鐵磁性材料的磁化性能1．高導磁性

（a）鐵磁性材料的原始狀態（b）受外磁場影響（c）外磁場撤去后圖3-6鐵磁性材料的磁化2．磁飽和性如圖3-7所示，鐵磁性材料的這種性質可用磁化曲線——曲線來加以說明。圖3-7磁化曲線3．磁滯性B的變化總是落后于H的變化，這就是磁滯現象。鐵磁性材料反復磁化后得到的這種近似于對稱的閉合曲線稱為磁滯曲線，也稱磁滯回線，如圖3-8所示。

圖3-8磁滯曲線

改變交變磁場強度H的幅值，即可得到一系列大小不同的磁滯回線，把這些磁滯回線的頂點連接起來得到的磁化曲線稱為基本磁化曲線，如圖3-9所示。圖3-9基本磁化曲線（二）鐵磁性材料的分類123硬磁性材料軟磁性材料矩磁性材料

（a）硬磁性材料

（b）軟磁性材料

（c）矩磁性材料圖3-10鐵磁性材料的分類任務二變壓器認知一、變壓器的基本結構變壓器的主要組成部件為鐵芯和繞組線圈，其外形、基本結構和表示符號如圖3-11所示，T是它的文字符號。

（a）外形圖

（b）結構圖

（c）表示符號圖3-11變壓器的外形、結構和符號鐵芯構成變壓器的主磁路，同時本身又作為線圈的支撐骨架。為了減少磁通變化時所引起的磁滯損耗和渦流損失，變壓器的鐵芯一般用厚度為0.35～0.5mm的硅鋼片交錯疊成，并且片間要用絕緣漆隔開。如圖3-12所示為幾種常見的鐵芯形狀。圖3-12鐵芯的形狀按照鐵芯結構的不同，變壓器可分為心式和殼式兩種。心式變壓器的繞組包圍鐵芯，而殼式變壓器的鐵芯包圍繞組，如圖3-13所示。

（a）心式變壓器

（b）殼式變壓器圖3-13心式和殼式變壓器二、變壓器的工作原理如圖3-14所示，使變壓器空載運行，此時鐵芯中產生的交變磁通同時穿過原繞組和副繞組，可認為穿過原、副繞組的交變磁通相同，所以這兩個繞組產生的感應電動勢也就相等。圖3-14變壓器空載運行（一）變換交流電壓電動勢有效值與匝數的關系為

（3-10）忽略線圈的內阻，則

（3-11）（二）變換交流電流如圖3-15所示，假設變壓器帶負載工作時，忽略繞組電阻和鐵芯產生渦流而損失的能量，則這個變壓器稱為理想變壓器，它從電網中獲得的功率等于其輸出的功率，即，由交流電功率的公式可得圖3-15變壓器負載運行因為變壓器為理想變壓器，則因此

（3-12）（三）變換交流阻抗設變壓器的初級輸入阻抗為，次級負載阻抗為，則

（3-13）例3-1有一電壓比為220/110V的降壓變壓器，如果次級接上的電阻，求變壓器初級的輸入阻抗是多少？解1

次級電流初級電流輸入阻抗

解2變壓比

輸入阻抗

三、變壓器的功率和效率變壓器的功率消耗等于輸入功率和輸出功率的差，即

（3-14）（一）變壓器的功率（二）變壓器的效率變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即

（3-15）

例3-2已知一臺變壓器的初級電壓為1100V，次級電壓為220V，在接純電阻性負載時，測得次級電流為5A，變壓器的效率為90%。試求它的損耗功率、初級功率和初級電流。解次級負載功率

初級功率

損耗功率

初級電流

四、變壓器在汽車上的應用在汽車的汽油發動機結構中，一個重要的裝置是點火系統。點火系統按照發動機各缸的點火次序，在壓縮沖程快要結束時，定時地供給火花塞以足夠高能量的高壓電（15000～30000V），使火花塞產生足夠強的火花，以點燃可燃混合氣，推動氣缸活塞工作，如圖3-16所示。圖3-16汽車點火系統（一）點火線圈的結構點火線圈的結構如圖3-17所示。

（a）開磁路點火線圈

（b）閉磁路點火線圈圖3-17汽車點火線圈的結構（二）點火線圈的工作原理（三）點火線圈的分類點火線圈按磁路的結構形式不同，分為開磁路點火線圈和閉磁路點火線圈兩種。

（a）開磁路點火線圈的磁路

（b）閉磁路點火線圈的磁路圖3-18汽車點火線圈的磁路任務三汽車常見電磁元件一、汽車電磁閥（一）電磁閥的結構電磁閥是一類可控制流體方向的自動化基礎元件，它屬于執行器。圖3-20電磁閥的結構（二）電磁閥的分類（三）電磁閥符號的含義1．與電磁閥有關的幾個概念2．電磁閥符號的其他含義圖3-21二位三通電磁閥的電氣符號圖（四）電磁閥的工作原理1．初始（失電）狀態圖3-22二位三通電磁閥的初始狀態2．得電狀態圖3-23二位三通電磁閥的得電狀態（五）電磁閥在汽車上的應用碳罐電磁閥隸屬于汽油蒸發控制系統（EVAP）的一部分，汽油蒸發控制系統的組成如圖3-24所示。圖3-24汽油蒸發控制系統的組成二、汽車繼電器（一）繼電器概述圖3-25繼電器的工作過程（二）繼電器的分類（三）繼電器的工作原理1．電磁式繼電器電磁式繼電器主要由鐵芯、電磁線圈、銜鐵和觸點等組成，其結構和符號如圖3-26所示。（a）常開型