《汽车电工电子》教案电磁学在汽车上的应用实例.docx

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《汽车电工电子》教案电磁学在汽车上的应用实例

模块二电磁学在汽车上的应用实例

一、教学目标

1．了解汽车上的电磁元件作用、种类；

2．知道电磁干扰的危害及其抑制方法。

二、课时分配

本项目共5个课题，安排2课时。

三、教学重点

通过本模块学习，使学生理解电磁铁的概念、结构和工作原理；知道电磁铁的分类和特点；知道继电器的分类和特点；理解继电器的概念、结构和工作原理；掌握变压器的结构和工作原理。

四、教学难点

1．了解汽车电磁元件的结构和原理；

五、教学内容

课题一电磁铁

电磁铁

1．概念

电磁铁是利用通电的铁心线圈所产生的电磁力吸引衔铁而做成的一种电器。

2．结构及工作原理

电磁铁一般是由线圈、铁心和衔铁三部分组成。

电磁铁可以通过控制电路的接通和断开，以达到保护电气设备的作用，利用电流的磁效应，使软铁具有磁性。

①　将软铁棒插入一螺线管中，当螺线管通以电流时，螺线管内部的磁场使软铁棒磁化成暂时磁铁；但电流切断后，螺线管及软铁棒的磁性随之消失。

②　软铁棒磁化后所产生的磁场，加上螺线管内的磁场，使总的磁场强度大大增强，故电磁铁的磁力远大于天然磁铁。

③　螺线管中电流越大，线圈匝数越多，电磁铁的磁场越强。

3．应用

由于直流电磁体具有结构简单、易于控制等特点，因此它广泛用于汽车控制领域中。

课题二继电器

1．继电器基本结构

继电器主要由线圈、铁心、衔铁、触点等组成。

继电器基本结构

2．继电器的分类

汽车继电器按触点类型分，有三类：

动合继电器、动断继电器、混合型继电器。

按继电器的引脚数分：

3引脚、4引脚、5引脚等。

根据动作原理不同可分：

电磁式、感应式、电子式等，最常用的是电磁式。

几种类型的继电器

继电器的种类

3．继电器的应用

由于汽车电气系统电压较低，具有一定功率的用电器工作电流比较大（一般在几十安以上），这样大的电流不宜用开关或按键直接进行通断控制，否则将导致触点因无法承受大电流而烧毁。

为了减少控制开关触点的电流负荷，获得所需的控制功能，往往根据需要，在电路中设置一些继电器。

由于继电器主要由导线绕制而成，根据楞次定律可知，当初级线圈在刚接通时，线圈都会感应出一反向电压。

欧系继电器

日系继电器

课题三变压器

一、变压器的结构和工作原理

1．变压器结构

变压器是由闭合铁心、线圈绕组和冷却系统组成，如图所示。

变压器的结构示意图

（1）铁心

（2）绕组

（3）冷却系统

2．单相变压器的工作原理

变压器工作原理图及符号

如图（a）所示，在原绕组上接入交流电压U1时，原绕组中便有电流I1通过。

原绕组的磁动势I1N1产生的磁通绝大部分通过铁心而闭合，从而在副绕组中感应出电动势。

二、特殊变压器

1．自耦变压器

自耦变压器

（1）结构特点

在闭合的铁心上只有一个绕组，它既是原绕组又是副绕组。

低压绕组是高压绕组的一部分。

（2）电压比、电流比

（3）用途

调节电炉炉温、照明亮度、启动交流电动机以及用于实验和在小仪器中。

（4）使用时的注意事项

①　在接通电源前，应将滑动触头旋到零位，以免突然出现过高电压。

②　接通电源后，应慢慢地转动调压手柄，将电压调到所需要的数值。

③　输入、输出边不得接错，电源不准接在滑动触头侧，否则会引起短路事故。

2．仪用互感器

仪用互感器是专供电工测量和自动保护的装置，使用仪用互感器的目的在于扩大测量表的量程。

（1）电压互感器

电压互感器的副边额定电压一般设计为标准值100V，以便统一电压表的表头规格。

电压互感器原、副绕组的电压比等于其匝数比：

若电压互感器和电压表固定配合使用，则从电压表上可直接读出高压线路的电压值。

电压互感器

电流互感器

（2）电流互感器

电流互感器是用来将大电流变为小电流的特殊变压器，它的副边额定电流一般设计为标准值5A，以便统一电流表的表头规格。

电流互感器的原、副绕组的电流比等于匝数的反比，即：

若安培表与专用的电流互感器配套使用，则安培表的刻度就可按大电流电路中的电流值标出。

课题四点火线圈

1．点火线圈的工作原理

通常点火线圈里有两组线圈：

初级线圈和次级线圈。

点火线圈的工作原理

点火线圈的工作方式与普通变压器不一样，普通变压器是连续工作的，而点火线圈则是断续工作的。

2．点火线圈的分类

点火线圈依照磁路分为开磁式和闭磁式两种。

开磁式点火线圈

1—瓷座；2—铁心；3—初级绕组；4—次级绕组；5—硅钢片；6—外壳；7、10接线柱；8—胶木盖；9—高压接线柱

闭磁式点火线圈

1—E字形铁心；2—次绕组接线柱；3—高压接线柱；4—一次绕组；5—二次绕组

3．汽车点火系统的组成和工作原理

传统点火系是由电源、点火线圈、断电器、分电器、点火开关、火花塞等组成。

点火系统的组成和工作原理

各组成部分的功用：

①　电源为蓄电池和发电机，标称电压为12V，其作用是供给点火系统所需的电能。

②　点火线圈是将12V的低压电转换为15～20kV高压电。

③　断电器是用于接通和断开初级电路，它是由触点和凸轮组成，凸轮的凸角数与汽缸数相同。

④　电容器与断电器的触点并联，用于减少触点间的火花，延长触点的使用寿命。

⑤　分电器由分电器盖和分火头组成。

⑥　点火开关用于控制点火系统初级电路的通断，只要断开点火开关，发动机可立即熄火。

⑦　火花塞的作用是将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，并在其电极间产生电火花，点燃混合气。

课题五汽车电磁干扰及其抑制

一、汽车电磁干扰现象

汽油发动机在工作时，它的高压点火系统会产生强电磁波，对环境造成电磁污染。

因此，人们将“电磁污染”列入汽车所造成的三大污染源之一（排放、噪声、电磁）。

二、汽车内电磁干扰的特点

车内电磁干扰可以通过各种连接线缆传播，也会以耦合方式、空间辐射方式进行传播。

典型的形式有：

　沿电源线传导干扰；人体静电放电对电子部件的干扰；干扰能量通过空间辐射等。

1．发动机点火系统产生沿电源线传导的干扰

发动机点火系统的电路框图

波动电压ΔV能量

初级回路中的瞬变电压则沿电源线传到电源系统中，干扰电源系统，产生一波动电压ΔV。

一般情况下，实验测量得到ΔV为2～4V。

2．感性负载产生沿电源线传导的干扰

当感性负载（R2）的供电被突然切断时，会产生反向瞬变电压Uc。

线圈初始储能越大，关断速度越快，瞬变过电压就越高。

实测结果，一般Va为－100～300V；时间为0.2～0.5s。

感性负载特性

3．静电放电对车内电子部件的干扰

人体静电遇到一些导体就会释放出来，有直接放电，人们感觉不到，当静电储存到一定程度后，会通过空气放电，甚至会有火花产生，人们就会有强烈的放电感觉。

人们在使用汽车时，这种静电放电现象是不可避免的会产生。

4．部件或线缆间的相互耦合干扰

汽车中的各种线缆经常将他们捆绑成一束沿汽车内侧布置，电源线中的瞬变干扰会耦合到信号线或控制线中，形成差模信号，会对车内ECU等电子模块产生影响。

5．辐射干扰

干扰能量的电磁波辐射形式，人们比较熟悉。

人们关注的频率范围是150kHz～1000MHz。

其他频段的干扰也是存在的，人们正在进行研究。

三、电磁干扰的抑制

电磁干扰的抑制措施的选用。

首先要考虑干扰源，要根据不同的干扰源的特点采取不同的抑制方式。

如：

点火系统的干扰；电源供电系统的干扰；电感性负载或开关性负载引起的干扰等。

其次，考虑干扰的传播途径，这对采取有效地抑制措施非常重要。

六、课后作业

完成所有课题的学后测评。