汽車電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 課件 學(xué)習(xí)領(lǐng)域三：學(xué)習(xí)任務(wù)一 電磁感應(yīng)原理

學(xué)習(xí)領(lǐng)域三

電磁學(xué)的應(yīng)用

汽車?yán)^電器、無線充電系統(tǒng)、點火線圈的工作原理都是電磁感應(yīng)。繼電器是汽車常見的電器元件，它是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。變壓器是改變交流電壓的裝置，在新能源汽車中，汽車無線充電利用線圈組把220V交流電升壓成高壓電后對電池充電，是對變壓器原理的實際應(yīng)用。汽車點火系統(tǒng)是點火線圈產(chǎn)生高壓電連接至火花塞擊穿間隙生成電火花來點燃可燃混合氣。本次項目通過學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)原理，分析繼電器、無線充電、點火線圈的組成與原理，完成實訓(xùn)檢測任務(wù)。學(xué)習(xí)任務(wù)

一

電磁感應(yīng)原理目錄CONTENTS1.能講述繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理。2.能講述變壓器的組成和工作原理。3.能講述點火線圈的組成與工作原理。知識目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)技能目標(biāo)1.能檢測繼電器的工作情況。2.能夠測量無線充電系統(tǒng)特性，并讀取波形。3.能正確判斷點火線圈的質(zhì)量。1.規(guī)范實訓(xùn)7S管理。2.培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、動手操作能力。3.一絲不茍，形成重小事，重行動，愛崗敬業(yè)的職業(yè)精神。

一輛汽車前照燈電路出現(xiàn)故障，經(jīng)檢查是繼電器損壞導(dǎo)致。請你按照技術(shù)要求、規(guī)范操作，完成繼電器質(zhì)量和功能的檢測。繼電器一知識鏈接天才出于勤奮。——高爾基電磁鐵原理01知識點我們知道電流周圍存在磁場，當(dāng)一帶電導(dǎo)線變成線圈時就會產(chǎn)生一個帶N、S極的磁場，如條形磁鐵一樣。如果將一鐵芯放入線圈中，磁場會變強(qiáng)，可以吸引鐵質(zhì)（如圖3-1-1）。繼電器和電磁閥就是應(yīng)用電磁鐵原理，線圈通電后能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁吸引力。圖3-1-1

電磁鐵原理圖繼電器的作用02知識點

繼電器是一種用小電流控制大電流，保護(hù)開關(guān)或觸點不被大電流燒蝕，延長部件使用壽命的作用。繼電器在汽車電路中的應(yīng)用非常廣泛，如起動系統(tǒng)電路、刮水器電路、后窗加熱電路等，其外觀如圖3-1-2所示。

車用繼電器一般布置在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，如圖3-1-3所示，但是也有其他功能繼電器布置在駕駛室內(nèi)等不同位置，因車型而異。圖3-1-2常見汽車?yán)^電器外觀

圖3-1-3汽車?yán)^電器盒

繼電器的結(jié)構(gòu)及原理03知識點1.繼電器的結(jié)構(gòu)

繼電器由引腳、銜鐵、彈簧片、線圈、常閉常開觸點、外殼等組成。如圖3-1-4所示。繼電器主要有兩種：常開繼電器和常閉繼電器。其中，線圈不通電時，觸點開關(guān)處于斷開狀態(tài)的，則稱為常開繼電器；線圈不通電時，觸點開關(guān)處于閉合狀態(tài)的，則稱為常閉繼電器。圖3-1-4繼電器結(jié)構(gòu)2.繼電器的工作原理

當(dāng)繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯因通電會產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，吸動銜鐵帶動簧片，使觸點1、2斷開，1、3接通。當(dāng)線圈斷電后，彈簧使簧片復(fù)位，使觸點1、2接通，1、3斷開。我們只要把需要控制的電路接在觸點1、2間（1、2稱為常閉觸點）或觸點1、3間（稱為常開觸點），就可以利用繼電器達(dá)到某種控制的目的。繼電器的檢測方法04知識點1.線圈的檢測

選擇萬用表的歐姆檔，然后將兩表筆接觸繼電器線圈的兩端，測量線圈電阻值的大小。如果線圈電阻值為100Ω左右，說明線圈正常；如果線圈電阻值為∞，說明線圈斷路；如果線圈電阻值接近于0，說明線圈短路。

對于繼電器的檢查，不只是通過測量線圈的電阻值來判斷其好壞，還要通過多種方法來檢測繼電器的好壞。下面簡要介紹電阻及電壓的方法檢測繼電器。2.常閉觸點開關(guān)的檢測

首先，選擇萬用表的歐姆檔，測量繼電器常閉觸點兩端電阻值的大小。如果電阻值接近于0Ω，則說明正常；如果電阻值為∞，說明觸點開關(guān)出現(xiàn)斷開。然后用12V電壓給線圈通電，測量繼電器常閉觸點兩端的電阻值大小。如果電阻值為∞，則說明正常；如果電阻值接近于0Ω，說明觸點開關(guān)出現(xiàn)粘連，常閉觸點并沒有在通電狀態(tài)下斷開。3.常開觸點開關(guān)的檢測

首先，選擇萬用表的歐姆檔，測量繼電器常開觸點兩端的電阻值大小。如果電阻值為∞，則說明正常；如果電阻值接近于0Ω，說明觸點開關(guān)出現(xiàn)粘連。然后用12V電壓給線圈通電，測量繼電器常開觸點兩端的電阻值大小。如果電阻值接近于0Ω，說明正常；如果電阻值仍舊為∞，說明觸點開關(guān)不能回位貼合，可能是吸合線圈短路或者其他故障。任務(wù)實施工作計劃業(yè)精于勤，行成于思。——韓愈《進(jìn)學(xué)解》1.制訂工作計劃步驟工作內(nèi)容負(fù)責(zé)人1填寫自評表全部人23452.列出需要的實訓(xùn)板、工具、耗材和器材清單序號名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量備注12345決

策運籌帷幄之中，決策千里之外?！抉R遷《史記.留侯列傳》各組派代表闡述工作計劃01對其他組工作計劃提出自己不同看法02教師點評，提出指導(dǎo)性意見03決策選出較優(yōu)工作計劃04工作實施紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

——陸游《冬夜讀書示子聿》1.按照本組制訂的計劃開展工作（1）領(lǐng)取實訓(xùn)板及材料；（2）認(rèn)識與檢查實訓(xùn)板；（3）各組員分工合作完成工作任務(wù)。安全生產(chǎn)規(guī)范操作節(jié)約能源2.實訓(xùn)任務(wù)完成繼電器應(yīng)用電路實訓(xùn)。安全生產(chǎn)規(guī)范操作節(jié)約能源（1）領(lǐng)取實訓(xùn)板及材料完成繼電器應(yīng)用電路實訓(xùn)可調(diào)電壓鋰電池模塊繼電器負(fù)載

開關(guān)與熔絲

（2）識圖繼電器應(yīng)用電路并連接線路繼電器應(yīng)用電路線路連接完成繼電器應(yīng)用電路實訓(xùn)完成繼電器應(yīng)用電路實訓(xùn)序號步驟操作方法及說明質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與記錄1實訓(xùn)板基本檢查檢查實訓(xùn)板外觀和電子元件□檢查實訓(xùn)板外觀無劃傷、損壞□檢查可調(diào)電壓鋰電池模塊工作正?！鯔z查實訓(xùn)板工作正常2模塊設(shè)備連接根據(jù)電路圖連接模塊□用導(dǎo)線連接成完整電路，注意連接前先關(guān)閉電源開關(guān)□檢查無誤后接通電源，未接通開關(guān)時，繼電器不通電，常開觸點斷開，電動機(jī)

，接通開關(guān)時，繼電器通電工作，常開觸點閉合，電動機(jī)

，（填“轉(zhuǎn)動”或“停止”）（3）具體實訓(xùn)流程完成繼電器應(yīng)用電路實訓(xùn)序號步驟操作方法及說明質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與記錄37S管理1.對使用的模塊和設(shè)備進(jìn)行7S管理2.對工位進(jìn)行7S管理□檢查使用的模塊外觀無損壞、刮花□清潔工位□工具、設(shè)備清點歸位自評組間互評教師評價紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

——陸游《冬夜讀書示子聿》評價反饋一、判斷題1.繼電器有保護(hù)電路的作用。（）2.常開繼電器的線圈通電時，觸點開關(guān)處于斷開狀態(tài)。（）3.只要在繼電器線圈兩端加上一定的電壓，繼電器觸點就會閉合。（）4.繼電器一般用來直接控制主電路。（）5.繼電器由線圈、銜鐵、彈簧和觸點等組成。（）二、單選題1.斷電狀態(tài)下檢測繼電器線圈，需要選擇萬用表(）。A.電壓檔

B.電阻檔C.電流檔D.蜂鳴檔2.線圈不通電時，觸點開關(guān)處于（)狀態(tài)；線圈通電時，觸點開關(guān)處于()狀態(tài)的，則稱為常開繼電器。A.閉合閉合B.閉合斷開C.斷開閉合D.斷開斷開3.使用萬用表檢測繼電器線圈的電阻值大小為∞，說明線圈()。A.斷路B.短路C.正常D.無法確定4.使用萬用表檢測繼電器線圈的電阻值大小為0Ω，說明線圈()。A.斷路B.短路C.正常D.無法確定5.繼電器可代替()去控制電路的通斷。A.開關(guān)

B.線圈

C.插座

D.電路

一輛汽車在行駛中出現(xiàn)發(fā)動機(jī)抖動、怠速不穩(wěn)定，經(jīng)過檢查判斷點火線圈出現(xiàn)異常。請你按照操作流程和規(guī)范，完成點火線圈的電路測量。變壓器與無線充電二知識鏈接天才出于勤奮。——高爾基線圈的認(rèn)知01知識點

線圈是指導(dǎo)線一圈一圈繞起來（如圖3-1-5所示），導(dǎo)線彼此互相絕緣，一般繞制在陶瓷體上或者鐵芯上，可應(yīng)用于電磁鐵、變壓器、電機(jī)等。

圖3-1-5線圈磁生電的現(xiàn)象02知識點

閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象，如圖3-1-6所示。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)是閉合電路中磁通量的變化，而閉合電路中由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。圖3-1-6電磁感應(yīng)現(xiàn)象電生磁的現(xiàn)象03知識點

1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特用實驗證實通電導(dǎo)體的周圍存在著磁場。電生磁就是用一條直的金屬導(dǎo)線通過電流，那么在導(dǎo)線周圍的空間將產(chǎn)生圓形磁場，如圖3-1-7所示。導(dǎo)線中流過的電流越大，產(chǎn)生的磁場越強(qiáng)。磁場呈圓形，圍繞導(dǎo)線周圍。同樣，線圈通電后可以產(chǎn)生磁場，當(dāng)在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，磁感線集中在鐵心附近，從而使螺線管的磁性大大增強(qiáng)。另外，電磁鐵的鐵芯一般是用軟鐵制作。變壓器內(nèi)部的一次繞組與二次繞組通過鐵芯傳遞能量，可以有效減低能量的損失。圖3-1-7線圈通電產(chǎn)生磁場變壓器基本結(jié)構(gòu)04知識點

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置。變壓器主要由鐵芯和線圈組成，線圈有兩個繞組，其中連接在電源的繞組叫一次繞組，另一個連接負(fù)載的繞組叫二次繞組。最簡單的變壓器由一個鐵心以及套在鐵心上的兩個匝數(shù)不相等的繞組構(gòu)成，如圖3-1-8所示。圖3-1-8變壓器結(jié)構(gòu)及電路符號變壓器原理05知識點

變壓器主要應(yīng)用了電磁感應(yīng)的原理，可以將交流電轉(zhuǎn)換成頻率相同但電壓幅度大小不同的交流電。其具體工作過程是：當(dāng)變壓器一次繞組施加交流電壓，電流流過一次繞組，則該電流在鐵芯中會產(chǎn)生不斷變化的磁場。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，二次繞組會在此變化的磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，匝數(shù)多的一側(cè)繞組電壓高，匝數(shù)少的一側(cè)繞組電壓低，如圖3-1-9所示。圖3-1-9變壓器工作原理

簡而言之，如果一次繞組的匝數(shù)比二次繞組的匝數(shù)多，則為降壓作用的變壓器。反過來，如果二次繞組的匝數(shù)比一次繞組的匝數(shù)多，則為升壓作用的變壓器。變壓器發(fā)熱的主要原因06知識點

變壓器工作時，鐵芯中存在時刻變化的磁場，由于鐵芯是鐵磁材料，會產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗（如圖3-1-10所示），也就是變壓器的空載損耗。同時，線圈中流過電流，由于線圈是銅或鋁材料，存在電阻，也產(chǎn)生電阻損耗，這就是變壓器的負(fù)載損耗。空載損耗和負(fù)載損耗都以熱量的形式出現(xiàn)，因此，變壓器的線圈和鐵芯都會發(fā)熱。圖3-1-10變壓器鐵芯的渦流損耗電動汽車無線充電的原理07知識點

目前電動汽車無線充電技術(shù)主要采用電磁感應(yīng)式，如圖3-1-11所示。新能源汽車的無線充電，相比于有線充電，主要是多了接收線圈，簡略了充電接口。電磁感應(yīng)式算是目前比較成熟的技術(shù)，很多手機(jī)無線充電利用的也是這種原理。圖3-1-11新能源汽車無線充電原理

電磁感應(yīng)式充電的基本原理是，在發(fā)射線圈中存在一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在接收線圈中產(chǎn)生了電流，從而將能量由輸出端傳送至接收端，完成無線充電。但是使用時要求兩個設(shè)備的距離必須很近，供電距離控制在0～10cm左右，而且充電只能對準(zhǔn)線圈一對一進(jìn)行。

新能源汽車將一個接收線圈裝置安裝在汽車的底盤上，將另一個發(fā)射線圈裝置安裝在地面，當(dāng)電動汽車駛到發(fā)射線圈裝置上，接收線圈即可接收到發(fā)射線圈的電流，從而對電池進(jìn)行充電。目前，這套裝置的額定輸出功率為10kW，一般的電動汽車可在8小時內(nèi)完成充電。

雖然無線供電技術(shù)最具一定的可實現(xiàn)性，并且已開始在新能源電動汽車上應(yīng)用，但仍無法普及應(yīng)用。其主要存在以下幾個問題：1.電能的傳遞距離比較短，無法做到遠(yuǎn)距離輸電。因為如果線圈間隔大，傳輸效率就會明顯下降，導(dǎo)致無法有效充電。2.輻射問題，線圈會產(chǎn)生一定程度的電磁輻射，會危害人體健康。3.充電過程中，線圈發(fā)熱嚴(yán)重，容易造成設(shè)備老化，維護(hù)成本高。點火線圈三知識鏈接天才出于勤奮。——高爾基互感電路基本知識01知識點1.互感現(xiàn)象

在法拉第的實驗中，如圖3-1-12所示，左側(cè)線圈BB’與右側(cè)線圈AA’之間并沒有導(dǎo)線相連，但當(dāng)右側(cè)線圈中AA’的電流由于開關(guān)K發(fā)生變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈BB’中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

因此，當(dāng)一個線圈中電流變化，在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，稱為互感?；ジ鞋F(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為互感電動勢。圖3-1-12互感電路2.互感現(xiàn)象的應(yīng)用

利用互感現(xiàn)象可以把能量從一個線圈傳遞到另一個線圈，因此在電工技術(shù)和電子技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，如變壓器、磁性天線等。這兩個元器件的外觀如圖3-1-13所示。

收音機(jī)的磁性天線就是互感現(xiàn)象的應(yīng)用。它是在一根磁棒上纏繞兩組彼此不連接的線圈，作用是接收空間的電磁波。磁性天線具有良好的方向性，使得收音機(jī)轉(zhuǎn)動至某一方向時，聲音最響，又減小了噪聲。自感電路基本知識02知識點1.自感現(xiàn)象

自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它是由于線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的。

流過線圈的電流發(fā)生變化，導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的自感電動勢，總是阻礙線圈中原來電流的變化，當(dāng)原來電流在增大時，自感電動勢與原來電流方向相反；當(dāng)原來電流減小時，自感電動勢與原來電流方向相同。因此，自感現(xiàn)象簡單來說就是由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2.自感系數(shù)自感系數(shù)表示線圈產(chǎn)生自感能力的物理量，常用L來表示。簡稱自感或電感。自感系數(shù)的單位是亨利，簡稱亨，符號是H。在單位電流變化率ΔI/Δt下，自感線圈產(chǎn)生的自感電動勢E=LΔI/Δt。線圈越大、匝數(shù)越多，給線圈中加入鐵心的自感系數(shù)比普通線圈的自感系數(shù)要大得多。自感單位是亨利（H）、毫亨（mH）、微亨（μH），它們之間的換算為1H=103mH=106μH。由于亨利（H）這個單位比較大，例如電瓷爐線盤空載電感一般才為100-150μH左右，在實際生活中，自感單位用微亨、毫亨居多。點火線圈的結(jié)構(gòu)03知識點

點火線圈里面有兩組線圈，分別稱為初級線圈和次級線圈，如圖3-1-15所示。初級線圈用較粗的漆包線，通常用直徑0.5-1毫米的漆包線繞200-500匝；次級線圈用較細(xì)的漆包線，通常用直徑0.1毫米左右的漆包線繞15000-25000匝。圖3-1-15點火線圈結(jié)構(gòu)點火線圈工作的原理04知識點

汽車點火線圈是利用互感原理制作的一種直流變壓器，可以將低壓直流電轉(zhuǎn)換成電壓幅度更高的直流電，其工作原理如圖3-1-16所示。

具體工作過程：當(dāng)控制單元ECU接地（2號線接地），點火線圈的初級線圈開始通電，電流流過初級線圈，則該電流在鐵心中會產(chǎn)生磁場。當(dāng)ECU因為工作需要而斷開初級線圈的電流，根據(jù)電磁互感的原理，次級線圈會在急劇減小的初級線圈磁場中產(chǎn)生互感電動勢來抵消這樣的變化，由于次級線圈匝數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于初級線圈匝數(shù)，因此可以在汽車點火線圈的次級線圈產(chǎn)生很高的電壓。圖3-1-16點火線圈工作的原理任務(wù)實施工作計劃業(yè)精于勤，行成于思?！n愈《進(jìn)學(xué)解》1.制訂工作計劃步驟工作內(nèi)容負(fù)責(zé)人1填寫自評表全部人23452.列出需要的實訓(xùn)板、工具、耗材和器材清單序號名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量備注12345決

策運籌帷幄之中，決策千里之外。——司馬遷《史記.留侯列傳》各組派代表闡述工作計劃01對其他組工作計劃提出自己不同看法02教師點評，提出指導(dǎo)性意見03決策選出較優(yōu)工作計劃04工作實施紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

——陸游《冬夜讀書示子聿》1.按照本組制訂的計劃開展工作（1）領(lǐng)取實訓(xùn)板及材料；（2）認(rèn)識與檢查實訓(xùn)板；（3）各組員分工合作完成工作任務(wù)。安全生產(chǎn)規(guī)范操作節(jié)約能源2.實訓(xùn)任務(wù)完成點火控制特性實訓(xùn)安全生產(chǎn)規(guī)范操作節(jié)約能源（1）領(lǐng)取實訓(xùn)板及材料完成點火控制特性實訓(xùn)可調(diào)電壓鋰電池模塊點火特性實訓(xùn)板三通道示波器及信號源

（2）連接線路點火控制特性線路連接完成點火控制特性實訓(xùn)完成點火控制特性實訓(xùn)序號步驟操作方法及說明質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與記錄1實訓(xùn)板基本檢查檢查實訓(xùn)板外觀和電子元件□檢查實訓(xùn)板外觀無劃傷、損壞□檢查可調(diào)鋰電池模塊工作正?！鯔z查實訓(xùn)板工作正常□檢查示波器工作正常2模塊設(shè)備連接及調(diào)試根據(jù)電路圖連接各模塊（注意接線習(xí)慣，正極用紅色，負(fù)極用黑色）□用導(dǎo)線連接成完整電路，注意連接前先關(guān)閉電源開關(guān)□檢查無誤后接通電源，打開示波表電源開關(guān)，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置項設(shè)置合適參數(shù)，旋轉(zhuǎn)點火速度控制電位器，觀察跳火情況和示波器波形，做好相關(guān)記錄（3）具體實訓(xùn)流程點火特性電路序號步驟操作方法及說明質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與記錄37S管理1.對使用的模塊和設(shè)備進(jìn)行7S管理2.對工位進(jìn)行7S管理□檢查使用的模塊外觀無損壞、刮花□清潔工位□工具、設(shè)備清點歸位自評組間互評教師評價紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

——陸游《冬夜讀書示子聿》評價反饋一、判斷題1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指在不斷變化磁場中，線圈兩端會在兩端產(chǎn)生一個電動勢，稱為感應(yīng)電動勢。（）2.變壓器利用電磁感應(yīng)的原理，可以將交流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓幅度均不同的交流電。（）3.變壓器一般由鐵心和套在鐵心上的兩個匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成。（）4.變壓器兩端，繞組匝數(shù)多的一側(cè)電壓低，繞組匝數(shù)少的一側(cè)電壓高。（）5.在新能源汽車無線充電中，線圈間隔越大，充電的效率就會越高。（）6.變壓器的原理就是利用自感現(xiàn)象來實現(xiàn)的。（）7.由于互感現(xiàn)象，線圈可以使能量或信號由一個線圈很方便的傳遞到另外一個線圈。（）8.流過線圈的電流發(fā)生變化，導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的自感電動勢，總是阻礙線圈中原來電流的變化。（）9.點火線圈里面有兩組線圈：初級線圈和次