電器原理與應(yīng)用課件

1、電器原理與應(yīng)用PPT課件第三章 電磁機(jī)構(gòu)理論n電磁機(jī)構(gòu)由磁系統(tǒng)和勵(lì)磁線圈組成，它廣泛用于電器中作為電器的感測元件(接受輸入信號)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(實(shí)行能量轉(zhuǎn)換)以及滅弧裝置的磁吹源。它既可以單獨(dú)成為一類電器，諸如牽引電磁鐵、制動(dòng)電磁鐵、起重電磁鐵和電磁離合器等;也可作為電器的部件，如各種電磁開關(guān)電器和電磁脫扣器的感測部件、電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行部件。n電磁機(jī)構(gòu)的磁系統(tǒng)包含由磁性材料制成的磁導(dǎo)體和各種氣隙。當(dāng)勵(lì)磁線圈從電源吸取能量后，其周圍空間內(nèi)就建立了磁場，使磁導(dǎo)體磁化，產(chǎn)生電磁吸力，吸引磁導(dǎo)體中的銜鐵，借其運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)械功，以達(dá)到某些預(yù)定目的。因此，電磁機(jī)構(gòu)兼具能量轉(zhuǎn)換和控制兩方面的作用n本章主要討論各

2、種電磁機(jī)構(gòu)的、特性以及它們的。電器原理與應(yīng)用PPT課件第一節(jié) 電磁機(jī)構(gòu)的種類和特性電磁機(jī)構(gòu)分類：按勵(lì)磁電流種類直流交流按勵(lì)磁方式并勵(lì)串勵(lì)內(nèi)銜鐵按結(jié)構(gòu)形式外銜鐵線圈與控制電源并聯(lián)線圈與負(fù)載串聯(lián)銜鐵可伸入線圈內(nèi)腔銜鐵只能在線圈外運(yùn)動(dòng)電器原理與應(yīng)用PPT課件n靜態(tài)吸引特性: 作為借電磁力吸引銜鐵使之運(yùn)動(dòng)作功的電磁機(jī)構(gòu)，電磁力F與銜鐵位移x或工作氣隙的關(guān)系F=f()，或如果銜鐵是繞某個(gè)固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則電磁機(jī)構(gòu)的基本特性是使街鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁力矩M與銜鐵的角位移之間的關(guān)系M=f()。這類特性稱為吸引特性或吸力特性。即靜態(tài)吸引特性。n機(jī)械特性： 電磁機(jī)構(gòu)的銜鐵在運(yùn)動(dòng)過程中是克服機(jī)械負(fù)載的阻力而作功的，習(xí)慣上把這

3、種阻力稱為反作用力，并以Fr表示。反作用力與工作氣隙的關(guān)系Fr=f()稱為機(jī)械特性或反力特性。電器原理與應(yīng)用PPT課件一、靜態(tài)吸引特性和動(dòng)態(tài)特性n各種內(nèi)銜鐵式電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和吸引特性：電器原理與應(yīng)用PPT課件n各種外銜鐵式電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和吸引特性：電器原理與應(yīng)用PPT課件n動(dòng)態(tài)特性： 電磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性是指其勵(lì)磁電流i、磁通、磁鏈、電磁吸力F，、銜鐵運(yùn)動(dòng)速度v等參數(shù)在銜鐵吸合(向鐵心運(yùn)動(dòng))或釋放(離開鐵心)過程中，與銜鐵位移x或時(shí)間t之間的關(guān)系，以及銜鐵位移與時(shí)間的關(guān)系。電器原理與應(yīng)用PPT課件二、機(jī)械特性n電磁機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性因其控制對象而異。n圖3-4所示就是幾種典型的機(jī)械特性。機(jī)械特性是電

4、磁機(jī)構(gòu)的負(fù)載特性，但電磁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是以此為依據(jù)依據(jù)的，所以將它作為電磁機(jī)構(gòu)的一種特性來處理。電器原理與應(yīng)用PPT課件第二節(jié) 磁性材料及其基本特性n磁性材料是具有鐵磁性質(zhì)的材料，它包含鐵、鎳、鈷、釓等元素以及它們的合金，其最大特點(diǎn)是具有比其他材料高數(shù)百至數(shù)萬倍的磁導(dǎo)率，同時(shí)其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之間存在著非常復(fù)雜的非線性關(guān)系。電器原理與應(yīng)用PPT課件一、磁疇、各向異性和居里點(diǎn)n磁性材料內(nèi)部有許多小區(qū)域一磁疇，它們能自發(fā)地磁化到飽和狀態(tài)。無外界磁場時(shí)，磁疇的磁場因排列雜亂無章而對外不顯磁性。一旦有了外界磁場，它們便整個(gè)地轉(zhuǎn)向，使磁性材料強(qiáng)烈磁化。n鐵磁物質(zhì)單晶的磁化呈各向異性性質(zhì)。以鐵的單晶體為例

5、，它沿側(cè)面100方向甚易磁化，沿平面對角線110方向磁化就困難些，沿立體對角線111方向則很難磁化(圖3-5)。n各種磁性材料都各有一臨界溫度值一居里點(diǎn)。若溫度超過此值，磁性材料便會(huì)因磁疇消失而變成順磁性材料。居里點(diǎn)之值因材料不同而異，例如，鐵的居里點(diǎn)為770度、鈷的為1120度，鎳的為358度。磁性材料的工作溫度不允許接近其居里點(diǎn)磁性材料的工作溫度不允許接近其居里點(diǎn)。電器原理與應(yīng)用PPT課件二、磁化曲線與磁滯回線若將磁性材料去磁后，置于外磁場的作用下，使磁場強(qiáng)度H由零逐漸增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B也自零開始增大。在oa段，磁化是通過磁疇界壁轉(zhuǎn)移而進(jìn)行，使順外磁場方向者增多，逆此方向者減少。由于此階段

6、磁化不消耗能量，故過程是可逆的，而且B與H成正比，也即u= const并與H無關(guān)。在ab段，磁化是通過磁疇的磁化方向突然作90度的轉(zhuǎn)變而進(jìn)行，所以要消耗一定的能量，過程為不可逆。由于此刻磁疇方向變化突然，磁磁化讓線上升不平滑，呈階梯現(xiàn)象。到bc段，磁疇均已從容易磁化的方向轉(zhuǎn)向較難的方向，所以需要消耗更多的能量和很強(qiáng)的外磁場，而u值卻在減小。在c點(diǎn)以后，所有磁疇的磁化方向已轉(zhuǎn)到與外磁場一致，也即到了飽和狀態(tài)。這時(shí)，B隨H的變化已與真空中相近，而過程又是可逆的。電器原理與應(yīng)用PPT課件以去磁的磁性材料磁化所得的B=f(H)曲線稱為起始磁化曲線。自此曲線開始飽和的c點(diǎn)開始退磁、即減小磁場強(qiáng)度，由于過

7、程是不可逆的， B值將沿ce段變化。對應(yīng)c點(diǎn)的B值以Bs表示，稱為飽和磁感應(yīng)飽和磁感應(yīng);對應(yīng)e點(diǎn)(H值已減小到零)的B值以Br表示，稱為剩余感應(yīng)剩余感應(yīng)。欲使B值減小到零，就需要施加反向磁場，而B值將沿ef段變化。對應(yīng)于B=0這一點(diǎn)f的磁磁場強(qiáng)度稱為場強(qiáng)度稱為矯頑力矯頑力-Hc。Bs值、Br值以及-Hc值是磁性材料的主要特征參數(shù)。繼續(xù)增大反向磁場， B將沿fg段變化，并在g點(diǎn)達(dá)到反向飽和。從這一點(diǎn)起逐漸減小反向磁場到它等于零，B就沿km段變化到-Br、再加正向磁場， B還會(huì)沿km段變化到等于零，這時(shí)的磁場強(qiáng)度從亦稱為矯頑力。進(jìn)一步增大正向磁場， B值又從零開始增大，并在c點(diǎn)達(dá)到飽和。原則上說，

8、 c、c，兩點(diǎn)并不重合，而且Br一Br，-HcHc。但多次重復(fù)上述過程即可得到一個(gè)基本上閉合的曲線，它稱為磁滯回線。電器原理與應(yīng)用PPT課件n在實(shí)際工作時(shí)，磁導(dǎo)體并非自去磁狀態(tài)開始磁化，所以起始磁化曲線不能用于實(shí)際計(jì)算。在計(jì)算中所用的磁化曲線是由許多不飽和對稱磁滯回線頂點(diǎn)連接而成的基本磁化曲線(圖3-7)。不同的磁性材料有不同的起始和基本磁化曲線?；敬呕€忽略了不可逆性而保留了飽和非線性特征，具有平均意義，故又稱平均磁化曲線。根據(jù)勵(lì)磁電流種類不同，基本磁化曲線有直流磁化曲線與交流磁化曲線之分，它們分別適用于直流磁路計(jì)算和交流磁路計(jì)算.電器原理與應(yīng)用PPT課件三、鐵損和損耗曲線n交流勵(lì)磁時(shí)，

9、磁導(dǎo)體中有因磁滯和渦流現(xiàn)象導(dǎo)致的功率損耗，它們統(tǒng)稱為鐵損。此損耗與勵(lì)磁電流的頻率有關(guān)。當(dāng)頻率增大時(shí)，磁滯回線變寬，象征著磁滯損耗增大;同時(shí)，由于感應(yīng)電動(dòng)勢增大，渦流損耗也將增大。鐵損還與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，鐵損也越大，其關(guān)系也是非線性的。n盡管鐵損可用各種公式計(jì)算，但因其準(zhǔn)確度不盡如人意，也有欠便利，故工程上多用損耗曲線(圖3-8)進(jìn)行計(jì)算。此曲線將鐵損表示為磁感應(yīng)強(qiáng)度和頻率的函數(shù)，而且是單位質(zhì)量材料的鐵損。由于曲線得自實(shí)驗(yàn)，故其準(zhǔn)確度較高。電器原理與應(yīng)用PPT課件四、磁性材料n磁性材料按其特征參數(shù)可分為兩類，硬磁材料和軟磁材料。前者的矯頑力大，可達(dá)數(shù)十萬A/m，而且磁滯回線很寬;

10、后者矯頑力小，可小到百分之幾A/m，同時(shí)磁滯回線很窄。(一一)軟磁材料軟磁材料 軟磁材料矯頑力小(Hc0，即i=const時(shí)電磁吸力的瞬時(shí)值。若銜鐵移動(dòng)非常迅速，以致反電動(dòng)勢與電源電壓相當(dāng)，則可認(rèn)為電磁機(jī)構(gòu)是工作于另一種特殊狀態(tài)，即 = const的狀態(tài)。在這種場合，勵(lì)磁電流i由I1減至I2。銜鐵在移動(dòng)過程中完成的機(jī)械功Wm正比于電磁機(jī)構(gòu)所貯磁能的增量(負(fù)值)-面積A2=(AI +A2) - AI。顯然，在 = const的條件下，銜鐵所受電磁力的瞬時(shí)值上式中的負(fù)號說明在 = const時(shí)，電磁機(jī)構(gòu)來自電源取得能量，銜鐵作機(jī)械功必然要以其磁能之減少為代價(jià)。電器原理與應(yīng)用PPT課件則：若考慮鐵心磁阻上的磁壓降，上式中的iN就應(yīng)代之以氣隙磁壓降故有：電器原理與應(yīng)用PPT課件二、麥克斯韋電磁力計(jì)算公式二、麥克斯韋電磁力計(jì)算公式麥克斯韋電磁力計(jì)算公式麥克斯韋電磁力計(jì)