電磁與電動器件

電磁與電動器件第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1磁路與變壓器本節(jié)主要討論的問題:1．磁路問題是局限于一定路徑內(nèi)的磁場問題，因此磁場的各個基本物理量也適合磁路。B、H、2．磁路主要是由具有良好導磁能力的材料構(gòu)成。3．磁路與電路往往是相關(guān)聯(lián)的，因此我們也要研究磁路和電路的關(guān)系及磁和電的關(guān)系。5．作為應用實例討論變壓器和電磁鐵。4．分析與計算磁路的基本方法。磁化過程相當復雜并具有明顯的非線性第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、磁路勵磁電流空氣隙鐵芯磁通集中的局部空間主磁通經(jīng)過鐵芯、空氣氣隙而形成的閉合通路為磁路漏磁通f

：散布在外的磁通主磁通f

：集中的磁通線圈fNiu_+錄:i磁化磁帶放:

ei錄音機銜鐵特點：1.電激磁2.主要由規(guī)則材料構(gòu)成(103)第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月基本物理量：磁通磁感應強度磁場強度磁導率韋伯BH特斯拉安匝/米亨/米磁通密度，矢量，表示磁場中某一點磁場強弱和方向磁場中通過某一截面S的磁感應強度的通量與產(chǎn)生磁場的電流和載流導體分布有關(guān)表示物質(zhì)導磁能力大小真空：相對磁導率：導磁材料非導磁材料第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月物理量間關(guān)系1.2.磁飽和性磁滯性剩磁Br矯頑力Hc鑄鋼鑄鐵硅鋼片0.21.4200120040060080010000.40.60.81.01.2HB真空高導磁性導磁非線性(均勻磁場)BrHc第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、安培環(huán)路定律對于一般環(huán)路：對于線圈：材料一樣、面積一樣1.若磁路是由若干段均勻磁場組合而成,Niu---磁阻電流參考方向與閉合路徑的方向符合右手螺旋定則時,電流取正（均勻磁路）（非線性）電阻公式f第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.磁路歐姆定律---磁動勢k=13.磁路基爾霍夫第二定律k>14.磁路基爾霍夫第一定律（磁通連續(xù)性）（類似于電路歐姆定律）（針對有分支磁路）第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鐵芯線圈(線圈----電路問題鐵芯----磁路問題)1.直流勵磁fINU_+1)．電路問題2)．磁路問題I不變電激磁，磁對電沒有影響特性：U一定→I一定（由于線圈做好后，R一定）若N不變，則Fm=IN恒定第8頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.交流勵磁1)．恒磁通特性達到電平衡。fiNu_+e+_忽略R，則有N一定，f一定，當U一定時，fm一定電激磁，磁影響電第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月faaabbbcccdddeee受到反作用的電流i為非正弦第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2)．功率與損耗磁滯損耗Ph渦流損耗PePe=Kef2Bm2Ph=KhfBmn硅鋼硅鋼片鐵芯線圈交流電路的有用功率PP=UIcos=Pcu+PFe=I2R+PFe鐵芯損耗---鐵損PFePFe=Ph+Pe（經(jīng)驗公式，與材料特性有關(guān)）第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3)．等效電路iu=U測Iu測U，I，

P忽略漏磁等效為第12頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月ZL四、變壓器1.工作原理理想變壓器（忽略損耗、磁飽和、漏磁通）P1=P2i2N2i2fu1i1i1N1ff

為合成磁通fN11243N2u1_+

e1

+_

i1

原邊（初級）副邊（次級）e2

+_u2_+i22.變壓比(電壓變換)利用電磁感應作用傳遞交流電能和信號可變換電壓、電流、阻抗鐵心+繞組（2個以上，N不同）第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3.變流比磁勢平衡方程式：其相量形式:變壓器中電流的大小由負載確定ZLSN11243N2u1_+

e1

+_

i1

原邊副邊e2

+_u2_+i2第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月4.阻抗比_+_+_+通過變壓器的變換阻抗的作用,可實現(xiàn)“阻抗匹配”第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一正弦信號源的電動勢US

=5V，RS=1000Ω,負載電阻RL=40Ω.舉例1)負載若直接與信號源連接RL=4%RS，U14%US=0.19V，P=0.001W_+_+2)通過變壓器將信號源與負載連在一起_+i)若Ku=10則

RL*=100RL=4RSU1=4VP1=0.04Wii)若Ku=100，則

RL*=1002RL

U15V但

P1=0.0625mW則

RL*=RS

阻抗匹配Ku=5若Pmax_+第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月5.變壓器的額定值1.額定電流I1N、

I2N

：長期通過的最大電流2.額定電壓U1N

:在額定運行條件下,原邊正常工作電壓3.額定容量SN：SN=INUNSN表征變壓器的傳輸能力變壓器沒有額定功率額定電壓U2N

：在U1N條件下,副邊的空載電壓。受鐵心飽和度的限制.配置變壓器S!第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月6.變壓器的運行特性1.

U2隨負載I2的增大而降低理想變壓器U20實際變壓器電壓調(diào)整率8.0cos2=j(容性)1cos2=j8.0cos2=j(感性)(阻性)2INI202U2U第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

功率與效率P1=P2+PFe+PCu副邊開路1)功率U1=U1N時，測得原邊側(cè)功率為鐵損副邊短路I2=I2N，原邊側(cè)功率為滿載下的銅損鐵損∝U12，與負載無關(guān)，可看為常數(shù)2)效率

PCu=PFe時，max2Imaxhh第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月7.三相變壓器某三相變壓器，SN=50KVA，U1N=10000V，U2N=400V，繞組接法Y/△，求：i)I1N，I2Nii)I1P，I2P，U1P，U2Piii)原、副邊線電壓之比i)∵理想變壓器解：ii)原邊Y:副邊△:∴S1N=S2N=SN線電壓線電流第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3)原副邊線電壓之比Y/△：Y/Yo：某三相變壓器，SN=50KVA，U1N=10000V，U2N=400V，繞組接法Y/△，求：i)I1N，I2Nii)I1P，I2P，U1P，U2Piii)原、副邊線電壓之比三相變壓器變壓比與變壓器聯(lián)結(jié)方式有關(guān)第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月=+15.2機電能量變換與電動機分類第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月動力電動機控制電動機旋轉(zhuǎn)電動機直線電動機交流直流同步電動機異步電動機三相單相有刷電動機無刷電動機步進電動機測速電動機伺服電動機旋轉(zhuǎn)直線交流直流同步電動機異步電動機功能工作方式電源方式轉(zhuǎn)速與磁場關(guān)系√√脈沖電動機，將輸入脈沖信號轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移（或直線位移）具有服從控制信號的要求而動作的職能交流直流第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3.5三相異步電動機的起動15.3.1三相異步電動機結(jié)構(gòu)15.3三相異步電動機15.3.2三相異步電動機的工作原理15.3.3三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系15.3.4三相異步電動機的工作特點15.3.6三相異步電動機的調(diào)速15.3.7三相異步電動機的功率因數(shù)及工作效率第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3三相異步電動機電動機直流交流單相三相異步機同步機電機發(fā)電機電動機電能)(機械能機械能)(電能鼠籠式繞線式按相數(shù)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)按輸入電能形式按內(nèi)部磁場與軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3.1三相異步電動機結(jié)構(gòu)機座：鐵心：由互相絕緣的硅鋼組成鑄鐵或鑄鋼制成繞組：一、定子線圈的復雜組合對稱的三相繞組接線盒第26頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月“△”型連接“Y”型連接W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2U1U2V1W1V2W2接線方式第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸：繞組：帶動機械負載轉(zhuǎn)動，輸出機械能鐵心：由互相絕緣的硅鋼組成圓柱型，表面有槽產(chǎn)生感應電流鼠籠式繞線式第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月閉合，產(chǎn)生i產(chǎn)生F=Bli在T=F·r作用下轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同。切割磁力線e=BlvSN

n1Fn15.3.2三相異步電動機的工作原理F一、工作原理第29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月U1W2W1V2V1U2二、旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

iA=ImsinωtiB=Imsin(ωt-1200)iC=Imsin(ωt+1200)iiBiCiA0120120120NSU1W2W1U2V2V1NSU1U2W2W1V2V1NS旋轉(zhuǎn)大小不變

合成磁場第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與對稱三相電流的相序一致U1U2W2W1V2V1iiBiCiA0(iA)(iB)(iC)n1怎樣實現(xiàn)電動機的反向旋轉(zhuǎn)(逆時針方向)?任意兩接線端換位3.旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1n1決定于磁場的極數(shù)極數(shù)與三相繞組的安排有關(guān)1)當磁極對數(shù)

p=1時，n1=60f1?第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月U1U2U1/U2/V1V2V1/V2/W1W2W1/W2/iiBiCiA0串聯(lián):U1U2U1/U2/V1V2V1/V2/W1W2W1/W2/NSNSSSNN2)當磁極對數(shù)

p=2時n1，n1=60f1/2第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3)n1與磁極對數(shù)p的關(guān)系三、三相異步電動機的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率s1.n<n12.

轉(zhuǎn)差率特點：啟動或堵轉(zhuǎn)(電機卡住)n=0理想狀態(tài)(沒有摩擦)n=n1

s=0一般情況n從0

n1,s

從1

0s=1第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3.3三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系一、電磁轉(zhuǎn)矩TU1n1vE2I2FTn電磁轉(zhuǎn)矩∵

n=0s=1∴

f2=f1∵

E20=4.44f1N2m∴E2=sE20E2=4.44f2N2mE2=sE20第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1.T與s有著直接的關(guān)系s

很小

0，T∝ss

很大

∞，T∝1/s0Ts1最大轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩TstTm額定轉(zhuǎn)矩TNscsN臨界轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差率2.,并與R2有關(guān)令U1'U10TsscR2'R20TsTm第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、異步電動機的機械特性n=f(TL)n=f(T)0Ts1n0n1TstTm0n1nT90T:電磁轉(zhuǎn)矩TL:負載轉(zhuǎn)矩T0:空載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)矩阻轉(zhuǎn)矩Tm減速平衡加速忽略第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月A點：B點：B點：A點為穩(wěn)定點電動機停轉(zhuǎn)機械特性曲線

n=f(T)TstTm0n1nTTLABB點為不穩(wěn)定點1.運行工作點T

=TL

達到力學平衡(A、B兩點)2.工作點的穩(wěn)定性為不穩(wěn)定區(qū)為穩(wěn)定區(qū)nc15.3.4三相異步電動機的工作特點A點：第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3.額定轉(zhuǎn)矩T:N.m,P:W,n:r/min4.機械過載能力一般1.8~2.25.起動能力一般1.4~2.2機械特性曲線

n=f(T)TstTm0n1nT常用公式：T:N.m,P:kW,n:r/minT:N.m,P:kW,n:r/min第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3.5三相異步電動機的起動一、全壓起動(直接起動)機械條件:通電電動機軸旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速逐漸上升直至穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)）電源容量足夠大（內(nèi)阻?。﹩栴}:通電瞬間轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場間相對切割速度最大影響:自身有內(nèi)阻，造成電網(wǎng)電壓瞬間降低，影響同一電網(wǎng)上其它負載的正常工作起動時間短，不會造成熱量積累電源電器條件:不需要頻繁起動若不滿足第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、降壓起動1.“Ｙ-△”換接起動法

第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.自耦降壓起動1)抽頭k=73%、64%或55%電動機電源根據(jù)對起動轉(zhuǎn)矩的要求而選用2)

第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3.軟起動法1)限流起動模式2)限壓起動模式電動機按用戶期望的起動特性完成起動過程軟起動器M3~UVWL1L2L3ILIm1Im2It0Ut0UNU0t1第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、

繞線型電動機的起動方法0Tnn1適用起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械起重機例如:起重機1.2.第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、變極對數(shù)調(diào)速NSNSU1U2U1U2U1U2p=2p=1NSU1U2特點:

有級調(diào)速p=1p=2,p=2p=4

主要用于調(diào)速范圍大的地方在同一負載下得到不同的轉(zhuǎn)速改變電源頻率f1、極對數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s15.3.6三相異步電動機的調(diào)速雙速電機第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速R2<R2'U1n10TnTLTL若TL=TN，則I2>I2N，適用于繞線型電動機R2'R20Tnn1第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、變頻調(diào)速1)恒磁通-+~f=50Hz逆變器3~M整流器T不變f可變~(恒轉(zhuǎn)矩--T

不變)基頻以下的機械特性相互平行2)恒功率P2

不變機械特性變軟

無級調(diào)速,便于自動控制

節(jié)能變頻調(diào)速特點:第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3.7三相異步電動機的功率因數(shù)及工作效率一、銘牌數(shù)據(jù)類型代號結(jié)構(gòu)--極數(shù)PN：電動機工作在額定條件下輸出的機械功率工作頻率f1N定子繞組上應加的線電壓UNnN：380V/220V10A/17.3AY/△定子繞組的線電流INTNnN=9550PNTN其他技術(shù)數(shù)據(jù)：Tst/TNTm/TNIst/IN第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、運行特性n1n1I1T在U1N

、f1N條件下，I1、

1

、、n、T與輸出機械功率P2的關(guān)系1.轉(zhuǎn)速n2.電磁轉(zhuǎn)矩T∵內(nèi)部有摩擦T

0，且P=

T∴曲線上翹3.定子電流

I1P2

nI1=0.4IN4.功率因數(shù)

1

5.效率=P2/P10P2/PNI1、

1、

、T、nP2

ne2I2I11第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1.

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與磁極對數(shù)p的關(guān)系2.電動機的轉(zhuǎn)速nn<n1,3.轉(zhuǎn)子感應電動勢頻率f2小結(jié)轉(zhuǎn)差旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一致，取決于電源相序第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月4.電磁轉(zhuǎn)矩T5.額定轉(zhuǎn)矩TNT:N.m,P:kW,n:r/min6.功率第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月7.起動1）“Ｙ-△”變換起動法2）自耦降壓起動3）繞線型電動機的起動方法可以滿載起動只能輕載或空載起動8.調(diào)速1）變極對數(shù)調(diào)速2）變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速3）變頻調(diào)速第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、工作原理產(chǎn)生交變脈動磁場分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁場15.4單相異步電動機由單相電源供電的異步電動機一、單相異步電動機結(jié)構(gòu)1.定子繞組：一個或多個繞組2.轉(zhuǎn)子繞組：鼠籠式大小、方向隨時間正弦變化位置固定i0第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、機械特性結(jié)論：1）電動機無起動轉(zhuǎn)矩2）一經(jīng)起動，就會轉(zhuǎn)動而且不致停止T01sT

0s22TT第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月四、產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩的措施1．電容分相起動電動機定子繞組分為繞組W2為起動繞組繞組W1為工作繞組i1i2C~W2SW190°t0i45°i1i2W1W2W1W2W1W2t=0°t=45°t=90°兩相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2．罩極式單相異步電動機五、三相異步電動機與單相異步電動機~~第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月15.9電磁式低壓電器DC:1200V以下AC:1500V以下低壓電器:能手動或自動分合低壓電路,可實現(xiàn)被控對象的控制,調(diào)節(jié),變換,檢測,保護等作用的基本器件.電磁式低壓電器電子式低壓電器可通信電器終端組合式電器智能化電器模數(shù)化電器第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一.電磁式低壓電器的主要電磁機構(gòu)吸引線圈(勵磁線圈)磁路:鐵心,鐵軛,銜鐵,空氣隙吸引線圈銜鐵運動觸頭的斷開或閉合U/E型銜鐵:沿棱角運動沿軸轉(zhuǎn)動沿直線運動第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁鐵勵磁線圈、鐵心、銜鐵動鐵心直流電磁鐵:交流電磁鐵:交流電磁力以二倍工頻的頻率脈動，與銜鐵的位置無關(guān)空氣隙兩級間若U不變，I不變?nèi)魎不變，不變吸力與銜鐵的位置有關(guān)電流與銜鐵的位置有關(guān)第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電器控制概述1.控制分類1)按控制動作開關(guān)式連續(xù)式數(shù)字式PLC2)按控制目的開環(huán)閉環(huán)檢測(電機)自耦變壓器U1U23)按控制手段手動自動4)按控制距離就地遠程第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.繼電接觸器控制主電路控制電路用電設備主令電器接觸器/繼電器(大電流)手動電器(小電流)(溫度)(時間)第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三.開關(guān)電器直接由人力推動使電路接通或斷開1．刀開關(guān)(刀閘)作用：使電器設備通電與斷開QS電源用戶QSQS2.轉(zhuǎn)換開關(guān)(SR)靜觸點動觸點(QS)轉(zhuǎn)換手柄第61頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3.自動空氣斷路器(自動空氣開關(guān))作用

工作原理接通、切斷電路用于低壓配電變電所的總開關(guān)、大負荷電力線路等。但因滅弧結(jié)構(gòu)限制，不適合于具有頻繁操作的電路。，用于短路、過載、欠壓保護第62頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三相自動空氣開關(guān)第63頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月單相自動空氣開關(guān)第64頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3)作用：接通或斷開控制電路1.按鈕1)原理：2)圖形符號及文字符號：四.主令電器復合按鈕單按鈕動合觸點動斷觸點SB第65頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.行程開關(guān)1)原理：觸桿