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 電磁機構(gòu)理論n電磁機構(gòu)由磁系統(tǒng)和勵磁線圈組成，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)動機構(gòu)(實行能量轉(zhuǎn)換)以及滅弧裝置的磁吹源。它既可以單獨成為一類電器，諸如牽引電磁鐵、制動電磁鐵、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、電磁操動機構(gòu)的執(zhí)行部件。n電磁機構(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，借其運動輸出機械功，以達到某些預(yù)定目的。因此，電磁機構(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) 電磁機構(gòu)的種類和特性電磁機構(gòu)分類：按勵磁電流種類直流交流按勵磁方式并勵串勵內(nèi)銜鐵按結(jié)構(gòu)形式外銜鐵線圈與控制電源并聯(lián)線圈與負載串聯(lián)銜鐵可伸入線圈內(nèi)腔銜鐵只能在線圈外運動電器原理與應(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動作功的電磁機構(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固定軸轉(zhuǎn)動，則電磁機構(gòu)的基本特性是使街鐵轉(zhuǎn)動的電磁力矩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機械特性： 電磁機構(gòu)的銜鐵在運動過程中是克服機械負載的阻力而作功的，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)吸引特性和動態(tài)特性n各種內(nèi)銜鐵式電磁機構(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動態(tài)特性： 電磁機構(gòu)的動態(tài)特性是指其勵磁電流i、磁通、磁鏈、電磁吸力F，、銜鐵運動速度v等參數(shù)在銜鐵吸合(向鐵心運動)或釋放(離開鐵心)過程中，與銜鐵位移x或時間t之間的關(guān)系，以及銜鐵位移與時間的關(guān)系。電器原理與應(yīng)用PPT課件二、機械特性n電磁機構(gòu)的機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械特性。機械特性是電

4、磁機構(gòu)的負載特性，但電磁機構(gòu)的設(shè)計是以此為依據(jù)依據(jù)的，所以將它作為電磁機構(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，其最大特點是具有比其他材料高數(shù)百至數(shù)萬倍的磁導(dǎo)率，同時其磁感應(yīng)強度與磁場強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，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，它們便整個地轉(zhuǎn)向，使磁性材料強烈磁化。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。若溫度超過此值，磁性材料便會因磁疇消失而變成順磁性材料。居里點之值因材料不同而異，例如，鐵的居里點為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磁性材料的工作溫度不允許接近其居里點。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，使磁場強度H由零逐漸增大，磁感應(yīng)強度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的外磁場，而u值卻在減小。在c點以后，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，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點開始退磁、即減小磁場強度，由于過

7、程是不可逆的， B值將沿ce段變化。對應(yīng)c點的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(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f的磁磁場強度稱為場強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點達到反向飽和。從這一點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還會沿km段變化到等于零，這時的磁場強度從亦稱為矯頑力。進一步增大正向磁場， B值又從零開始增大，并在c點達到飽和。原則上說，

8、 c、c，兩點并不重合，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在實際工作時，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際計算。在計算中所用的磁化曲線是由許多不飽和對稱磁滯回線頂點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算和交流磁路計算.電器原理與應(yīng)用PPT課件三、鐵損和損耗曲線n交流勵磁時，

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。此損耗與勵磁電流的頻率有關(guān)。當(dāng)頻率增大時，磁滯回線變寬，象征著磁滯損耗增大;同時，由于感應(yīng)電動勢增大，渦流損耗也將增大。鐵損還與磁感應(yīng)強度有關(guān)，磁感應(yīng)強度越大，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)進行計算。此曲線將鐵損表示為磁感應(yīng)強度和頻率的函數(shù)，而且是單位質(zhì)量材料的鐵損。由于曲線得自實驗，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時電磁吸力的瞬時值。若銜鐵移動非常迅速，以致反電動勢與電源電壓相當(dāng)，則可認為電磁機構(gòu)是工作于另一種特殊狀態(tài)，即 = const的狀態(tài)。在這種場合，勵磁電流i由I1減至I2。銜鐵在移動過程中完成的機械功Wm正比于電磁機構(gòu)所貯磁能的增量(負值)-面積A2=(AI +A2) - AI。顯然，在 = const的條件下，銜鐵所受電磁力的瞬時值上式中的負號說明在 = const時，電磁機構(gòu)來自電源取得能量，銜鐵作機械功必然要以其磁能之減少為代價。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、麥克斯韋電磁力計算公式二、麥克斯韋電磁力計算公式麥克斯韋電磁力計算公式麥克斯韋電磁力計