电磁机构理论概述课件.ppt

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1、电器学第六讲电磁机构理论8/31/20211概述电磁机构构成：磁系统＋励磁线圈磁系统：磁导体＋气隙作用输入：电测量元件驱动机构：能量转换灭弧装置的磁吹源独立设备或元件自动储能机构、电磁离合器等牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁等能量过程做功：电——磁——力——功和机械能控制：电——磁——力——指令磁性材料及其基本特性，设计方法8/31/202121、电磁结构的种类和特性分类励磁电流直流、交流（单相、三相）；励磁方式并励、串励、永久磁铁、交直流同时磁化；结构形式内衔铁图3－1——动铁心在线圈中外衔铁图3－2——动铁心在线圈外运动方式直动式、转动

2、式8/31/202131、电磁结构的种类和特性基本特性能量转变：电能－力和机械功(静态)吸力特性F＝f(δ)或者M＝f(a)此时是假定衔铁运动无限缓慢得到的特性动态吸力特性考虑运动过程的时间轴机械特性/反力特性反作用力：衔铁运动时所克服的机械负载的阻力FrFr＝f(δ)8/31/202141、电磁结构的种类和特性一、各类（静态）吸引特性图3－1注意：止座结构对吸力特性的影响图3－2静态吸力特性的成立条件电路参数始终保持不变或者运动过程无限慢吸力特性与能量特性P70衔铁的运动实质就是其做功的过程8/31/20215动态特性分析电流、磁通、磁链、

3、吸力、速度等与气隙或时间之间的关系电磁系统的工作循环参考：图3－3电流：Ic、Iw、Ib动作过程——对应td＝tc＋tx触动阶段——对应tc尚未克服反作用力吸合运动阶段——对应tx吸力大于反作用力或者吸力总功大于反作用力总功释放过程开释阶段：吸力大于反作用力返回运动阶段：吸力小于反作用力8/31/202161、电磁结构的种类和特性机械特性/反力特性本质：负载特性与吸力特性的统一衔铁的吸合：电磁吸力为主释放和复合：反作用力为主参考图3－48/31/202172、磁性材料及其基本特性常用(铁)磁性材料铁、镍、钴、钇合金特点：磁导率为真空的几百甚至

4、几千倍顺磁性材料空气、铝等：磁导率比真空略大逆磁性材料氢、铜等：磁导率略小于真空(铁)磁性材料特点：磁导率高或极高非线性磁特性：磁感应强度B和磁场强度H8/31/20218电磁学回顾磁感应强度B（T）因材料而异：磁导率单位H/m＝与其垂直的单位电流元所受的力毕奥－沙伐尔定律磁场强度H（A/m）毕奥－沙伐尔定律磁场计算以H计算较为方便磁压降(磁路的欧姆定律)：安培(全电流)定律：磁通计算：磁场强度H的含义：单位长度磁路上消耗的磁势单位长度磁路上的磁压降8/31/202192、磁性材料及其基本特性（P71）磁畴铁磁物质内部磁场范围的相对独立的天然

5、磁化区排列杂乱以致总体对外呈无磁性外界磁场作用下形成一致对外磁性——否则无磁性可磁化至饱和状态各向异性：图3－5磁化的方向性居里点临界温度值磁性材料在此温度或以上，磁畴消失，变为顺磁材料8/31/2021102）磁化曲线和磁滞回线原始/起始磁化曲线磁性材料去磁后，H逐步增大，B也逐步增大的曲线图3－6中的oc段膝点a和oa段磁化通过磁畴界壁转移进行不消耗能量，过程可逆磁导率μ为常数，且与磁场强度H无关(B＝μH)膝部ab段大部分磁畴趋向外磁场方向消耗能量，过程不可逆巴克豪森效应磁化呈阶梯现象磁畴突然转向产生感应电动势，出现响声μ特别大：较小的

6、外磁场变化可导致较大的磁感应某处出现磁导率的最大值μmax8/31/2021112）磁化曲线和磁滞回线饱和段bc未转向磁畴很少需要消耗更多能量和更强的外磁场磁导率μ减小饱和状态c点及以后所有磁畴方向与外磁场一致——饱和磁导率接近真空过程可逆8/31/2021122）磁化曲线和磁滞回线原始磁化曲线去磁的磁性材料磁化过程图3－6中的oc段（过程不可逆）此时，逆向的H变化会使B沿ce曲线变动磁滞回线图3－6中的基本闭合的外围曲线、图3－7多次重复后，达到稳定状态的磁化过程磁滞：B的变化总迟于H主要特征参数饱和磁感应Bs（c点）剩磁（e、k点）：H＝

7、0时的磁感应强度B矫顽力（f、m点）：B＝0时的磁场强度H8/31/2021132）磁化曲线和磁滞回线注意：交流磁化曲线和直流磁化曲线不同交流磁滞回线和直流磁滞回线不同P73实际使用的磁化曲线——基本/平均磁化曲线图3－7若干不饱和对称磁滞回线顶点连接而成原始/起始磁化曲线仅是实验室状态下的曲线注意：任一种磁性材料的磁化曲线均因工艺、结构、工作环境而不同，没有固定的函数关系8/31/2021143）铁损和损耗曲线铁损因磁滞和涡流现象导致的功率损耗正比于：磁通密度的平方正比于：磁通交变频率的1.2~1.3次方（磁滞回线变宽）涡流：感应电流围绕磁

8、通呈现的旋涡状流动磁滞损耗外加交变磁场作用造成与励磁电流的频率和磁滞回线的面积成正比铜耗焦耳热的反应，如铜等损耗曲线图3－8铁损与磁感应强度和频率的函数实验曲线8/