电磁机构理论概述PPT课件

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
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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
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动态特性分析
电流、磁通、磁链、吸力、速度等与气隙或时间之间 的关系
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
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3）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：感应电流围绕磁通呈现的旋涡状流动
磁滞损耗
电器学
第六讲 电磁机构理论
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
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1、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Fr
Fr＝f(δ)
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1、电磁结构的种类和特性
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2、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
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剩磁（e、k点）：H＝0时的磁感应强度B
02.12.2020 矫顽力（f、m点）：B＝0时的磁场强度H
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2）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
矫顽力大，达数十万A/m 磁滞回线较宽 最大磁能积（BH ）大 可制作永磁铁
经适当充磁后，能长久保持较强的磁性
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软磁材料种类
电工纯铁
电解铁、羊炭基铁、工程纯铁 仅作为直流电磁机构的磁导体
硅钢
硅元素的作用：P73 适用于：交流电磁机构
高磁导率合金
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μmax
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2）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
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
02.12.2020 实验曲线
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4） (铁)磁性材料
软磁材料
矫顽力小，小到百分之几A/m 磁滞回线较窄 磁导率不高，剩磁也不大——磁滞现象不明显
硬磁材料
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1、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3－4
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2、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几千倍
顺磁性材料
空气、铝等：磁导率比真空略大
4 B H
dl r0 l r2 H I
4
dl r0 l r2
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)：
b
Uab
Hdl
a
安培(全电流)定律：
i l Hdl
磁通计算：
BA BdA
磁场强度H的含义：
单位长度磁路上消耗的磁势
02.12.2020 单位长度磁路上的磁压降
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H
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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源自文库A/m）
FI(dlB)
B 0I
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2）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）
02.12.20磁20 性材料及其基本特性，设计方法
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1、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、转动式
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2）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