《电器原理与应用》PPT课件

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1、第三章电磁机构理论电磁机构由磁系统和励磁线圈组成，它广泛用于电器中作为电器的感测元件(接受输入信号)、驱动机构(实行能量转换)以及灭弧装置的磁吹源。它既可以单独成为一类电器，诸如牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁和电磁离合器等;也可作为电器的部件，如各种电磁开关电器和电磁脱扣器的感测部件、电磁操动机构的执行部件。电磁机构的磁系统包含由磁性材料制成的磁导体和各种气隙。当励磁线圈从电源吸取能量后，其周围空间内就建立了磁场，使磁导体磁化，产生电磁吸力，吸引磁导体中的衔铁，借其运动输出机械功，以达到某些预定目的。因此，电磁机构兼具能量转换和控制两方面的作用本章主要讨论各种电磁

2、机构的计算方法、特性以及它们的简单设计方法。第一节电磁机构的种类和特性电磁机构分类：按励磁电流种类直流交流按励磁方式并励串励内衔铁按结构形式外衔铁线圈与控制电源并联线圈与负载串联衔铁可伸入线圈内腔衔铁只能在线圈外运动静态吸引特性:作为借电磁力吸引衔铁使之运动作功的电磁机构，电磁力F与衔铁位移x或工作气隙δ的关系F=f(δ)，或如果衔铁是绕某个固定轴转动，则电磁机构的基本特性是使街铁转动的电磁力矩M与衔铁的角位移α之间的关系M=f(α)。这类特性称为吸引特性或吸力特性。即静态吸引特性。机械特性：电磁机构的衔铁在运动过程中是克服机械负载的阻力而作功的，习惯上把这种阻力称为

3、反作用力，并以Fr表示。反作用力与工作气隙的关系Fr=f(δ)称为机械特性或反力特性。一、静态吸引特性和动态特性各种内衔铁式电磁机构的结构和吸引特性：各种外衔铁式电磁机构的结构和吸引特性：动态特性：电磁机构的动态特性是指其励磁电流i、磁通φ、磁链ψ、电磁吸力F，、衔铁运动速度v等参数在衔铁吸合(向铁心运动)或释放(离开铁心)过程中，与衔铁位移x或时间t之间的关系，以及衔铁位移与时间的关系。二、机械特性电磁机构的机械特性因其控制对象而异。图3-4所示就是几种典型的机械特性。机械特性是电磁机构的负载特性，但电磁机构的设计是以此为依据依据的，所以将它作为电磁机构的一种特性来

4、处理。第二节磁性材料及其基本特性磁性材料是具有铁磁性质的材料，它包含铁、镍、钴、钆等元素以及它们的合金，其最大特点是具有比其他材料高数百至数万倍的磁导率，同时其磁感应强度与磁场强度之间存在着非常复杂的非线性关系。一、磁畴、各向异性和居里点磁性材料内部有许多小区域一磁畴，它们能自发地磁化到饱和状态。无外界磁场时，磁畴的磁场因排列杂乱无章而对外不显磁性。一旦有了外界磁场，它们便整个地转向，使磁性材料强烈磁化。铁磁物质单晶的磁化呈各向异性性质。以铁的单晶体为例，它沿侧面100方向甚易磁化，沿平面对角线110方向磁化就困难些，沿立体对角线111方向则很难磁化(图3-5)。各种

5、磁性材料都各有一临界温度值一居里点。若温度超过此值，磁性材料便会因磁畴消失而变成顺磁性材料。居里点之值因材料不同而异，例如，铁的居里点为770度、钴的为1120度，镍的为358度。磁性材料的工作温度不允许接近其居里点。二、磁化曲线与磁滞回线若将磁性材料去磁后，置于外磁场的作用下，使磁场强度H由零逐渐增大，磁感应强度B也自零开始增大。在oa段，磁化是通过磁畴界壁转移而进行，使顺外磁场方向者增多，逆此方向者减少。由于此阶段磁化不消耗能量，故过程是可逆的，而且B与H成正比，也即u=const并与H无关。在ab段，磁化是通过磁畴的磁化方向突然作90度的转变而进行，所以要消耗一

6、定的能量，过程为不可逆。由于此刻磁畴方向变化突然，磁磁化让线上升不平滑，呈阶梯现象。到bc段，磁畴均已从容易磁化的方向转向较难的方向，所以需要消耗更多的能量和很强的外磁场，而u值却在减小。在c点以后，所有磁畴的磁化方向已转到与外磁场一致，也即到了饱和状态。这时，B随H的变化已与真空中相近，而过程又是可逆的。以去磁的磁性材料磁化所得的B=f(H)曲线称为起始磁化曲线。自此曲线开始饱和的c点开始退磁、即减小磁场强度，由于过程是不可逆的，B值将沿ce段变化。对应c点的B值以Bs表示，称为饱和磁感应;对应e点(H值已减小到零)的B值以Br表示，称为剩余感应。欲使B值减小到零，

7、就需要施加反向磁场，而B值将沿ef段变化。对应于B=0这一点f的磁场强度称为矫顽力-Hc。Bs值、Br值以及-Hc值是磁性材料的主要特征参数。继续增大反向磁场，B将沿fg段变化，并在g点达到反向饱和。从这一点起逐渐减小反向磁场到它等于零，B就沿km段变化到-Br’、再加正向磁场，B还会沿km段变化到等于零，这时的磁场强度从亦称为矫顽力。进一步增大正向磁场，B值又从零开始增大，并在c‘点达到饱和。原则上说，c、c’，两点并不重合，而且Br≠一Br，-Hc≠Hc。但多次重复上述过程即可得到一个基本上闭合的曲线，它称为磁滞回线。在实际工作时，磁导体并非自去