電磁與電動(dòng)器件課件

15.1磁路與變壓器

15.2機(jī)電能量變換與電動(dòng)機(jī)分類

15.3三相異步電動(dòng)機(jī)

15.4單相異步電動(dòng)機(jī)

15.9電磁式低壓電器第十五章電磁與電動(dòng)器件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(chǎng)問題，因此磁場(chǎng)的各個(gè)基本物理量也適合磁路。B、H、2．磁路主要是由具有良好導(dǎo)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(yīng)用實(shí)例討論變壓器和電磁鐵。4．分析與計(jì)算磁路的基本方法。磁化過程相當(dāng)復(fù)雜并具有明顯的非線性一、磁路勵(lì)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(jī)銜鐵特點(diǎn)：1.電激磁2.主要由規(guī)則材料構(gòu)成(103)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(dǎo)磁性導(dǎo)磁非線性(均勻磁場(chǎng))BrHc二、安培環(huán)路定律對(duì)于一般環(huán)路：對(duì)于線圈：材料一樣、面積一樣1.若磁路是由若干段均勻磁場(chǎng)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(shí),電流取正（均勻磁路）（非線性）電阻公式f2.磁路歐姆定律---磁動(dòng)勢(shì)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(duì)有分支磁路）2.交流勵(lì)磁1)．恒磁通特性達(dá)到電平衡。fiNu_+e+_忽略R，則有

N一定，f一定，當(dāng)U一定時(shí)，fm一定電激磁，磁影響電faaabbbcccdddeee受到反作用的電流i為非正弦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(yàn)公式，與材料特性有關(guān)）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(jí)）副邊（次級(jí)）e2

+_u2_+i22.變壓比(電壓變換)利用電磁感應(yīng)作用傳遞交流電能和信號(hào)可變換電壓、電流、阻抗鐵心+繞組（2個(gè)以上，N不同）3.變流比磁勢(shì)平衡方程式：其相量形式:變壓器中電流的大小由負(fù)載確定ZLSN11243N2u1_+

e1

+_

i1

原邊副邊e2

+_u2_+i24.阻抗比_+_+_+通過變壓器的變換阻抗的作用,可實(shí)現(xiàn)“阻抗匹配”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(yùn)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!6.變壓器的運(yùn)行特性1.U2隨負(fù)載I2的增大而降低理想變壓器U20實(shí)際變壓器電壓調(diào)整率8.0cos2=j(容性)1cos2=j8.0cos2=j(感性)(阻性)2INI202U2U2.

功率與效率P1=P2+PFe+PCu副邊開路1)功率U1=U1N時(shí)，測(cè)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(fù)載無關(guān)，可看為常數(shù)2)效率

PCu=PFe時(shí)，max2Imaxhh3)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)=+15.2機(jī)電能量變換與電動(dòng)機(jī)分類動(dòng)力電動(dòng)機(jī)控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)交流直流同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)三相單相有刷電動(dòng)機(jī)無刷電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)測(cè)速電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)直線交流直流同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)功能工作方式電源方式轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)關(guān)系√√脈沖電動(dòng)機(jī)，將輸入脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移（或直線位移）具有服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作的職能交流直流15.3三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)直流交流單相三相異步機(jī)同步機(jī)電機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)電能)(機(jī)械能機(jī)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(chǎng)與軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系15.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)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(fù)雜組合對(duì)稱的三相繞組接線盒“△”型連接“Y”型連接W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2U1U2V1W1V2W2接線方式閉合，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(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向相同。切割磁力線e=BlvSN

n1Fn15.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理F一、工作原理U1W2W1V2V1U2二、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與對(duì)稱三相電流的相序一致U1U2W2W1V2V1iiBiCiA0(iA)(iB)(iC)n1怎樣實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)(逆時(shí)針方向)?任意兩接線端換位3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n1

n1決定于磁場(chǎng)的極數(shù)極數(shù)與三相繞組的安排有關(guān)1)當(dāng)磁極對(duì)數(shù)

p=1時(shí)，n1=60f1?U1U2U1/U2/V1V2V1/V2/W1W2W1/W2/iiBiCiA0串聯(lián):U1U2U1/U2/V1V2V1/V2/W1W2W1/W2/NSNSSSNN2)當(dāng)磁極對(duì)數(shù)

p=2時(shí)n1，n1=60f1/23)n1與磁極對(duì)數(shù)p的關(guān)系三、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率s1.n<n12.

轉(zhuǎn)差率特點(diǎn)：啟動(dòng)或堵轉(zhuǎn)(電機(jī)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=115.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)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=sE201.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(dòng)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二、異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(TL)n=f(T)0Ts1n0n1TstTm0n1nT90T:電磁轉(zhuǎn)矩TL:負(fù)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A點(diǎn)：B點(diǎn)：B點(diǎn)：A點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)機(jī)械特性曲線

n=f(T)TstTm0n1nTTLABB點(diǎn)為不穩(wěn)定點(diǎn)1.運(yùn)行工作點(diǎn)T

=TL

達(dá)到力學(xué)平衡(A、B兩點(diǎn))2.工作點(diǎn)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(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)A點(diǎn)：3.額定轉(zhuǎn)矩T:N.m,P:W,n:r/min4.機(jī)械過載能力一般1.8~2.25.起動(dòng)能力一般1.4~2.2機(jī)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/min15.3.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、全壓起動(dòng)(直接起動(dòng))機(jī)械條件:通電電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速逐漸上升直至穩(wěn)定運(yùn)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(chǎng)間相對(duì)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(fù)載的正常工作起動(dòng)時(shí)間短，不會(huì)造成熱量積累電源電器條件:不需要頻繁起動(dòng)若不滿足二、降壓起動(dòng)1.“Ｙ-△”換接起動(dòng)法

2.自耦降壓起動(dòng)1)抽頭k=73%、64%或55%電動(dòng)機(jī)電源根據(jù)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求而選用2)

3.軟起動(dòng)法1)限流起動(dòng)模式2)限壓起動(dòng)模式電動(dòng)機(jī)按用戶期望的起動(dòng)特性完成起動(dòng)過程軟起動(dòng)器M3~UVWL1L2L3ILIm1Im2It0Ut0UNU0t1三、

繞線型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法0Tnn1適用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械起重機(jī)例如:起重機(jī)1.2.一、變極對(duì)數(shù)調(diào)速NSNSU1U2U1U2U1U2p=2p=1NSU1U2特點(diǎn):

有級(jí)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(fù)載下得到不同的轉(zhuǎn)速改變電源頻率f1、極對(duì)數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s15.3.6三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速雙速電機(jī)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(dòng)機(jī)R2'R20Tnn1三、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(jī)械特性相互平行2)恒功率P2

不變機(jī)械特性變軟

無級(jí)調(diào)速,便于自動(dòng)控制

節(jié)能變頻調(diào)速特點(diǎn):15.3.7三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)及工作效率一、銘牌數(shù)據(jù)類型代號(hào)結(jié)構(gòu)--極數(shù)PN：電動(dòng)機(jī)工作在額定條件下輸出的機(jī)械功率工作頻率f1N定子繞組上應(yīng)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二、運(yùn)行特性n1n1I1T在U1N

、f1N條件下，I1、

1

、、n、T與輸出機(jī)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

ne2I2I111.

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1與磁極對(duì)數(shù)p的關(guān)系2.電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nn<n1,3.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率f2小結(jié)轉(zhuǎn)差旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向一致，取決于電源相序4.電磁轉(zhuǎn)矩T5.額定轉(zhuǎn)矩TNT:N.m,P:kW,n:r/min6.功率7.起動(dòng)1）“Ｙ-△”變換起動(dòng)法2）自耦降壓起動(dòng)3）繞線型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法可以滿載起動(dòng)只能輕載或空載起動(dòng)8.調(diào)速1）變極對(duì)數(shù)調(diào)速2）變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速3）變頻調(diào)速二、工作原理產(chǎn)生交變脈動(dòng)磁場(chǎng)分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)15.4單相異步電動(dòng)機(jī)由單相電源供電的異步電動(dòng)機(jī)一、單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)1.定子繞組：一個(gè)或多個(gè)繞組2.轉(zhuǎn)子繞組：鼠籠式大小、方向隨時(shí)間正弦變化位置固定i0三、機(jī)械特性結(jié)論：1）電動(dòng)機(jī)無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩2）一經(jīng)起動(dòng)，就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)而且不致停止T01sT

0s22TT四、產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的措施1．電容分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)定子繞組分為繞組W2為起動(dòng)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(chǎng)的產(chǎn)生2．罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)五、三相異步電動(dòng)機(jī)與單相異步電動(dòng)機(jī)~~15.9電磁式低壓電器DC:1200V以下AC:1500V以下低壓電器:能手動(dòng)或自動(dòng)分合低壓電路,可實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的控制,調(diào)節(jié),變換,檢測(cè),保護(hù)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)化電器一.電磁式低壓電器的主要電磁機(jī)構(gòu)吸引線圈(勵(lì)磁線圈)磁路:鐵心,鐵軛,銜鐵,空氣隙吸引線圈銜鐵運(yùn)動(dòng)觸頭的斷開或閉合U/E型銜鐵:沿棱角運(yùn)動(dòng)沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)沿直線運(yùn)動(dòng)電磁鐵勵(lì)磁線圈、鐵心、銜鐵動(dòng)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(dòng)，與銜鐵的位置無關(guān)空氣隙兩級(jí)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)二.電器控制概述1.控制分類1)按控制動(dòng)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(cè)(電機(jī))自耦變壓器U1U23)按控制手段手動(dòng)自動(dòng)4)按控制距離就地遠(yuǎn)程2.繼電接觸器控制主電路控制電路用電設(shè)備主令電器接觸器/繼電器(大電流)手動(dòng)電器(小電流)(溫度)(時(shí)間)三.開關(guān)電器直接由人力推動(dòng)使電路接通或斷開1．刀開關(guān)(刀閘)作用：使電器設(shè)備通電與斷開QS電源用戶QSQS2.轉(zhuǎn)換開關(guān)(SR)靜觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)(QS)轉(zhuǎn)換手柄3.自動(dòng)空氣斷路器(自動(dòng)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(fù)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(hù)三相自動(dòng)空氣開關(guān)單相自動(dòng)空氣開關(guān)3)作用：接通或斷開控制電路1.按鈕1)原理：2)圖形符號(hào)及文字符號(hào)：四.主令電器復(fù)合按鈕單按鈕動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)斷觸點(diǎn)SB2.行程開關(guān)1)原理：觸桿動(dòng)斷觸點(diǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)2)圖形符號(hào)及文字符號(hào)：電器符號(hào)ST動(dòng)斷觸點(diǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)機(jī)械符號(hào)