《電磁與電動器》課件

電磁與電動器什么是電磁磁性磁鐵具有吸引鐵、鈷、鎳等金屬的性質，這種性質稱為磁性。磁場磁鐵周圍存在著一種看不見摸不著的物質，稱為磁場，磁場具有力的作用。電磁電磁是指電與磁之間的相互作用，電流可以產生磁場，磁場也能對電流產生力的作用。磁場的基本概念磁場是由運動電荷或電流產生的空間區(qū)域。磁場具有方向性，可以影響其他運動電荷或電流。磁場的大小和方向可以用磁場強度和磁感應強度來描述。磁場強度表示磁場的強弱，磁感應強度表示磁場對運動電荷的作用力。電流產生磁場1奧斯特實驗1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流能夠產生磁場，這個發(fā)現(xiàn)揭示了電和磁之間的聯(lián)系。2安培定律安培定律描述了電流與磁場之間的定量關系，是電磁學的基本定律之一。3右手螺旋定則右手螺旋定則可以用來判斷電流方向和磁場方向之間的關系。磁場的幾何形狀磁場可以用磁力線來描述。磁力線是磁場中假想的曲線，其方向在每一點都與該點的磁場方向一致。磁力線的疏密程度表示磁場的強弱，磁力線越密，磁場越強。磁力線永遠不會相交。常見的磁場形狀包括：直線形磁場、圓形磁場、環(huán)形磁場、蹄形磁場、電磁鐵磁場等。這些磁場形狀的形成與電流的形狀、方向以及磁性材料的形狀等因素有關。電流通過磁場的力1安培力電流通過磁場，會受到磁場力的作用，這個力叫做安培力。2方向安培力的方向垂直于電流方向和磁場方向。3大小安培力的大小與電流、磁場強度和導體長度成正比。法拉第電磁感應定律1磁通量變化當穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，電路中就會產生感應電動勢。2感應電動勢方向感應電動勢的方向由楞次定律決定，即感應電流的方向總是阻礙產生它的磁通量的變化。3定律表達式感應電動勢的大小與磁通量變化率成正比，即E=-dΦ/dt。其中，Φ為磁通量，t為時間。感應電動勢的定性解釋當導體在磁場中運動或磁場發(fā)生變化時，導體內會產生感應電動勢，這種現(xiàn)象被稱為電磁感應。感應電動勢的方向可以用楞次定律來判斷，即感應電流產生的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通變化。例如，當導體在磁場中運動時，導體切割磁力線，產生感應電流，而感應電流產生的磁場會阻礙導體的運動。感應電動勢的大小取決于磁通變化率，即磁場變化的速度和變化量。感應電動勢的定量關系1法拉第定律感應電動勢的大小與穿過閉合電路磁通量的變化率成正比，方向符合楞次定律2磁通量變化磁通量變化可以是磁場強度變化、面積變化或相對位置變化3楞次定律感應電流產生的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化自感應與互感應自感應當線圈中的電流發(fā)生變化時，線圈本身會產生感應電動勢，這個現(xiàn)象稱為自感應?；ジ袘斠粋€線圈中的電流發(fā)生變化時，在另一個靠近的線圈中會產生感應電動勢，這個現(xiàn)象稱為互感應。自感應電動勢1定義線圈中電流變化時，線圈本身產生的磁通量也會變化，從而在線圈中產生感應電動勢。2方向楞次定律：感應電動勢的方向總是阻礙引起它的電流的變化。3大小與線圈匝數(shù)、磁通量變化率成正比?；ジ袘妱觿莼驹懋斠粋€線圈中的電流發(fā)生變化時，會產生變化的磁場，該磁場也會穿過另一個線圈，從而在另一個線圈中感應出電動勢，這就是互感應現(xiàn)象。影響因素互感應電動勢的大小與兩個線圈之間的耦合系數(shù)、電流變化率和線圈匝數(shù)有關。應用互感應在變壓器、傳感器和無線充電等領域有著廣泛的應用。變壓器的原理變壓器是一種利用電磁感應原理將交流電壓變換為另一種交流電壓的靜止電氣設備。它由鐵芯、初級繞組和次級繞組組成。當交流電流通過初級繞組時，會產生變化的磁場。該磁場穿過次級繞組，在次級繞組中感應出交流電動勢。由于初級和次級繞組的匝數(shù)不同，因此感應出的電壓也隨之改變。變壓器是電力系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，用于電壓變換、阻抗匹配等，例如：在發(fā)電廠中，變壓器將發(fā)電機輸出的低壓交流電升壓到高壓，以便遠距離輸送電力；在用戶端，變壓器將高壓交流電降壓到低壓，供用戶使用。變壓器的工作特性電壓比變壓器的電壓比是指變壓器次級繞組的電壓與初級繞組的電壓之比，是變壓器的一個重要參數(shù)。電流比變壓器的電流比是指變壓器初級繞組的電流與次級繞組的電流之比，與電壓比成反比。效率變壓器的效率是指變壓器輸出功率與輸入功率之比，通常用百分比表示。損耗變壓器的損耗包括銅損和鐵損，銅損是由于繞組電阻產生的損耗，鐵損是由于鐵芯磁化產生的損耗。交流電動機的基本原理1電磁感應交流電通過線圈產生旋轉磁場2磁場交互旋轉磁場與轉子磁場相互作用產生力矩3轉子旋轉力矩驅動轉子旋轉，將電能轉化為機械能直流電動機的基本原理1磁場2電樞3電流步進電動機的基本原理1脈沖控制步進電機通過接收脈沖信號來控制轉子旋轉的步長，每個脈沖對應一個固定的角度轉動。2多極結構步進電機的轉子通常有多個極，每個極對應一個線圈，通過改變線圈的電流方向來控制磁場方向，進而驅動轉子旋轉。3步進角步進角是指轉子每接收一個脈沖信號旋轉的角度，步進角越小，轉動的精度越高。電動機的種類與特點直流電動機結構簡單，控制方便，可實現(xiàn)平滑調速。交流電動機結構緊湊，運行穩(wěn)定，效率較高。步進電動機可實現(xiàn)精確控制，適用于步進運動。電動機運行的基本特征轉速電動機轉速是電動機運行的重要指標，它反映了電動機的輸出功率。轉矩轉矩是指電動機輸出的扭力，它反映了電動機克服負載的能力。效率效率是指電動機輸出功率與輸入功率之比，它反映了電動機能量轉換的效率。功率因數(shù)功率因數(shù)是指電動機有功功率與視在功率之比，它反映了電動機對電網功率的利用率。電動機的啟動與調速直接啟動直接將電動機接入電源，是最簡單的啟動方式，適用于負載較輕的場合。軟啟動通過控制電流逐漸增加，以減小啟動電流和沖擊，適用于負載較重的場合。變頻調速通過改變電源頻率來控制電動機的轉速，適用于需要精確調速的場合。電動機的效率與損耗效率定義電動機效率電動機輸出機械功率與輸入電功率之比損耗電動機工作中產生的能量損失電動機的熱特性溫度升高電動機運行時，由于電流通過繞組產生熱量，導致溫度升高。溫升限制溫度升高會影響絕緣材料的性能，因此需要對溫升進行限制。散熱方式常用的散熱方式包括自然冷卻、風冷和水冷等。電動機的機械特性轉速-轉矩特性描述電動機在不同負載下轉速的變化情況。啟動特性反映電動機啟動時的轉矩和電流變化。調速特性反映電動機在不同負載下調速能力的變化情況。制動特性描述電動機在制動時的轉矩和電流變化。電動機的選型與應用考慮因素功率、電壓、轉速、效率、尺寸、重量、噪音等應用場景工業(yè)生產、家用電器、交通工具等電動機控制系統(tǒng)的組成控制器控制電動機的運行狀態(tài)，包括啟動、停止、速度控制、方向控制等。傳感器監(jiān)測電動機的運行參數(shù)，如電流、電壓、速度、位置等，反饋給控制器。執(zhí)行機構接受控制器的指令，驅動負載進行工作，如機械設備的轉動、液體的輸送等。電動機控制系統(tǒng)的工作原理1信號輸入控制系統(tǒng)接收來自控制器的指令信號，例如啟動、停止、速度設定等。2信號處理控制系統(tǒng)根據(jù)輸入信號進行處理，例如將速度設定值轉換為相應的電壓或電流信號。3執(zhí)行控制控制系統(tǒng)根據(jù)處理后的信號控制電動機，例如改變電壓、電流或頻率來控制電動機的速度或轉矩。4反饋調節(jié)控制系統(tǒng)通過傳感器獲取電動機的實際運行狀態(tài)，例如速度、電流等，并將其反饋回控制系統(tǒng)進行比較和調節(jié)。電動機控制系統(tǒng)的調試與維護系統(tǒng)調試對電動機控制系統(tǒng)進行全面的測試和調整，確保其符合設計要求和安全標準。定期維護根據(jù)使用頻率和環(huán)境條件，定期檢查和維護系統(tǒng)各部件，及時更換磨損或損壞的部件。故障排除當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，需要及時進行分析和診斷，并采取措施進行維修或更換。記錄管理對系統(tǒng)的調試、維護和故障處理進行詳細記錄，方便追溯問題和優(yōu)化維護策略。電動機安全使用和保護安全使用選擇合適的電動機，并定期維護以確保安全運行。定期檢查電動機的絕緣，確保沒有破損或老化。保護措施安裝過載保護裝置，防止電動機過載運行。安裝短路保護裝置，防止電動機短路燒毀。電動器技術的發(fā)展趨勢效率提升更高效的電機設計和材料，降低能耗，提升節(jié)能效