《电磁感应原理及应用(2015内部培训第二讲)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁感应原理及应用(2015内部培训第二讲)（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电磁感应原理及应用,VFE,电磁现象 电机原理 变压器原理 互感器 电机小知识,目录 CONTENTS,电磁现象 奥斯特、法拉第、安培,1,VFE,电磁现象,1,电生磁,1820年，奥斯特（丹麦）发现了电流磁效应现象，即：电生磁现象,电磁现象,1,电生磁,N=LI,磁通,电感,电流,匝数,电磁现象,1,电生磁,均匀变化的电场产生_的磁场； 直流电流产生_磁场； 正弦变化的电场产生_的磁场； 正弦电流产生_磁场。,变化的电场产生磁场；,电磁现象,电可以生磁，那么，磁能否生电呢？,电磁现象,2,磁生电,1821年，在奥斯特发现电流磁效应之后，法拉第（英国）作出“磁生电”的大胆预测，经过10年努力，
2、终于于1831年发现了电磁感应现象，开启了人类的电气化时代！,电磁现象,E=-n(/t),感应电动势,线圈匝数,磁通,时间,2,磁生电,电磁感应定律,电磁现象,2,磁生电,穿过闭合回路的磁通量发生变化产生感生电动势 导体切割磁力线产生动生电动势,变化的磁场产生电场；,均匀变化的磁场产生_的电场； 正弦变化的磁场产生_的电场。,电磁现象,3,安培力,（法国）安培发现： 载流导体在磁场中受到力的作用， 力与磁场及电流的方向符合左手定则,F=ILBsin,变压器原理 磁通、电压、电流,2,VFE,变压器,1,变压器原理,重要公式：,变压器,1,变压器原理,重要公式：,应用：电压变换,变压器,1,变压
3、器原理,重要公式：,应用：电流变换,变压器,1,变压器原理,重要公式：,应用：阻抗变换,变压器,1,变压器原理,重要公式：,变压器,2,变压器小知识,变压器的磁通由电压决定还是由电流决定？,变压器,2,变压器小知识,变压器的空载电流波形为何不是正弦波？,变压器,2,变压器小知识,变压器的空载电流波形呈现尖顶波,变压器,2,变压器小知识,变压器的负载运行与空载运行为何电流波形不同？,变压器,2,变压器的铁损和铜损,变压器的铁损决定于磁通的大小，变压器的磁通取决于一次电压，与负载无关。,变压器空载运行时，二次开路，无损耗，一次电流很小，铜损可忽略不计，因此， 变压器空载输入功率变压器铁损,变压器的
4、损耗主要包括铁损和铜损。,变压器,2,变压器的铁损和铜损,变压器的一次和二次绕组中都有一定的电阻，当电流流过绕组时，就要产生损耗，称为铜损或I2R损耗。 铜损一般通过短路试验获取。短路试验方法如下： 将变压器高压侧短路，低压侧从零开始加电压，逐渐加到低压侧电流为额定电流。此时低压侧所加电压与额定电压之比的百分数称为短路阻抗，也称阻抗电压。 变压器短路试验时，绕组两端电压（短路阻抗）很低，因此，铁损很小，变压器的输入功率主要为铜损。 获取铜损及短路阻抗是变压器短路试验的主要目的。,更多相关知识请阅读“变压器的损耗和效率”,变压器,2,变压器小知识,判断题： 变压器短路试验时，短路电流远远大于额定
5、电流,变压器,2,变压器的空载试验功率因数,为什么变压器空载运行的功率因数很低？,变压器,2,变压器的短路试验功率因数,电力变压器的短路试验功率因数非常低！,某些大型电力变压器短路阻抗较高，约为左右，也就是说，短路试验时，视在功率约为额定容量的。而变压器的额定铜损非常小，也就是短路试验的有功功率非常小，即：功率因数非常低。事实上， GB/T6451-2008油浸式电力变压器的技术参数规定的： 1.5MVA240MVA三相三绕组有载调压电力变压器的短路功率因数约为.。,互感器 负荷、比差、角差,3,VFE,互感器,1,定义,互感器原理与变压器相同，是一种特殊用途的变压器。,依据用途，互感器分为电
6、压互感器和电流互感器。,互感器,2,小知识,互感器主要参数： 额定一次电压/电流： 额定二次电压/电流：100V/5A 额定二次负荷：？VA 准确度等级：0.001、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5 0.001S、0.002S、0.005S、0.01S、0.02S、0.05S、0.1S、0.2S、0.5S,互感器,2,小知识,电压互感器和电流互感器都是变压器。所不同的是前者关注电压、后者关注电流。,为什么电压互感器不能短路运行，而电流互感器不能开路运行？,互感器,2,小知识,为什么互感器低频时候更容易饱和？,互感器,2,小知识,为什么互感器测量小信号
7、误差会增大？,互感器,2,小知识,为什么互感器的误差与二次负荷有关？,电机原理 旋转磁场、安培力,4,VFE,电机,1,法拉第发电机,电机,2,直流发电机,直流发电机线圈上流过的是交流电，对外输出经换向器整流为直流电； 电机转速越快，输出电压越高，因此，直流发电机也用作测速元件。,电机,3,直流电动机,黄色导体受到向上的电磁力,蓝色导体受到向下的电磁力,线圈顺时针旋转,电机,3,直流电动机,导体无电流，无电磁力,在惯性的作用下，继续旋转,电机,3,直流电动机,蓝色导体受到向上的电磁力,黄色导体受到向下的电磁力,线圈继续顺时针旋转,电机,3,直流电动机,导体无电流，无电磁力,在惯性的作用下，继续
8、旋转,直流电机外部提供的是直流电，转子线圈中流过的是交流电。,对于采用电力电子器件供电的电机而言，交流电机与直流电机的界限开始变得模糊！,电机,直流电机的电刷和换向器可不可以去掉？,电机,3,感应电动机,在旋转磁场中摆放一个闭合转子线圈。,转子导体切割磁力线，产生感应电动势,线圈闭合，产生感应电流,载流导体在磁场中受到力的作用，旋转,这就是鼠笼式异步电机！,电机,转子转速=定子旋转磁场的转速？,电机,3,感应电动机,定子磁场旋转360,转子转轴旋转345,转子磁场相对转轴旋转15,转子磁场总共旋转360,S：转差率 n：同步转速，定子磁场旋转速度 n1：转子机械转速,电机,如何产生定子的旋转磁
9、场？,电机,电机,电机,上述旋转磁场旋转一周时，施加正弦交流电也刚好经历一个周期，称为1对磁极。 旋转磁场还可以采用多对磁极产生，当极对数为p时，磁场旋转一周，正弦交流电需要p个周期。 假设正弦波的频率为f。 同步转速n=60f/p。 f为50Hz时： 1对极（两极）电机的同步转速为3000r/min。 2对极（四极）电机的同步转速为1500r/min。 3对极（六极）电机的同步转速为1000r/min。 4对极（八极）电机的同步转速为750r/min。 30对极（60极）电机的同步转速为100r/min,电机,感应式电机启动瞬间，转差率s=1，定子旋转磁场高速切割转子导体，转子感应电动势较大
10、，转子电流较大，定子电流跟着增大。,如何减小启动电流？,电机,4,绕线式异步电机,转子不闭合，而是通过滑环将转子绕组引出，启动时，转子绕组串接电阻，减小启动电流，同时，还可以增大转子功率因数，合适阻值的电阻还可以提高启动转矩！,这就是绕线式异步电机！,电机,可否人为控制转子磁场相对转轴的旋转速度（n-n1）？,电机,5,双馈异步电机,转子通过频率可调的交流电，即可调节转子磁场相对转轴的旋转速度，即可控制转速（也可以理解为控制转差率）！,这就是双馈异步电机！,电机,转子磁场相对转轴的旋转速度为零，会是什么样子？,电机,6,同步电动机,转子通过直流电，使转子磁场相对转轴的转速为零；定子磁极旋转，转
11、子转速将与磁极转速相同！,这就是同步电机！,电机,7,直流电机、异步电机、同步电机小结,上述三种电机的原理有一个共同点： 定子磁场与转子磁场相互作用下，使转子产生旋转力！,定子恒定磁场与转子电磁场相互作用产生旋转力；转子电刷和换向器及时改变转子磁极方向，使其继续旋转。,直流电机,电机,7,直流电机、异步电机、同步电机小结,上述三种电机的原理有一个共同点： 定子磁场与转子磁场相互作用下，使转子产生旋转力！,定子旋转磁场在转子中感应出电流，感应电流产生转子磁场；定子磁场与转子磁场相互作用转子旋转； 由于定子磁场是旋转的，使转子磁场始终受到相同方向的作用力，并且力矩相对恒定，转矩特性好，有转差率。,
12、异步电机,电机,5,直流电机、异步电机、同步电机小结,上述三种电机的原理有一个共同点： 定子磁场与转子磁场相互作用下，使转子产生旋转力！,转子采用直流电励磁，产生恒定磁场。定子磁场旋转，带动转子转动。 转子转速等于定子旋转磁场转速！,同步电机,电机,磁铁可以与磁铁相互作用，也可以吸引无磁性的铁，转子能不能不用线圈？,电机,电机,电机,电机,这就是开关磁阻电机！,8,开关磁阻电机,电机小知识 转矩、转速、功率,5,VFE,电机,1,铁芯,为了加强磁场，电机的转子和定子都采用高导磁材料（硅钢片）制作成的铁芯。 导体在变化磁场中会产生涡流效应，为了减小涡流损耗，一方面铁芯采用电阻率较高的硅钢，减小涡
13、流电流。 为了进一步减小涡流，将铁芯制作成许多精密叠加的薄片，薄片之间绝缘，这样可以缩小涡流范围。,电机,2,转速,直流电机电压越高，电流越大，安培力越大，转速越快； 交流电机转速等于或接近旋转磁场的转速，由供电频率及极对数决定。 改变供电频率的调速方式称为变频调速，改变极对数的调速方式称为变极调速。,电机,3,转矩,单相交流电机的输入瞬时功率是波动值，输出转矩有脉动； 三相交流电机的三相瞬时功率是恒定值，输出转矩稳定。,电机,4,启动电流,电机启动瞬间，转子静止，相当于一台变压器，定子是初级线圈，转子是次级线圈。 旋转磁场高速切割转子导体，产生很大的感应电动势，产生很大的转子电流。 转子电流
14、增大，定子电流随之增大。 降压启动是减小磁场，减小转子电流，进而减小定子电流。 变频启动是降低磁场旋转速度，降低切割磁力线的速度，减小转子感应电动势和转子电流，进而减小定子电流。,电机,5,空载功率因数,异步电机空载时，输入电流主要用于励磁，而励磁不消耗能量，无功功率占主体，功率因数较低，而空载电流较大。 同步电机励磁不由定子绕组提供，功率因数可以做到很高，而空载消耗的功率很小，所以空载电流较小。,电机,6,堵转功率因数,异步电机堵转时，转子静止，相当于二次短路的变压器。 转子电流频率远远高于运行时的频率，感抗较大，无功大。 这些无功功率，都需要由定子来提供，定子功率因数低。,电机,7,空载电流畸变,电机空载时，电流一部分用于励磁，另一部分用于提供机械旋转损耗。 励磁部分电流为尖顶波，提供机械旋转损耗部分电流为正弦波，两者合并后，畸变较变压器小，但仍有较明显的畸变。,Thanks!,
