《电器学原理 教学课件 ppt 作者 曹云东 09磁路分析与计算3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电器学原理 教学课件 ppt 作者 曹云东 09磁路分析与计算3（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、交流磁路分析与计算,1. 额定电压相同的直流电磁铁和交流电磁铁，在额定电压下，前者接入交流电源，后者接入直流电源，问它们能否正常工作？为什么？ 2. 一交流电磁铁线圈通电后，衔铁被卡在其起动位置，线圈被烧毁，试分析其原因。 3. 交流接触器中电磁系统的重要维护工作之一是保持铁芯极面的清洁，为什么？ 4. 某长期工作制方式工作的交流接触器，其激磁线圈5小时通电后，线圈被烧毁，试分析故障原因。,思考题,9.6 交流磁路的特点,1. 存在电磁感应现象 交流电磁系统的电磁场属于交变电磁场，由于存在电磁感应现象，交变激磁电流将在导体中引起涡流并产生损耗，从而在铁磁体中产生磁滞损耗。 结果, 导致磁通与磁
2、势之间产生相位差； 计算中，引入磁抗和磁阻抗概念，通常采用复数（或向量）运算方式实现电路和磁路参数的计算。,2 . 磁路参数对电路参数的影响 电磁系统激磁线圈,式中: U 电源电压; Z 激磁线圈电抗； R 激磁线圈电阻； L 激磁线圈电感； 电源角频率。, 带铁芯的电感线圈，且铁芯带有可变气隙。,HOME,9.6 交流磁路的特点,根据电感定义：,式中： 与激磁线圈铰链的激磁磁链； i 激磁线圈电流。,忽略漏磁的影响，则, 电磁系统等效磁导。,忽略铁磁阻的影响，则,忽略激磁线圈电阻的影响，则激磁线圈电流有效值,HOME,9.6 交流磁路的特点,分析:,特别注意:,交流电磁铁处于释放位置时，若衔
3、铁(或动铁芯 ) 被卡住，会发生何种后果？,磁导 ,线圈电感 L ,电抗Z ,线圈电流I,线圈温升 T ,HOME,工作气隙 ,因释放位置工作气隙最大，故线圈中流过很高的电流，若衔铁(或动铁芯 ) 被卡住，则可能会由于线圈温度过高，而烧毁线圈。,(2)交流电磁铁处于闭合位置时，如果磁极表面粘附异物，又会发生何种后果？,正常情况下，闭合位置时电磁铁工作气隙最小，线圈中的电流也很小。如果磁极表面粘附异物，将导致工作气隙增大，从而使得线圈电流增高，长期通电，也会造成线圈温度过高，而烧毁线圈。,9.6 交流磁路的特点,3 . 铁磁材料非线性的影响 由于铁磁材料B-H的非线性特性，从而导致电流或电压波形
4、将含有高次谐波分量，从而增加了交流磁路的计算难度。 并激电磁铁 串激电磁铁 ,线圈电压为正弦波形，则线圈电流呈非正弦波形；,线圈电流为正弦波形，线圈电压呈非正弦波形。,5 . 交流磁路的分析计算方法 等效正弦波法： 波形分析法：,4 . 电磁吸力 由于交变激磁电流的作用，导致由此所产生的电磁吸力也将随时间变化，一个周期内两次过零。,因此，交流电磁铁必须安装“分磁环”。,适用于铁芯未饱和或气隙较大，即波形畸变不严重场合。,适用于工作于饱和状态的磁路或其它激磁磁势呈非正弦特性的应用场合。,HOME,9.7 等效正弦波法,适用条件： 注意： 磁感应强度B、磁通采用幅值； 电压U 、 电流I 、 感应
5、电动势E、磁场强度H采用有效值。 1. 磁抗和磁阻抗 1）复磁阻抗 交流磁路中的磁阻通常用复磁阻抗表示:,电路参数和磁路参数均随时间按正弦规律变化。,Rm 铁磁体磁阻； Xm 铁磁体磁抗。,式中：,HOME,9.7 等效正弦波法,2）铁损的处理 交流电磁铁的导磁体中，在交变电磁场的作用下，将产生铁磁损耗(简称铁损)，该损耗可以等效为一个虚拟导体环所产生的损耗。而磁滞和涡流效应对电磁系统而言，又相当于一个去磁磁势。 设虚拟导体环的电阻为R2 、匝数为N2 ，由于磁场的作用所产生的感应电流为i2 。 （1） 磁路方程 该段磁路的磁压降：,m 磁路中的磁通； Rm 该段中的磁阻。,其中,HOME,9
6、.7 等效正弦波法,（2） 电路方程,由磁路方程和电路方程可以得出磁路参数和电路参数之间的关系:,磁路方程和电路方程的向量表达式:,HOME,9.7 等效正弦波法,虚拟导体环的感应电动势:,虚拟导体环的损耗(等效铁芯中的铁损):, 虚拟导体环的等效磁抗:,HOME,9.7 等效正弦波法,铁损的计算:,P = Pw + Pc,式中:,w 铁磁体涡流损耗系数； c 铁磁体磁滞损耗系数； f 电源频率，单位Hz； 铁芯材料密度，单位kg/m3； V 铁芯体积，单位m3。,HOME,9.7 等效正弦波法,3）磁阻的计算,4）激磁磁势的有功分量和无功分量,无功分量Iq 有功分量Ip,产生磁通，与m同相位
7、；,铁损，超前m 900。,HOME,m,IqN,jIpN,N,以m为参考向量,9.7 等效正弦波法,5）磁抗与电抗的比较 磁路中的磁抗Xm与电路中的电抗X比较，具有下列特点： （1）Xm阻碍的变化， X阻碍i的变化； （2）Xm源于铁磁体的损耗，消耗有功功率，故是磁阻抗的有功分量；而X不消耗有功功率，因而X是电阻抗的无功分量； （3）铁心损耗的效应与导体短路环一样，都起祛磁的作用，表现为在激磁不变时磁通减小，或者是产生同样的磁通需要更大的激磁磁势。,HOME,9.7 等效正弦波法,2. 交流磁路的基本定律 磁路的基尔霍夫第一定律和第二定律、电磁感应定律。 1）交流磁路的基尔霍夫第一定律 正弦
8、交流情况下，第k支路的磁通瞬时值 k= mk sin(t+k)。,HOME,2）交流磁路的基尔霍夫第二定律 正弦交流情况下，磁路中任一支路的磁势 ijNj= Imj Nj sin(t+j)。 任一回路的各支路磁压降的代数和等于该回路各支路磁势的代数和。,9.7 等效正弦波法,3. 电磁感应定律,上述定律的向量表达形式：,HOME,9.7 等效正弦波法,4. 交流等效磁路和磁路与电路参数向量图 设有一U形交流电磁铁，工作气隙装有分磁环，以m 为参考向量。,HOME,9.7 等效正弦波法,HOME,物理模型,R1,m,R2,IN,m,1/ gs,归算漏磁导法等效磁路图,Rm1,Rm为低铁及铁芯柱处
9、的铁磁阻,Xm1,Rm2,Xm2,m,a,b,9.7 等效正弦波法,HOME,电路及磁路参数向量图,m,mRmab,jmXmab,mab,-, R,9.7 等效正弦波法,5. 交流磁路的计算 交流磁路计算应采用考虑铁损的交流磁化曲线。 任务1： 任务2：,已知工作气隙磁通m，求线圈电压U和激磁磁势 IN；,已知线圈电压U ，求工作气隙磁通m及激磁磁势 IN。,1）任务1 （1）作等效磁路图； （2）计算磁阻和磁抗，包括工作气隙磁导和铁芯漏磁导等，其中漏磁导按恒磁链原则归算至工作气隙的铁芯极面处，即gs=l/3。 Zm1的计算：,由工作气隙磁通，求衔铁的磁感应强度Bm1 查磁化曲线，求得对应的磁
10、场强度H1以及铁损P1 。,HOME,9.7 等效正弦波法,（3）计算磁极极面处的磁压降,（4）计算漏磁通,（5）计算底铁磁通,HOME,9.7 等效正弦波法,（6）计算底铁及铁芯柱的磁阻抗 由工作气隙磁通2m，求底铁及铁芯柱的磁感应强度Bm2 查磁化曲线，求得对应的磁场强度H2以及铁损P2 。 计算出Xm2 、 Rm2 ； （7）计算线圈磁势,（8）计算线圈电压,HOME,9.7 等效正弦波法,2）任务2 根据U4.44fNm, 先估算一个工作气隙磁通 m，再按任务1的计算步骤，求得该工作气隙磁通 m 所对应的线圈电压U 。 若|U| = |U- U |0 ，则该工作气隙磁通m为所求的工作气隙磁通，计算结束。 否则，重新修正工作气隙磁通 m数值，重复上述计算。 注：如果气隙较大，或者铁损很小，可忽略不计时，工程上可采用直流磁路的计算方法来计算交流磁路问题。,HOME,
