07电磁系统的基本特性

1、7.1 概述概述第第7 7章章 电磁系统的基本特性电磁系统的基本特性3. 电磁铁的应用：电磁铁的应用：1. 电磁系统电磁系统 电磁铁：电磁铁：由电磁线圈和磁系统所组成、用以完成特定任务的电器组件或部件。由电磁线圈和磁系统所组成、用以完成特定任务的电器组件或部件。动铁芯、静铁芯、工作气隙及其它元件构成的闭合磁路。动铁芯、静铁芯、工作气隙及其它元件构成的闭合磁路。将输入线圈的电能或电信号，转化为动铁芯上的动能将输入线圈的电能或电信号，转化为动铁芯上的动能或动作信号。或动作信号。磁系统：磁系统： 2.电磁铁的作用：电磁铁的作用：电磁式继电器电磁式继电器牵引电磁铁牵引电磁铁1）开关电器的操动机构：）开

2、关电器的操动机构：、接触器、接触器 、断路器器、断路器器 、脱扣器等。、脱扣器等。 2）特殊用途的电磁铁：）特殊用途的电磁铁：、制动电磁铁、制动电磁铁 、电磁离合器、电磁离合器起重电磁铁等。起重电磁铁等。 3）电磁传感器，电磁稳压器，磁放大器等。）电磁传感器，电磁稳压器，磁放大器等。7.2 电磁系统的典型结构和基本特性电磁系统的典型结构和基本特性1. 电磁系统的典型结构及其工作原理电磁系统的典型结构及其工作原理1）典型结构结构：）典型结构结构： 电磁系统主要由电磁系统主要由 1 - 激磁线圈激磁线圈 2 静铁芯静铁芯 3 工作气隙工作气隙 4 - 衔铁衔铁(动铁芯动铁芯) 6 - 反力反力(释

3、放释放)弹簧弹簧等组成。等组成。HOME7.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性2）工作原理）工作原理 主磁路：主磁路： （1）激磁线圈通电：）激磁线圈通电：铁芯、磁轭、衔铁、工作气隙。铁芯、磁轭、衔铁、工作气隙。HOME线圈通电后线圈通电后磁路中产生磁通磁路中产生磁通主磁路的磁通产生一个作用于衔铁上的电磁吸力。主磁路的磁通产生一个作用于衔铁上的电磁吸力。 若该电磁力矩大于反力弹簧作用在衔铁的反力矩，则衔铁将开始向静铁若该电磁力矩大于反力弹簧作用在衔铁的反力矩，则衔铁将开始向静铁芯转动，直至衔铁与静铁芯闭合。芯转动，直至衔铁与静铁芯闭合。（2）激磁线圈断电：）激磁线

4、圈断电： 当反力大于闭合位置电磁吸力时，衔铁开始向其初始位置转动，最终当反力大于闭合位置电磁吸力时，衔铁开始向其初始位置转动，最终返回其初始位置。返回其初始位置。线圈断电后线圈断电后磁路中磁场将消失磁路中磁场将消失作用在衔铁上的电磁吸力也将消失。作用在衔铁上的电磁吸力也将消失。7.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性3）电磁系统分类）电磁系统分类（1）按激磁线圈中的电流类型：）按激磁线圈中的电流类型： （2）线圈的连接方式：）线圈的连接方式：（3）外观形状：）外观形状：并激并激 、串激电磁系统。、串激电磁系统。、极化电磁系统等。、极化电磁系统等。、交流电磁系统、交流

5、电磁系统、交直流同时磁化电磁系统、交直流同时磁化电磁系统E型型 、U型型 、拍合式、拍合式 、螺管式等。、螺管式等。直流电磁系统直流电磁系统HOME7.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性2. 吸力特性吸力特性1）对于直动式电磁铁，在线圈通电情）对于直动式电磁铁，在线圈通电情况下，作用在动铁心上的电磁吸力。况下，作用在动铁心上的电磁吸力。Fx= f ( ) 非线性非线性（1）静态吸力特性：）静态吸力特性：（2 ）动态吸力特性：）动态吸力特性： 动铁芯拟定功动铁芯拟定功 Wn)(xnFW反应电磁系统在一定位置上的输出有效功的能力。反应电磁系统在一定位置上的输出有效功的

6、能力。HOMExqWnmaxFxWnWnFx0 不考虑激磁电流的过渡过程以及衔铁不考虑激磁电流的过渡过程以及衔铁或动铁芯的运动特性。或动铁芯的运动特性。 考虑激磁电流的过渡过程以及衔铁或动考虑激磁电流的过渡过程以及衔铁或动铁芯的运动特性。铁芯的运动特性。7.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性2）对于转动式电磁铁：）对于转动式电磁铁： 电磁吸力（力矩）特性电磁吸力（力矩）特性 M=f（）。）。3. 反力特性反力特性 电磁系统中动铁芯作功所需克服的机械负载反作用力电磁系统中动铁芯作功所需克服的机械负载反作用力Ff( ) 。 反力的作用是保证激磁线圈断电后，动铁芯（衔铁

7、）能够可靠地返反力的作用是保证激磁线圈断电后，动铁芯（衔铁）能够可靠地返回其初始位置。回其初始位置。1）瞬时脱扣机构）瞬时脱扣机构HOMEFf07.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性2）起重电磁铁）起重电磁铁HOMEFf07.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性3）弹簧负载的反力）弹簧负载的反力HOMEFf07.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性4）释放反力弹簧）释放反力弹簧+ 常开触头弹簧常开触头弹簧HOMEFf07.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性5）释放反力弹簧）释放反

8、力弹簧+ 常开触头弹簧常开触头弹簧+ 常闭触头弹簧常闭触头弹簧HOMEFf07.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性6）其它特殊应用的反力特性）其它特殊应用的反力特性HOMEFf07.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性4. 吸力特性与反力特性的配合吸力特性与反力特性的配合 为了保证电磁系统的可靠工作，在动铁芯（衔铁）闭合过程中，应保证为了保证电磁系统的可靠工作，在动铁芯（衔铁）闭合过程中，应保证 动铁心（衔铁）释放过程中，应满足：动铁心（衔铁）释放过程中，应满足： 注：在局部范围，允许上述条件下满足。注：在局部范围，允许上述条件下满足。

9、Why?)()(fxFF)()(fxFFHOME7.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性5. 输入输出特性输入输出特性 表征电磁系统的输入量与输出量之间的关系。表征电磁系统的输入量与输出量之间的关系。1）电磁式继电器）电磁式继电器HOMEyx0y1y0 xfxd继电特性继电特性7.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性2）磁放大器）磁放大器HOME0iiioiomax放大特性放大特性7.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性3）线性电磁铁）线性电磁铁HOME0imax传感器特性传感器特性7.2 电磁铁系统的典型结构

10、和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性6. 时间特性时间特性动作过程：动作过程：释放过程：释放过程：1）触动阶段（）触动阶段（AB）：）： 直至直至 ，衔铁开始运动。，衔铁开始运动。此过程所需的时间称为触动时间此过程所需的时间称为触动时间tc。2）吸合阶段（）吸合阶段（BC）：）： 衔铁运动直至闭合位置衔铁运动直至闭合位置C。此过程所需的时间称为吸合运动时间此过程所需的时间称为吸合运动时间tx。整个动作过程所需的时间称为动作时间：整个动作过程所需的时间称为动作时间： td = tc + tx 触动过程触动过程、吸合过程。、吸合过程。开释过程开释过程 、返回过程。、返回过程。),()(fxFF

11、b)()(fxFF),()(fxFFbsHOME0sbttctxtdABC7.2 电磁铁系统的典型结构和基本特性电磁铁系统的典型结构和基本特性3）开释阶段（）开释阶段（DE）：）： 激磁线圈断电后，激磁电流将按一定的激磁线圈断电后，激磁电流将按一定的指数规律逐渐衰减，主磁路中的磁场也随之指数规律逐渐衰减，主磁路中的磁场也随之逐渐衰减。一定时间内，作用于衔铁上的吸逐渐衰减。一定时间内，作用于衔铁上的吸力大于反力，故衔铁保持静止状态，直至力大于反力，故衔铁保持静止状态，直至 此过程所需的时间称为开释时间此过程所需的时间称为开释时间tk。4）返回运动阶段（）返回运动阶段（EF）：）： 衔铁返回，直至

12、其起始位置。衔铁返回，直至其起始位置。此过程所需的时间称为返回运动时间此过程所需的时间称为返回运动时间tf 。整个释放过程所需的时间称为释放时间整个释放过程所需的时间称为释放时间ts： ts = tk + tf )()(fxFFx,HOME0sbttktftsD EF7.3 磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务1. 电磁系统计算任务电磁系统计算任务1）正求任务：）正求任务：2）反求任务：）反求任务：2. 求解方法求解方法1）场的直接求解）场的直接求解 :2）路的方法求解）路的方法求解 :给定工作气隙磁通，求建立该磁通所需要的磁势。给定工作气隙磁通，求建立

13、该磁通所需要的磁势。给定磁势，求解其在工作气隙中所能产生的工作气给定磁势，求解其在工作气隙中所能产生的工作气隙磁通。隙磁通。结果较准确，复杂，动态分析耗时。结果较准确，复杂，动态分析耗时。方法较简单，在一定条件下可以满足工程计方法较简单，在一定条件下可以满足工程计算的需求。算的需求。HOME3. 磁路概念及其工程意义磁路概念及其工程意义 1）磁力线：）磁力线：虚设的、可以用来描述和分析磁场的曲线。虚设的、可以用来描述和分析磁场的曲线。磁力线上每一点的切线方向与该点的磁场方向一致，磁力线上每一点的切线方向与该点的磁场方向一致，该点磁力线密度与该点的磁感应强度成正比。该点磁力线密度与该点的磁感应强

14、度成正比。7.3 磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务3）磁通管：）磁通管：2）磁通）磁通(量量)：通过某截面的通过某截面的磁力线磁力线数量。数量。在磁场中任意作一闭合曲线，并作该曲线各点的磁力线，在磁场中任意作一闭合曲线，并作该曲线各点的磁力线，则该族磁力线所包围的区域被定义为磁通管。则该族磁力线所包围的区域被定义为磁通管。HOME4）磁路：）磁路： 根据磁场分布情况，将连续的磁通分布转化为有限的集中磁通根据磁场分布情况，将连续的磁通分布转化为有限的集中磁通管路径，由此所构成的磁通路。管路径，由此所构成的磁通路。磁场的一种近似描述方式。磁场的一种近似描

15、述方式。7.3 磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务5）主磁通与漏磁通：）主磁通与漏磁通：通过包括工作气隙（主气隙）所形成磁路的磁通。通过包括工作气隙（主气隙）所形成磁路的磁通。（1）主磁通：）主磁通：（2）漏磁通：）漏磁通： 未通过工作气隙（主气隙）未通过工作气隙（主气隙） 的磁通。的磁通。HOME7.3 磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务6）磁路参数：）磁路参数： 磁通磁通7）磁路方程：）磁路方程： 磁场中任取一个磁通管，其中的磁磁场中任取一个磁通管，其中的磁通为通为，共存在，共存在m个磁势个磁势 Fm与该磁

16、通与该磁通路相交链。以路相交链。以n个等磁位面将此磁通管个等磁位面将此磁通管截为截为n段，根据安培环路定律：段，根据安培环路定律：mjjnkkFU1m1m式中：式中： Umk 第第K段磁通管上的磁压降；段磁通管上的磁压降； Fmj 与磁通管交链的第与磁通管交链的第j个磁势。个磁势。、磁势、磁势IN、磁阻、磁阻Rm （ R） 。、磁压降、磁压降UmHOME7.3 磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务磁路的基本概念和电磁系统计算的基本任务磁阻：磁阻：URkkmm磁导：磁导：kkkURmmm14. 磁路的基本定律磁路的基本定律1）磁路基尔霍夫第一定律（磁通连续定理）磁路基尔霍夫第一定律（磁通连续定理） 2）磁路基尔霍夫第二定律（安培环路定律）磁路基尔霍夫第二定律（安培环路定律） 磁势代数和磁势代数和 = 磁压降的代数和磁压降