《电磁与电动器》课件

电磁与电动器什么是电磁磁性磁铁具有吸引铁、钴、镍等金属的性质，这种性质称为磁性。磁场磁铁周围存在着一种看不见摸不着的物质，称为磁场，磁场具有力的作用。电磁电磁是指电与磁之间的相互作用，电流可以产生磁场，磁场也能对电流产生力的作用。磁场的基本概念磁场是由运动电荷或电流产生的空间区域。磁场具有方向性，可以影响其他运动电荷或电流。磁场的大小和方向可以用磁场强度和磁感应强度来描述。磁场强度表示磁场的强弱，磁感应强度表示磁场对运动电荷的作用力。电流产生磁场1奥斯特实验1820年，奥斯特发现电流能够产生磁场，这个发现揭示了电和磁之间的联系。2安培定律安培定律描述了电流与磁场之间的定量关系，是电磁学的基本定律之一。3右手螺旋定则右手螺旋定则可以用来判断电流方向和磁场方向之间的关系。磁场的几何形状磁场可以用磁力线来描述。磁力线是磁场中假想的曲线，其方向在每一点都与该点的磁场方向一致。磁力线的疏密程度表示磁场的强弱，磁力线越密，磁场越强。磁力线永远不会相交。常见的磁场形状包括：直线形磁场、圆形磁场、环形磁场、蹄形磁场、电磁铁磁场等。这些磁场形状的形成与电流的形状、方向以及磁性材料的形状等因素有关。电流通过磁场的力1安培力电流通过磁场，会受到磁场力的作用，这个力叫做安培力。2方向安培力的方向垂直于电流方向和磁场方向。3大小安培力的大小与电流、磁场强度和导体长度成正比。法拉第电磁感应定律1磁通量变化当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中就会产生感应电动势。2感应电动势方向感应电动势的方向由楞次定律决定，即感应电流的方向总是阻碍产生它的磁通量的变化。3定律表达式感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，即E=-dΦ/dt。其中，Φ为磁通量，t为时间。感应电动势的定性解释当导体在磁场中运动或磁场发生变化时，导体内会产生感应电动势，这种现象被称为电磁感应。感应电动势的方向可以用楞次定律来判断，即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通变化。例如，当导体在磁场中运动时，导体切割磁力线，产生感应电流，而感应电流产生的磁场会阻碍导体的运动。感应电动势的大小取决于磁通变化率，即磁场变化的速度和变化量。感应电动势的定量关系1法拉第定律感应电动势的大小与穿过闭合电路磁通量的变化率成正比，方向符合楞次定律2磁通量变化磁通量变化可以是磁场强度变化、面积变化或相对位置变化3楞次定律感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化自感应与互感应自感应当线圈中的电流发生变化时，线圈本身会产生感应电动势，这个现象称为自感应。互感应当一个线圈中的电流发生变化时，在另一个靠近的线圈中会产生感应电动势，这个现象称为互感应。自感应电动势1定义线圈中电流变化时，线圈本身产生的磁通量也会变化，从而在线圈中产生感应电动势。2方向楞次定律：感应电动势的方向总是阻碍引起它的电流的变化。3大小与线圈匝数、磁通量变化率成正比。互感应电动势基本原理当一个线圈中的电流发生变化时，会产生变化的磁场，该磁场也会穿过另一个线圈，从而在另一个线圈中感应出电动势，这就是互感应现象。影响因素互感应电动势的大小与两个线圈之间的耦合系数、电流变化率和线圈匝数有关。应用互感应在变压器、传感器和无线充电等领域有着广泛的应用。变压器的原理变压器是一种利用电磁感应原理将交流电压变换为另一种交流电压的静止电气设备。它由铁芯、初级绕组和次级绕组组成。当交流电流通过初级绕组时，会产生变化的磁场。该磁场穿过次级绕组，在次级绕组中感应出交流电动势。由于初级和次级绕组的匝数不同，因此感应出的电压也随之改变。变压器是电力系统中不可或缺的组成部分，用于电压变换、阻抗匹配等，例如：在发电厂中，变压器将发电机输出的低压交流电升压到高压，以便远距离输送电力；在用户端，变压器将高压交流电降压到低压，供用户使用。变压器的工作特性电压比变压器的电压比是指变压器次级绕组的电压与初级绕组的电压之比，是变压器的一个重要参数。电流比变压器的电流比是指变压器初级绕组的电流与次级绕组的电流之比，与电压比成反比。效率变压器的效率是指变压器输出功率与输入功率之比，通常用百分比表示。损耗变压器的损耗包括铜损和铁损，铜损是由于绕组电阻产生的损耗，铁损是由于铁芯磁化产生的损耗。交流电动机的基本原理1电磁感应交流电通过线圈产生旋转磁场2磁场交互旋转磁场与转子磁场相互作用产生力矩3转子旋转力矩驱动转子旋转，将电能转化为机械能直流电动机的基本原理1磁场2电枢3电流步进电动机的基本原理1脉冲控制步进电机通过接收脉冲信号来控制转子旋转的步长，每个脉冲对应一个固定的角度转动。2多极结构步进电机的转子通常有多个极，每个极对应一个线圈，通过改变线圈的电流方向来控制磁场方向，进而驱动转子旋转。3步进角步进角是指转子每接收一个脉冲信号旋转的角度，步进角越小，转动的精度越高。电动机的种类与特点直流电动机结构简单，控制方便，可实现平滑调速。交流电动机结构紧凑，运行稳定，效率较高。步进电动机可实现精确控制，适用于步进运动。电动机运行的基本特征转速电动机转速是电动机运行的重要指标，它反映了电动机的输出功率。转矩转矩是指电动机输出的扭力，它反映了电动机克服负载的能力。效率效率是指电动机输出功率与输入功率之比，它反映了电动机能量转换的效率。功率因数功率因数是指电动机有功功率与视在功率之比，它反映了电动机对电网功率的利用率。电动机的启动与调速直接启动直接将电动机接入电源，是最简单的启动方式，适用于负载较轻的场合。软启动通过控制电流逐渐增加，以减小启动电流和冲击，适用于负载较重的场合。变频调速通过改变电源频率来控制电动机的转速，适用于需要精确调速的场合。电动机的效率与损耗效率定义电动机效率电动机输出机械功率与输入电功率之比损耗电动机工作中产生的能量损失电动机的热特性温度升高电动机运行时，由于电流通过绕组产生热量，导致温度升高。温升限制温度升高会影响绝缘材料的性能，因此需要对温升进行限制。散热方式常用的散热方式包括自然冷却、风冷和水冷等。电动机的机械特性转速-转矩特性描述电动机在不同负载下转速的变化情况。启动特性反映电动机启动时的转矩和电流变化。调速特性反映电动机在不同负载下调速能力的变化情况。制动特性描述电动机在制动时的转矩和电流变化。电动机的选型与应用考虑因素功率、电压、转速、效率、尺寸、重量、噪音等应用场景工业生产、家用电器、交通工具等电动机控制系统的组成控制器控制电动机的运行状态，包括启动、停止、速度控制、方向控制等。传感器监测电动机的运行参数，如电流、电压、速度、位置等，反馈给控制器。执行机构接受控制器的指令，驱动负载进行工作，如机械设备的转动、液体的输送等。电动机控制系统的工作原理1信号输入控制系统接收来自控制器的指令信号，例如启动、停止、速度设定等。2信号处理控制系统根据输入信号进行处理，例如将速度设定值转换为相应的电压或电流信号。3执行控制控制系统根据处理后的信号控制电动机，例如改变电压、电流或频率来控制电动机的速度或转矩。4反馈调节控制系统通过传感器获取电动机的实际运行状态，例如速度、电流等，并将其反馈回控制系统进行比较和调节。电动机控制系统的调试与维护系统调试对电动机控制系统进行全面的测试和调整，确保其符合设计要求和安全标准。定期维护根据使用频率和环境条件，定期检查和维护系统各部件，及时更换磨损或损坏的部件。故障排除当系统出现故障时，需要及时进行分析和诊断，并采取措施进行维修或更换。记录管理对系统的调试、维护和故障处理进行详细记录，方便追溯问题和优化维护策略。电动机安全使用和保护安全使用选择合适的电动机，并定期维护以确保安全运行。定期检查电动机的绝缘，确保没有破损或老化。保护措施安装过载保护装置，防止电动机过载运行。安装短路保护装置，防止电动机短路烧毁。电动器技术的发展趋势效率提升更高效的电机设计和材料，降低能耗，提升节能效