电磁吸引力计算教案.docx

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电磁吸引力计算教案

第一章常用低压电器

电器：

电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。

根据外界的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。

定义：

一种能控制电能的器件。

第一节电磁式低压电器的结构和工作原理

●低压电器：

用于交流1200V、直流1500V以下电路的器件

●高压电器：

用于交流1200V、直流1500V以上电路的电器。

电力传动系统的组成：

1）主电路：

由电动机、（接通、分断、控制电动机）接触器主触点等电器元件所组成。

特点：

电流大

2）控制电路：

由接触器线圈、继电器等电器元件组成。

特点：

电流小

●任务：

按给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。

一、低压电器的分类

1、按使用的系统

1）低压配电电器

用于低压供电系统。

电路出现故障（过载、短路、欠压、失压、断相、漏电等）起保护作用，断开故障电路。

（动动稳定性、热稳定性）

例如：

低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。

2）低压控制电器

用于电力传动控制系统。

能分断过载电流，但不能分断短路电流。

（通断能力、操作频率、电气和机械寿命等）

例如：

接触器、继电器、控制器及主令电器等。

2、按操作方式

1）手动电器：

刀开关、按钮、转换开关

2）自动电器：

低压断路器、接触器、继电器

3、按工作原理

1）电磁式电器：

电磁机构控制电器动作

2）非电量控制电器：

非电磁式控制电器动作

◆电磁式电器由感测和执行两部分组成。

感测部分（电磁机构）：

接受外界输入的信号，使执行部分动作，实现控制的目的。

执行部分：

触点系统。

二、电磁机构

电磁机构：

通过电磁感应原理将电能转化成机械能。

电磁机构输入的电信号：

电压、电流

1、电磁机构的结构形式

电磁机构组成：

线圈、铁心（亦称静铁心）和衔铁（亦称动铁心），

1）E形电磁铁：

多用于交流电磁系统。

2）螺管式电磁铁：

多用作索引电磁机构和自动开关的操作电磁机构，少数过电流继电器也采用。

3）拍合式电磁铁：

用于直流继电器和直流接触器，也用于交流继电器。

2、电磁机构的线圈

线圈分类：

电流线圈

电压线圈

1）电流线圈：

串接在主电路，

特点：

扁铜条带或粗铜线绕制，匝数少,内阻小。

讨论：

a衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小。

b衔铁动作不改变线圈电流。

2）电压线圈：

并联在电路

特点：

细铜线绕制，匝数多，阻抗大，电流小，常用绝缘较好的电线绕制。

讨论：

衔铁动作与否取决于线圈的电压大小。

从结构上看，线圈大抵可分为有骨架和无骨架两种。

▲交流电磁铁的线圈：

有骨架式，线圈形状做成矮胖型（考虑到铁心中有磁滞损耗和涡流损耗，为便于散热之故）。

▲直流电磁机构的线圈：

无骨架式，线圈形状做成瘦高型

3、电磁特性

电磁吸力的近似计算公式：

（1-1）

式中：

。

当Ｓ为常数时，Ｆ与Ｂ２成正比。

1）吸力特性：

电磁吸力与气隙的关系曲线。

说明：

吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。

▲直流电压线圈的吸力特性

电流为常数（与磁路的气隙大小无关，取决于线圈的电阻），根据磁路定律

（1-2）

∝

则有

吸力F与气隙成反比，所以特性为二次曲线形状：

结论：

a直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大；

b直流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后不变化。

▲交流电压线圈的吸力特性

交流电压线圈的阻抗主要决定与线圈的电抗，电阻可以忽略：

当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：

为常数，

结论：

a交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随的减少略有增加）。

b交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙的减小而减小。

综上：

a衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。

b直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。

C交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。

eg:

U型：

6～7倍

E型：

10～15倍

说明：

衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压线圈可能烧毁。

可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。

2）反力特性

反力特性：

指电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线

电磁机构的反力：

作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重量。

电磁机构的反力特性如图所示：

4、反力特性与吸力特性的配合

F吸略大于F反

电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中，吸力必须大于反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命

5、短路环

1）单相交流电磁机构存在的问题

磁通是交变：

衔铁产生强烈的振动和噪音，易使电器结构松散、寿命降低，同时使触头接触不良，易于熔焊与烧毁。

2）短路环的作用

短路环：

磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一时刻都大于反力，消除振动和噪声。

短路环的示意图：

三、触点系统

1、触点（执行元件）作用：

分断和接通电路的作用。

2、触点接触形式：

点接触、线接触和面接触。

点接触：

小电流的触点

线接触：

中等容量的触点

面接触：

大容量的触点

（c）面接触

（a）点接触

（b）线接触

3、电接触（接触电阻）

电接触：

动、静触点完全接触并有工作电流通过。

触点的接触过程：

（c）最终闭合位置

（b）刚接触位置

（a）最终拉开位置

四、电弧的产生和灭弧装置

1、电弧的产生及危害

1）电弧的产生

触点由闭合到断开时，当电压超过10～20V和电流超过80～100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花，实质是气体放点的现象，通常称之为“电弧”。

撞击电离热电子发射热电离形成电弧

2）电弧的危害

a烧灼触点，降低电器的寿命和电器工作的可靠性。

b使触点的分断时间延长，严重的会产生事故。

2、灭弧装置

灭弧措施：

降低电弧温度和电场强度。

常用的灭弧方法有：

拉长电弧、冷却电弧和电弧分段

常用的灭弧装置：

1）磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流接触器中）

磁吹灭弧装置：

利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。

2）灭弧栅（常用作交流灭弧装置）

3）灭弧罩（用于交流和直流灭弧。

）

采用一个用陶土和石棉水泥做的雨高温的灭弧罩，用以降温和隔弧。

4）多断点灭弧