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            电磁干扰基本概念
            电磁干扰基本概念
            1、电磁兼容 电磁干扰 电磁抗扰电磁兼容(英文Electro-Magnetic Compatibility 简称EMC)是指在同一电磁环境下(电场和磁场),产品之间相互能够兼容共存。它有两个方面的含义:其一是指某一产品产生电磁干扰(Electro-Magnetic Interference简称EMI)的水平小于某个限值,而不至于对同一环境下的其他产品产生其不能承受的干扰;其二是指某一产品可以承受在同一电磁环境下来自另一产品所发出的且小于某一限值的电磁干扰,这种抗干扰的能力long8称之为电磁抗扰(Electro-Magnetic Susceptibility 简称EMS)。电磁兼容学科是围绕以下三个要素展开的:      ——干扰源      ——受扰对象      ——传播或耦合路径2、发射 辐射 传导发射(Emission)是产品(源)以电磁波的方式向外发出能量的现象;根据传播路径的不同,发射可分为辐射和传导。辐射(Radiated Emission 简称RE):由产品(源)向外发出电磁波且沿着空间传播的现象。辐射大小是以电场强度来计量的,单位是µV/m(微伏/米)。传导(Conducted Emission 简称CE):由产品(源)向外发出电磁波且沿着导体(如电源线、信号线等)传播的现象。其大小按频率分段分别用电压及功率来计量,单位分别是µV(微伏)及pW(皮瓦)。当产品和导线的长度比波长短时(相对低频段),主要是传导干扰;当它们的尺寸比波长长时(相对高频段),主要是辐射干扰。3、峰值 准峰值 平均值峰值(Peak):在规定的时间范围内,时域变量的最大值,简称P值。准峰值(Quasi-Peak):与峰值以及峰值出现的频次正相关的一个时域变量,简称QP值。平均值(Mean):时域变量在给定时间间隔内的算术平均值,简称AV值。4、 射频 工频   射频(Radio Frequency 简称RF):交流电流通过导体,周围就会形成交变的电磁场或称电磁波。如电磁波的频率小于100KHz时,通常会被地面吸收;而高于100KHz时,电磁波可以在空间传播并经大气层中的电离层反射,形成远距离的传输能力。电磁学中将具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频,通常其频率界定在100KHz---30GHz 。   工频(Power Frequency或Industry Frequency):指工业用途的交流电源的频率。一般国家是50Hz或60Hz。
            永磁直流电机磁路
            永磁直流电机磁路
            永磁电机的磁路由永久磁铁(充当磁源),软磁材料(充当磁路),气隙(充当能量交换媒介)三大部组成。图8是典型的3P直流电机的磁路分布示意图。介绍之前先讲一下磁力线流向的基本特征:?● 取向路程短的路径;?● 取向阻力小的路径?● 自行闭合(从N极回到S极)在忽略漏磁的情况下可以看出,从N极发出的磁通(磁力线)Φ经过气隙后达到转子齿部,然后分两路进入转子轭部,再分别进入转子另两个齿部,合成一路后达到另一边气隙及S极,出S极后又分成两路经定子轭部返回到N极。以上3P直流电机的等效磁路见图9、图10由图10不难求得磁通中   Φ=FFe/(2Rmδ+1½Rmt+½Rmy1+½Rmy2)     (5)上式仅对3P电机磁路而言,对于5P、7P以及偶数槽电机磁路结构稍有差异,磁通的流向也略有不同。此外磁通的流向还与转子的位置有关。在电机的磁路中大量使用了非线性的软磁材料,如硅钢片、电解板等,其磁阻不是一个固定值,是随“通过它的磁通大小”而变,故在工程实践中,很难用式(5)来计算磁通。在电机设计中,通常的做法是先假设一系列Φ1、Φ2…… Φn值,再根据每段磁路的面积标出对应的磁通密度B1B2……Bn,由H=B/μ得出每一段磁路所需的磁场强度H1、H2……Hn,最后拟合成曲线Φ=f(H);再与磁铁的去磁曲线ΦFe=f(HFe)组成方程求解或几何相交即可计较出磁路的真值磁通Φ,进而由公式E=KE?Φ?n  (KE =2W/60)    得出线圈匝数W以及根据槽满率和线负荷等求出线圈的线径,这些本讲义就不多探讨了。最后跟大家交流一下,任何产品的设计工作,都可归纳为long8在中小学读书做题时的模式即“已知/求”的二元问题。
            最简单的磁路
            最简单的磁路
            二、 最简单的磁路电机工作离不开两个基本条件即电流和磁场,也意味着在电机的结构中必须分别有引导电流和磁场的“路”,long8也分别称之为“电路”和“磁路”。电路大家比较熟悉,但磁路也要了解。在图2中,环形磁铁充磁后将充磁线圈拆开,仅形成一个最简单的磁路(如图5)由于存在剩磁,环形磁铁的N极发出磁通经过空气隙→S极→经过磁铁内部回到N极而闭合,如不考虑漏磁现象及认为气隙截面与磁铁截面相等则有:BFe=Bδ  即    μFe? HFe=μ0?H δ另外,根据安培环路定律有∮H?dL=F=I?W=0 (环形磁铁中没有电流流过I=0)于是∮H?dL =H Fe?LFe+ Hδ?Lδ=0    (1)HFe→磁铁内部磁场强度HFe?LFe→磁铁内部磁势(内部磁势)Hδ→空气隙中的磁场强度Hδ?Lδ→空气隙中的磁势(外部磁压降)由(1)式可知 HFe 与Hδ方向相反,变换(1)式得:HFe=-Hδ?Lδ /LFe=-(Bδ/μ0)? Lδ /LFe = -[Lδ/(μ0?LFe)] ?BFe变换得: BFe=-[μ0?LFe/Lδ] ?HFe  (2)式(2)是根据磁路的的规律得出的关系式,但HFe、BFe之间还必须同时满足环形磁铁材料本身的磁化特性;由于永磁材料作为磁源时,其内部的磁势为负值,故其工作于第二象限的磁化曲线(见图6)。以铁氧体为例,即求得该简单路工作点的HFeN  和 HFeN值从而得出BδN和HδN 值。   直线(2)BFe=-[μ0?LFe/L δ] ?H Fe磁化曲线BFe=(Br/Hc)?HFe+Br为了便于理解,比拟电路long8引入磁阻Rm的概念:Rm=L/(μ?S)    式中L 是磁路的长度,S 是磁路的截面积,  μ 是磁路介质的磁导率。那么图5的气隙磁势Fδ=HδLδ=(B/μδ)?Lδ=[Bδ S/(μδ?S)]?Lδ=Φδ?[Lδ/(μδ?S)]即 Fδ=Φδ?Rmδ    (3)         式中Φδ  称为气隙磁通,Rmδ=Lδ/(μδ?S) 称为气隙磁阻     上式称为“磁路欧姆定律”,对比电路:磁通中相当于电路中的电流I;磁势F相当于电路中的电势E(或电压U);磁阻RM相当于电路中的电阻R。在电机学中long8总希望提高电机的气隙磁通,从而达到提高电机单位体积的出力水平,由(3)式变换成Φδ=Fδ/Rmδ知,要达到这一目的,有以下措施提高Fδ→采用高性能的磁铁减少磁路的磁阻a. 缩短磁路长度;b. 增加磁路截面积;(如加芯片等)c. 增加磁场的磁导率;(用导磁性能好的硅钢片等)图5所示的磁路可以对应电路表示如右:
            磁的基本知识
            磁的基本知识
            磁的范围比较广,讨论起来太泛!而磁场是电机实现能量交换的媒介(磁场和电流是电机工作两个基本条件),所以在下面long8以讨论磁场开始,首先介绍必要的一些概念。为了易懂,long8采用了较为狭义的表述方法(所谓狭义是指在大多数情况下是对的或者说有条件的正确),请大家注意!1、磁通及磁感应强度一条通电导体或一块永久磁铁,它的周围是充满磁场的,在每一点它既有大小也有方向,通常形象地用磁力线表磁场的分布(如图1),借助磁力线,long8介绍两个物理量。a.磁通:用磁力线的数量来表示。如通电导体周围磁力线的总和,long8就叫总磁通,其单位不是long8想象用“根数、条数”表示,而是用麦克斯韦尔Mx或韦伯(Wb)作为其单位,且有1Wb=108 Mxb.磁感应强度B:也称磁通密度即单位面积的磁力线数量。如图1中通过阴影面积S′的磁力线(磁通)为Φ,则B=Φ/S    单位是高斯(GS)或特斯拉(T),且有1T=104 GS2、 磁场及磁场强度图2是一个类似于long8常用的充磁实验装置。环形均质永磁体的上端被切下一段,形成一个长为Lδ的气隙,下端装匝数为W的一个线圈,当线圈通以电流时,便会在圆环磁体内部以及空气隙Lδ中产生磁通。long8定义“I?W”为磁动势F,简称磁势,单位是吉伯(Gb)或安(A),且有1A=0.4π Gblong8知道安培环频定律可表示为:F=∮H?dL=∑(Hi?△Li)=H1△L1+ H2△L2+???+Hn △Ln+???H即为磁场强度,其物理意义可在以下分析中体现。如在图2磁路中将切割的小截磁体放回,则可视为一个特制磁路并设总长为L1,在均质磁路中可认为H处处相等,则  F=∑(Hi?△Li)=H?L   即H=F/L(安/ 米)因此,可以狭义地理解为:磁场强度H是磁路中单位长度上的磁动势。3、 剩磁、矫顽力、磁化曲线及磁导率如图2,long8将切割下来的小截磁体放回即变成一个均匀的磁路,然后将电流从“0”开始,不断加大,这时候磁路的磁通中不断上升见图3”og”段。在达到膝点g之前,磁通Φ随着磁势F(W?I)的增长而线性同步增长,“o-g”基本是一条直线;过g点后磁路渐饱和,Φ的增加速度减缓至a点几乎不再增加;此时若减少流即减小F,Φ不沿“a-g-o”返回,而是沿“a-b”下降;当F=0时,磁通中不为0 (如b点),对应b点的磁通,long8记为Φr并称为“剩磁通”;当线圈改变电流方向即F为负值时,Φ值逐步下降,达到C点,此时磁通Φ为“零”值,对应此时的F值记为Fclong8称为“矫顽力”,余类推,曲线由“c→d→e→f→a”返回。          图3曲线,long8称为磁化曲线,用函数Φ=f(x)表示;由于Φ,F与几何尺寸有关,不便于工程学中对磁性材料的认识和比较,为此将图3中的纵坐标磁通Φ除以磁路的截面积S即变为磁通密度B,将横座标磁势F除以磁路的长度L即变为磁场强度H,经过这种方式的坐标变换后图3磁化曲线Φ=f(x)即变换为图4所示的B=f(H)磁化曲线。它的物理意义在于对于均质磁路,它反映了单位磁势产生单位磁通的能力,也就是这种材料的磁化能力,与尺寸无关。故磁化曲线B=f(H)在工程学上获得了广泛的应用。通常在手册中见到剩磁Br及矫顽力Hc就出自B=f(H)曲线。这里还要引入一个参数μlong8称为磁导率,即 μ=B/H  ,  B=μ?H 这是一个很重要的公式,在铁磁物质中,由于存在饱和现象,μ是一个变化值;在真空(空气可近似)中,μ是个常数,记为μ0,真空磁导率它的值为:μ0 =4π?10-7(享/米)4、 磁滞现象,硬磁材料和软磁材料上面所述的磁化曲线中,当H=0时,B=Br≠0,也就是说磁通密度B落后于磁场强度H的变化,这种“B滞后H”的现象long8称为“磁滞现象”,在图3、图4中,a→b→c→d→e→f这条磁化曲线也称为磁滞曲线。当一种材料的磁滞曲线很宽很肥时,即Br、Hc值较大时,对应的这种材料long8称为硬磁材料。通常long8使用的永磁材料属于这一类。当一种材料的磁滞曲线很窄很瘦时,即Br、Hc值较小时,对应这种材料long8称为软磁材料。通常long8使用的导磁材料如硅钢片,电解板,冷扎板都归这一类。
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