电磁感应的优点
电磁感应的优点范文第1篇
直接转矩控制系统具有结构简单、动态响应快和鲁棒性好等优点，广泛应用于交流电机的高性能驱动控制［1-4］。以往对于直接转矩控制系统的研究主要集中在改善低速和轻载时的运行性能、降低转矩脉动和无速度传感器控制技术等方面［5-7］，对直接转矩控制系统的效率优化研究相对较少。感应电机运行时的效率与电机的励磁水平直接相关。一定工况条件下，磁链幅值越大，铁芯损耗（磁滞损耗和涡流损耗）越大；而当电机的励磁水平下降到一定幅值时，电机的铜耗会随着磁链的减小迅速增大。因此在负载和转速一定时，存在一个最优磁链幅值使电机功耗最小。目前，感应电机的效率最优控制技术大多用于矢量控制系统［8-9］，主要包括以下3种基本类型：简单状态控制［10］SSC（SimpleStateControl）；基于损耗模型的控制［11-13］LMC（Loss-Mode-basedControl）；输入功率最小的在线搜索控制［14-15］SC（SearchControl）。简单状态控制易于实现，但不能保证电机损耗是全局最小；基于损耗模型的控制方法利用电机损耗模型解析地推导损耗最小或效率最大时的最优磁链值，具有简单、快速、不需要额外硬件等优点，缺点是过于依赖电机参数；在线搜索控制是在精确测量输入功率的基础上，通过在线搜索的方式获得最优磁链值，使输入功率达到最小，实现效率最优控制，其最大缺点是收敛时间较长，一般不适合需要频繁改变电机运行状态的应用场合。虽然不同的效率优化方法思路有所差别，性能也各有长短但本质上都是根据电机的不同运行工况来调节磁链幅值，使电机的损耗下降，从而提高电机的运行效率。本文在分析感应电机功率损耗产生机理的基础上，建立了定子磁场定向坐标系下计及铁芯损耗的近似感应电机模型方程，提出了一种基于损耗模型的感应电机直接转矩控制系统的效率最优控制方法。该方法以定子磁链作为优化变量，从而可以自然地应用于直接转矩控制系统。在保持直接转矩控制的快速动态响应特性的同时，可以明显减小电机轻载时的功率损耗，提高系统的运行效率。
1定子磁场定向坐标系下计及铁损的感应
电机数学模型根据交流电机理论，同步旋转坐标系（d-q坐标系）中，计及铁芯损耗的三相感应电动机模型方程［16］可写成：式（1）—（3）中，p=d／dt为求导算子；ωs为同步角速度；ωr为转子电角速度；ωsl为转差角速度，ωsl=ωs-ωr；Rs、Rr、Rfe为定、转子电阻及铁损等效电阻；Lls、Llr为定、转子漏感；Ls、Lr、Lm为定、转子自感及互感；isd、isq、ird、irq为d、q轴定、转子电流分量；ifed、ifeq、imd、imq分别为d、q轴铁损等效电流和励磁电流；usd、usq为d、q轴定子电压；np为极对数；Te为电磁转矩。为使上述电机模型能方便地用于直接转矩控制系统，做如下简化处理：忽略定、转子漏感Lls、Llr；电机参数保持不变，忽略磁饱和与温升对参数的影响。
2感应电机直接转矩控制系统的效率优化
基于图1，感应电机铜损pcu可写为：对于一定工况条件（给定的转矩Te和转速ωr），式（19）表示的功率损耗Ploss是一个关于定子磁链幅值λs的凸函数。令dPloss／dλs=0，可得效率最优的定子磁链幅值为：图2为感应电机的效率最优空间矢量直接转矩控制系统的结构图。图2中的下标α和β表示静止两相坐标系中的变量。系统中定子相电流ia、ib和转速ωr由传感器检测。定子磁链幅值λs和磁链角θs由式（22）的电压模型估算，电磁转矩由式（23）进行估算。
3实验结果与分析
实验系统采用电机控制专用数字信号处理器TMS320F2812为主控制器，功率驱动电路由单相二极管桥式整流器、大电容滤波和三相二电平IGBT逆变器组成。相电流由霍尔电流传感器检测，电机转速由增量式光电编码器检测。实验数据通过TMS320F2812自带RS-232串行通信口，将采集的数据传送到上位机。这种数据采集方式可以防止额外的检测电路对系统的干扰，提高实验系统运行的可靠性。电机空载起动后运行到t=12s时启动效率最优控制。图3为实验测得的电机转速（给定值为nr=500r／min）、输出转矩、定子磁链幅值和功率损耗。可见，起动时直接转矩控制系统的转矩动态响应很快，转速上升平稳。启动效率最优控制后，磁链迅速由0.75Wb下降到约0.42Wb，电机损耗由33W下降到19W，优化过程中的转矩和转速波动较小，系统调速性能优良。图4为定子磁链轨迹，外环为一般空间矢量直接转矩控制对应的磁链轨迹，内环为效率最优控制后直接转矩控制的磁链轨迹。图5为优化控制前后电机的运行效率曲线，可见，在20%的额定负载（0.7N•m）条件下，引入效率最优控制后，电机的运行效率由平均55%提高到约68%。实验结果表明了该方法的有效性。
电磁感应的优点范文第2篇
关键词 隧道磁电阻效应；传感器；电力系统
中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0196-02
0引言
传感测量技术贯穿了电力系统发电、输电、变电、配电、用电和调度等主要环节，是实现电力系统智能化的必要条件[1]。传感器技术的进步与材料学中新发现密切相关。隧道磁电阻效应是近年新发现的物理现象，本文主要讨论隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用。
1磁电阻效应
1.1巨磁电阻效应
图1 Fe/Cr多层膜电阻与磁场的关系
磁电阻效应是指由磁场引起的材料电阻率发生变化的现象，其变化大小的比率称为磁电阻变化率，记为MR=Δρ/ρ(H)=[ρ(0)-ρ(H)]/ρ(H)。大多数磁性金属都存在磁电阻效应效应，但MR值很小，一般低于3%，因此实用性较低。1988年，科学家在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应(Giant MagnetoResistance Effect，GMR效应)（图1）。GMR效应的MR值接近50%，因此很快实现工业应用并成为大容量硬盘制造的关键技术。2007年发现GMR效应的两位科学家获得了诺贝尔物理奖[2]。GMR技术已应用于多种磁敏传感器中，但由于层间交换耦合导致饱和磁场较高，影响了基于GMR技术的传感器的敏感度。
1.2 隧道磁电阻效应
随着GMR效应研究的深入，在铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层类型磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction，MTJ）（图2）中发现了隧道磁电阻效应（Tunnel MagnetoResistance Effect，TMR效应），其MR值可以达到400%。TMR效应来源于电子自旋相关的隧穿效应，即当两铁磁层平行时，一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大，磁性隧道结为低阻态；若两磁性层反平行时，一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，而少数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，这种状态的隧穿电流比较小，是高阻态。由于两铁磁层的矫顽力不同，当饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁化矢量首先翻转，两铁磁层的磁化方向变成反平行。因此，可以通过施加外磁场的方式改变两铁磁层的磁化方向为相互平行或反平行，从而使得隧穿电阻发生变化，即产生TMR效应[2]。由于TMR磁性隧道结的两铁磁层间基本不存在层间耦合，所以只需要一个很小的外磁场即可实现铁磁层磁化方向的改变，引起隧道磁电阻的巨大变化，因此TMR元件具有很高的磁敏感度。而且，TMR元件还具有电阻率高、能耗小、性能稳定的特点，所以TMR元件作为磁敏感元件，在各种电流、位置、角度传感器中具有很好的应用前景。
图2 隧道磁阻效应（TMR）原理图
2 隧道磁电阻传感器
2.1 TMR电流传感器
（a） （b）
图3 TMR电流传感器结构
TMR电流传感器通常采用如图3（a）所示的惠斯通电桥结构，这种结构中包含有4个TMR元件，所有TMR元件均未屏蔽，但R1、R2和R3、R4的磁敏感方向相反。当磁场变化时，R1、R2电阻变大，而R3、R4电阻变小，这样可以输出较大的电压。TMR磁传感器也可以采用如图3(b)所示的半桥结构，这种结构只包含2个磁敏感方向相反的TMR元件，虽然输出电压和灵敏度减小，但功耗低，尺寸小，成本低，使用更加灵活。
如表2所示，与现有的电流互感器、感应式磁力计、霍尔传感器和OFCT电流传感器等电流测量方式相比，TMR电流传感器具有能够测量从直流到高频（MHz）信号、测量范围宽、灵敏度高、温度稳定性好、体积小等优点。而且，对于电力系统分布式测量和数据采集而言， TMR电流传感器具有结构简单、成本低廉、便于大规模推广使用的优势。
附表2 TMR与常见电路传感器
种类 CT电流互感器 霍尔电流传感器 光纤电流传感器 TMR电流传感器
原理 电磁感应 Hall效应 磁光效应 隧道磁电阻效应
体积 大 小 大 小
直流测量 否 是 是 是
灵敏度 低 低 高 高
有源/无源 无源 有源 无源 有源
成本 高 低 高 低
2.2 TMR角度传感器
图4 TMR角度传感器
TMR角度传感器如图5(a)所示，TMR传感器平行贴近安装在转轴附近，并使转轴轴线垂直穿过传感器检测平面中心，转轴上放置磁铁，TMR传感器与磁铁间隙不变，磁铁随着转轴旋转，传感器磁敏感方向上的磁场分量呈正(余)弦变化，使用敏感轴正交的两个TMR传感器就可以检测360度角度变化。另一种角度测量方式见图5(c)，当齿轮转动时，靠近齿轮的永磁体磁场分布会发生变化，放置的TMR传感器将有周期性信号输出，通过对信号的分析处理即可得到转动角度变化。
3 TMR传感器的不足
TMR传感器是一种新型高灵敏度磁敏传感器，适用于电力系统中各种交直流、电压、频率、位移、角度等的传感测量，但在实际推广使用中，还存在一些问题需要考虑。
1）TMR传感器的本质是磁场测量，因此必须考虑电磁兼容性，需采用屏蔽、滤波等多种手段减小干扰；
2）TMR传感器存在一定的磁滞误差，需通过数据预处理方式消除误差；
3）TMR传感器属于有源测量方式，因此在分布式测量时要额外考虑供电电源；
4）TMR传感器具有方向性，安装时要注意传感器敏感轴的位置和方向。
4 结论
TMR传感器对于磁场具有很高的敏感性，可测量从直流到高频的电力信号，具有很宽的频率范围，可用于电流传感器、电压传感器、功率传感器、位移传感器、角度传感器、开关传感器等，与现有的传感器相比，TMR传感器具有灵敏度高、可靠性好、测量范围宽、抗恶劣环境、温度稳定性好、体积小、成本低等优点，对于智能电网分布式测量而言，具有广阔的应用前景。
参考文献
电磁感应的优点范文第3篇
关键词：电磁成形；平板件成形；粉末压制
中图分类号：TG391 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）35-0011-02
电磁成形的基本原理就是电磁感应定律，由电磁感应定律可知变化的电场周围会产生变化的磁场，变化的磁场又会在其周围空间激发涡旋电场，处于此电场中的导体中就会产生感应电流，带电导体在变化的磁场中就会受到电磁力，电磁成形技术就是以此为动力作用在工件上，使工件发生变形。由于工件发生变形的速度非常快，时间短，所以能够显著改善材料的塑，并能减小回弹量及残余应力。
1 电磁成形技术的发展概况
20世纪20年代，研究人员在脉冲磁场实验中发现在磁场中用来成形的线圈会发生膨胀甚至破裂，这激发了研究人员对于电磁成形技术的研究。从20世纪50年代末出现第一台电磁成形机后陆续出现各种能量的电磁成形机，电磁成形技术开始在航空航天，汽车等行业得到应用。80年代后，电磁成型技术已经发展较为成熟并在欧美等发达国家开始广泛的应用，并且已经系列化、标准化。
目前，电磁成形技术已可应用于板料的冲压成形，管件的连接扩孔以及粉末压制等众多领域。
2 电磁成形在板材成形中的应用
对板材的电磁成形加工，其示基本原理如图1所示。
当储能电容器向成形线圈中放电时，线圈中就产生变化的电流，由电磁感应定律可知，变化的电流会在其周围空间产生变化的磁场，随着电容器的不断充放电，就在线圈周围空间将产脉冲磁场，脉冲磁场中的工件中就会感应出电流（涡流），工件就成为带电体，而处于急剧变化的磁场中的带电体会受到磁场力的作用，当该磁场力超过材料的屈服极限时，工件就会发生塑性变形，从而达到加工零件的目的。
2.1 电磁成形加工高强钢
随着全球汽车数量的不断增加，能源短缺、环境污染等一系列问题随之而来，采用高强度钢来使汽车轻量化已经成为目前汽车行业的发展趋势。但高强度钢的屈服强度和抗拉强度都很高，在压力加工过程中容易出现破裂和回弹等现象，零件的形状尺寸也难以得到精确的控制。因此，高强钢的加工成形技术已成为当前汽车行业急需解决的难点问题。
以目前汽车行业应用较多的烘烤硬化钢（BH钢）为例，从图2可以看出在高强度钢板在均匀变形阶段，通过电磁成形加工的零件应变值要大于准静态成形加工方式，这说明电磁成形技术能够提高这两种高强度钢的成形性能。
2.2 电磁成形加工镁合金
镁合金是一种密度低，强度高，电磁屏蔽性能好，减震抗震性能优良且无污染的金属材料，在航空航天、军事以及汽车等领域具有非常广阔的应用。但镁合金的在常温下的塑性较差，难以加工成形，这大大限制了其在工程中的应用和发展。
通过图3可以看出镁合金板材通过电磁成形加工的成形极限要高于杯突实验条件下的，说明通过电磁成形加工也能提高镁合金板材的塑性变形能力。
3 电磁成形在粉末压制领域中的应用
如图4所示，储能电容器向线圈放电后，线圈中就产生一强脉冲电流，并在线圈的周围空间感应出一个变化的磁场，并在驱动片上激发感应涡流，同时这个感应涡流也在其周围空间感应出一个变化的磁场，感应涡流在两个磁场的综合作用下产生一个强大的电磁力，经过放大器放大后推动冲头实现粉末的压制。
在电磁压制过程中，脉冲电磁力在上层粉末尚未完全被压实时就以应力波的形式像下传递，制备的压坯密度分布更加均匀。此外，由于电磁压制的压制速度要远高于传统的静压制，可明显提高压坯的密度和强度。
无镉中温银基钎料在焊接时的润湿性和填缝性能优异，且焊接接头的强度、塑性、导电性以及耐腐蚀性能优良，在微电子封装、航天、军工等行业中具有十分重要的应用价值。
将某无镉中温银基钎料的基础粉末在一定的放电电压及电容下，采用不同的平面螺旋线圈进行电磁压制和在压力机上进行压制（150 MPa）得到的压坯相对密度如图5所示。从图中可以看到，通过选择合适的放电参数，可获得相对密度远高于在150 MPa静压力下所获得的压坯致密度。
4 展望
电磁成形技术具有单位能量小、效率高、材料微观变形均匀、成本低、加工质量好且无污染等优点。电磁成形技术应用在高强度钢、镁合金的加工过程中，改善成形性能，提高成形极限；也可以在粉末压制过程中提高压坯的密度及分布的均匀性。这些都顺应了当前工业领域的发展要求，随着电磁成形技术的越加成熟和完善，将在众多工业领域中得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1] 李春峰.高能率成形技术[M].北京：国防工业出版社，2001.
[2] 夏晓锋.高强钢板电磁成形实验研究[D].武汉：武汉理工大学，2011.
电磁感应的优点范文第4篇
1、知道电磁驱动现象．
2、知道三相交变电流可以产生旋转磁场，知道这就是感应电动机的原理．
3、知道感应电动机的基本构造：定子和转子．
4、知道感应电动机的优点，知道能使用感应电动机是三相交变电流的突出优点．
二、能力目标
1、培养学生对知识进行类比分析的能力．
2、培养学生接受新事物、解决新问题能力．
3、努力培养学生的实际动手操作能力．
三、情感目标
1、通过让学生了解我国在磁悬浮列车方面的研究进展，激发他们的爱国热情和立志学习、报效祖国的情感．
2、在观察电动机的构造的过程中，使学生养成对新知识和新事物的探索热情．
教学建议
1、由于感应电动机的突出优点，使它应用十分广泛、本节对它做了简单的介绍，以开阔学生眼界，增加实际知识．但作为选学内容，对学生没有太高的要求，做些介绍就可以了．
2、可以通过回忆前一章习题中提到的电磁驱动现象，本节的关键是通过演示、讲解使学生明白三相交变电流也可以产生旋转磁场，做到电磁驱动，这就是感应电动机的原理．这有利于新旧知识的联系和加强学生学以致用的意识．有条件的可以看实物或带学生参观，以增加实际知识．
3、课本中的感应电动机的内容，简要地介绍了感应电动机的转动原理，其中的核心内容是旋转磁场概念．建议教师如果可能的话，应找一台电动机，拆开了让学生看一看各个部分的形状．三相感应电动机在工农业生产中的应用很广泛，最好能让学生看一些实际例子．
教学设计示例
感应电动机
教学准备：幻灯片、感应电动机模型、学生电源、旋转磁铁
教学过程：
一、知识回顾
电磁驱动现象说明
二、新课教学：
感应电动机
1、过回忆绍电磁驱动现象：在U形磁铁中间放一个铝框，如果转动磁铁，造成一个旋转磁场．铝框就随着转动．这种电磁驱动现象．
告诉学生感应电动机就是应用该原理来工作的．
2、旋转磁场的产生方法：
旋转磁铁可以得到旋转磁场
在线圈中通入三相交流电也可以得到旋转磁场．
3、感应电动机的结构介绍
定子：固定的电枢称为定子
转子：中间转动的铁心以及铁心上镶嵌的铜条叫转子
4、鼠笼式电动机模型介绍
感应电动机的转子是由铁芯和嵌在铁芯上的闭合导体构成的．闭合导体是由嵌在铁芯凹槽中的铜条（或铝条）和两个铜环（或铝环）连在一起制成的，形状像个鼠笼，所以这种电动机也叫鼠笼式感应电动机．
5、感应电动机的转动方向控制
电磁感应的优点范文第5篇
关键词：空心电抗器，三相，磁场，磁感应强度
1 引言
因为干式空心电抗器具有良好线性度、损耗低、参数稳定、防火性能好等优良性能的电气特点,得到了世界各国的重视。当前大量使用的三相空心电抗器按其安装位置可以分为垂直排列、水平排列、品字形排列和梯形排列。三相空心电抗器在运行时，将不可避免的对周围产生强烈的磁场,从而导致在电抗器本身和周围物质中产生涡流和形成环流,造成损耗的增加和温度的升高,甚至会因强磁场而引起误动作。故需要找出三相空心电抗器运行时磁场的分布规律。传统的三相空心电抗器磁场的计算方法中，是导出了基于圆柱坐标的磁场计算公式，并且是针对常用四种排列方式的具体情况进行计算的。本文导出了基于笛卡尔坐标的磁场计算公式，得出任意排列方式下三相空心电抗器的磁场计算方法。
2 三相空心电抗器磁场的计算
当前大量使用的三相空心电抗器按其安装位置可以分为垂直排列、水平排列、品字形排列和梯形排列四种排列方式。设三相电抗器各相的参数相同，同时认为三相电抗器运行时处于平衡状态。设第一相电抗器每匝电流为,第二相每匝电流,则第三相每匝电流，式中，。其中为的有效值。
在这里将径向分量变换为适合三相计算的，和，则相应的变形为，和，这是为方便计算而作出的有效变换形式，其中，，则，这里x0,y0,z0为空间任意点P(r0,z0)的坐标，。同样，可以通过变换得到关于轴向分量和。因为
则通过上述变换，我们可以求出空间任意点关于坐标轴方向的三个分量
通过对常用的四种不同排列方式三相空心电抗器的磁场分布的计算，可知三相电抗器的磁场计算与每一相的位置有紧密联系，所以在计算每一相所对应的磁感应强度时要注意各相电抗器的中心位置。设第一相中心点为原点（0,0,0），第二相的中心点为（X2,Y2,Z3），同样第三相中心为（X3,Y3,Z3）。对于空间任一点P(x0,y0,z0) ,第一相在P点的磁感应强度为、、；第二相到P点x、y向分别为、,轴向为=z0-Z2,所以第二相在P点的磁感应强度为、、;同样的可以求出第三相在P点的磁感应强度为、、，其中、，=z0-Z3，则三相电抗器在P点总的磁感应强度为、、。综上所述，对于任意组合的各种排列方式，只要知道每一相的中心位置坐标及电流值，就可以通过上述方法进行计算。
3 计算实例
利用本文介绍的方法，计算三相干式空心电抗器的磁场。假定其中每个单相空心电抗器的参数相同且所有绕组都置于一个包封中，其中绕组高度为H=1.4m，内直径为D1=1.2m，外直径为D2=1.8m，绕组共有n=10层,每层匝数W=700，流过电抗器总的电流为3.5×105A。在单相计算时，将电抗器的绕组沿高度等分成100等分，分别计算各层绕组不同等分处的磁感应强度的两个分量。累加得每相对任一位置的磁感应强度，最后对三相在相同的任一位置磁感应强度相加，便可得到三相空心电抗器对任一位置处的磁感应强度的两个分量。
以三相水平放置为例，各相中心相距4m，即X2=4m，X3=8m，则对空间任意点P(x,0,z)的磁感应强度计算，可得如图所示。
