改变磁导率的性能如何改变软启动性能.docx

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改变磁导率的性能如何改变软启动性能

改变磁导率就可以满足磁控软启动的特性。

磁导率

在电磁学中，磁导率是一种材料对一个外加磁场线性反应的磁化程度。

磁导率通常用希腊字母μ来表示。

该形式由奥利弗·赫维赛德于1885年9月创造使用。

在国际单位制单位中，磁导率的单位是亨利每米（Hm-1），或牛顿每安培的平方（NA-2）。

常数值μ0为磁场常数或真空磁导率，并有明确定义[1]值

电磁学中，辅助磁场（auxiliarymagneticfield）H描绘了一个磁场强度B在一个特定的媒介下，怎样影响磁偶极子团，包括偶极子的迁移和磁偶极子的重新定向。

和磁导率的关系为：

当在各向同性介质或各向异性线性系统的第二阶张量媒质中，磁导率μ为一个标量。

通常，磁导率不是一个常数，它可随在媒质中的位置而变化，施加长的频率，湿度，温度，和其他一些参数。

在一个非线性介质中，磁导率取决于磁场的强度。

磁导率作为频率的函数可以呈现实值也可以是复值。

在铁磁性材料中，B和H的关系表现为非线性和迟滞性:

B不是一个H的单值函数[2]，但也同时取决于该材料的背景。

磁导率是每单位长度上的电感。

在国际单位制中，导磁率单位是亨利每米（Hm-1=J/（A2·m）=NA-2）。

辅助磁场H为每单位长度下的电流并且以安培每米（Am-1）的单位被测量。

μH的乘积，因此是电感乘电流每单位面积（H·A/m2）。

但是电感是每单位电流下的磁通量，所以该乘积也是每单位面积的磁通量。

只有磁感应强度B，是以韦伯（电压-秒）每平方-米（V·s/m2）为单位，或特斯拉（T）。

B与一个移动电荷q的洛伦兹力有关：

。

电荷q单位是库仑（C），速率v是m/s，所以该力F以牛顿计算（N）：

H与磁偶极子的密度有关。

一个磁偶极子是一个闭合的电流循环。

其偶矩是电流乘以面积，单位为安培米平方（A·m2），并且其值等于线圈上的电流乘以圈数。

[3]H与其相距的偶极子，H大小与偶极矩除以该距离的立方成比例关系[4]，物理意义为每单位长度下的电流。

相对磁导率

相对磁导率，有时候被定义为符号μr，是特殊介质的磁导率和真空磁导率μ0的比值：

以相对磁导率的形式，磁化率为：

χm，一个无量纲的量，有时候被称为容积或大小系数，为了使其和χp（magneticmass或特性系数）和χM（molar或molarmass系数）区分开。

一些常见的参数

对于一些选定的材料的磁化系数和一个好的磁芯必须有高的磁导率。

磁导率随磁场而变化。

以上所列的值为近似值，并且仅在设定条件的磁场下。

并且，它们的设定频率为0；实际中，磁导率通常是一个频率的函数。

当频率被考虑进去，磁导率可为复数。

注意，磁常数μ0在国际单位制中，有个确定值，因为安培的定义规定了它的值为4π × 10?

7 H/m。

超高磁导率材料

磁导率最高的材料是钴基非晶态磁性合金2714A[7]，其高频退火磁导率为1,000,000（直流磁导率最大值（μ））。

氢退火的（纯铁-N5级）可达到160,000（μ）的磁导率，但相对很昂贵。

对于一些选定材料的磁化系数和磁导率的数据

常用参数式

（1）初始磁导率μi：

是指基本磁化曲线当H→0时的磁导率

公式

（2）最大磁导率μm：

在基本磁化曲线初始段以后，随着H的增大，斜率μ=B/H逐渐增大，到某一磁场强度下（Hm），磁密度达到最大值（Bm），即

公式

（3）饱和磁导率μS：

基本磁化曲线饱和段的磁导率，μs值一般很小，深度饱和时，μs=μo。

（4）差分（增量）磁导率μΔ∶μΔ=△B/△H。

ΔB及△H是在（B1，H1）点所取的增量如图1和图2所示。

（5）微分磁导率，μd∶μd=dB/dH，在（B1，H1）点取微分，可得μd。

可知：

μ1=B1/H1，μ△=△B/AH，μd=dB1/dH1，三者虽是在同一点上的磁导率，但在数值上是不相等的。

非磁性材料（如铝、木材、玻璃、自由空间）B与H之比为一个常数，用μ。

来表示非磁性材料的的磁导率，即μ。

=1（在CGS单位制中）或μ。

=4πX10o－7（在RMKS单位制中）。

在众多的材料中，如果自由空间（真空）的μo=1，那么比1略大的材料称为顺磁性材料（如白金、空气等）；比1略小的材料，称为反磁性材料（如银、铜、水等）。

本章介绍的磁性元件μ》1是大有用处的。

只有在需要磁屏蔽时，才会用铜等反磁性材料做成屏蔽罩使磁元件的磁不会辐射到空间中去。

下面给出几个常用的参数式：

公式

（1）有效磁导率μro。

在用电感L形成闭合磁路中（漏磁可以忽略），磁心的有效磁导率为：

式中L——绕组的自感量（mH）；

W——绕组匝数；

磁心常数,是磁路长度Lm与磁心截面积Ae的比值（mm）．

（2）饱和磁感应强度Bs。

随着磁心中磁场强度H的增加，磁感应强度出现饱和时的B值，称为饱和磁感应强度B，。

（3）剩余磁感应强度Bs。

磁心从磁饱和状态去除磁场后，剩余的磁感应强度（或称残留磁通密度）。

（4）矫顽力Hco。

磁心从饱和状态去除磁场后，继续反向磁化，直至磁感应强度减小到零，此时的磁场强度称为矫顽力（或保磁力）。

公式

（5）温度系数aμ°温度系数为温度在T1～T2范围内变化时，每变化1℃相应磁导率的相对变化量，即

式中μr1——温度为T1时的磁导率；

μr2——温度为T2时的磁导率。

值得注意的是：

除了磁导率μ与温度有关系之外，饱和磁感应强度BS、剩余磁感应强度BR、矫顽力HS，以及磁心比损耗（单位重量损耗W/kg）等磁参数，也都与磁心的工作温度有关。

磁控软启动

软启动器

作用

通常而言，3相交流电机有很大的启动电流,通常可以高达额定电流的7-15倍.如果将其直接连到电网上,启动电流会对电网造成很大的冲击.同样的,由于其较大的启动电流,电机的启动扭矩亦可达到额定转矩的2-5倍,过高的负载同样会对其负载的机械,如压缩机,泵等造成不良的影响.为了避免上述情况,人们使用软启动器来限制电机的启动电流和扭矩.当然变频器也可以达到这个要求,但是相对而言软启动器是一种较为经济的选择.

本技术领域研究的主要内容分三个方面阐述：

一是使电动机的输出力矩满足机械系统对起动力矩的要求，保证平滑加速，平滑过渡，避免破坏性力矩冲击；

二是使起动电流满足电动机承受能力的要求，避免电动机起动发热造成绝缘破坏或烧毁；

三是使起动电流满足电网电能质量相关标准要求，减少电压暂降幅度，减少高次谐波含量等。

软起动器与变频器有什么区别

软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。

变频器是用于需要调速的地方，通过改变输出频率来实现电动机转速的调节，变频器一般是长期工作制；变频器具备所有软起动器功能。

软起动器用于电机起动，起动过程结束，软起动装置退出，所以软起动器一般是短期工作制。

节能原理

电动机软起动器本身并不节能，第一它不是用电设备，只是简单功能产品，实现电动机软起动；第二它是短时工作，起动结束后就退出。

但电动机软起动技术的应用可以实现拖动系统节能：

1、降低电机起动对电力系统的要求，电力变压器选用可保证始终运行在经济运行区，降低电力变压器运行损耗，从而节能。

2、电动机起动问题交由软起动装置来解决，避免大马拉小车现象，电动机的选择可以更科学，更经济、更合理。

应用范围

输送带,压缩机,风机,泵,搅拌装置,离心分离机,铣床,磨床,破碎机,圆锯等。

软起动典型应用

1、水泵：

利用泵控制功能，在起动和停止时，减少液流冲击所产生的泵流水锤现象，节省了系统维修费用；

2、球磨机：

利用电压斜坡起动，减少齿轮转矩的磨损，减少维修的工作量，延长使用寿命；

3、风机：

利用固态软起动器取代了传统起动器，减少皮带磨损和机械冲击；

4、压缩机：

利用限流，实现了平滑起动，降低电机温升；

5、破碎机：

利用堵转保护和快速保护，避免机械故障和阻塞造成电动机过热而烧毁；

6、输送机械：

利用软起动和软停机控制，实现平滑渐进的起动过程和平滑减

软起动的分类

软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的；后者的调节是连续的。

传统的软起动均是有级的。

本文关心的是无级的，它们是液阻软起动、晶闸管软起动和磁控软起动。

变频调速装置液是一种软起动装置，它是比较理想的一种，它可以在限流同时保持高的启动转矩。

价格贵是制约其推广应用的主要因素。

在电动机定子回路，通过串如有限流作用的电力器件实现软起动，叫做降压或者限流软起动，它是软起动中的一个重要类别。

按限流器件不同可分为：

以电解液限流的液阻软起动，以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动，以磁饱和电抗器为限流器件的磁控软起动。

液阻软起动

液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。

它的阻值正比于相对的二块电级板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电到率都便于控制；液族的热容量大。

液阻的这两大特点（阻值可以无机控制和热容量大），恰恰是软起动所需要的；加上另一个十分重要的优势即低成本使液阻软起动得到广泛的应用。

液阻软起动也有缺点。

一是液阻箱容积大的，其根源在于阻性限流，减少容积引起温升加大。

一次软起动后电解液通常会有10~30℃的温升，使软起动的重复性差。

二是移动极板需要有一套伺服机构，它的移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化。

三是液阻软起动需要维护，液箱中的水需要定期补充。

电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要做表面处理（据说是2~3年一次）。

四是液阻软起动装置不适合于置放在易结水或颠簸的现场。

置所需要的辅助电源功率的大小。

液阻软起动

液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。

它的阻值正比于相对的二块电级板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电到率都便于控制；液族的热容量大。

液阻的这两大特点（阻值可以无机控制和热容量大），恰恰是软起动所需要的；加上另一个十分重要的优势即低成本使液阻软起动得到广泛的应用。

液阻软起动也有缺点。

一是液阻箱容积大的，其根源在于阻性限流，减少容积引起温升加大。

一次软起动后电解液通常会有10~30℃的温升，使软起动的重复性差。

二是移动极板需要有一套伺服机构，它的移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化。

三是液阻软起动需要维护，液箱中的水需要定期补充。

电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要做表面处理（据说是2~3年一次）。

四是液阻软起动装置不适合于置放在易结水或颠簸的现场。

液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。

它的阻值正比于相对的二块电级板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电到率都便于控制；液族的热容量大。

液阻的这两大特点（阻值可以无机控制和热容量大），恰恰是软起动所需要的；加上另一个十分重要的优势即低成本使液阻软起动得到广泛的应用。

液阻软起动也有缺点。

一是液阻箱容积大的，其根源在于阻性限流，减少容积引起温升加大。

一次软起动后电解液通常会有10~30℃的温升，使软起动的重复性差。

二是移动极板需要有一套伺服机构，它的移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化。

三是液阻软起动需要维护，液箱中的水需要定期补充。

电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要做表面处理（据说是2~3年一次）。

四是液阻软起动装置不适合于置放在易结水或颠簸的现场。

近年有所谓的热变液阻软起动装置，通过液阻本身在软起动过程中的温升，借助电解液电导率与温度的正相关性实现无极板伺服机构的软起动。

但是，其可行性大可质疑；它的限流器件不具备限流能力易控性，装置对使用环境温度要求高，软起动重复性差。

液阻软起动装置可以串在绕线电动机转子回路实现过程中不产生高次谐波等等，则是它突出的优点。

预言它即将被淘汰，肯定是为时过早。

液阻软起动装置国外早已使用。

在国内，至今仍然运行着不少国外的液阻软起动产品（来自日本、加拿大、意大利等国），出场日期从20世纪60年代到90年代均有。

国内产品的生产厂家很多，知名度较高的有湖北襄樊的追日公司、大力公司、雷诺尔公司、沈阳前特兰公司以及上海的几家公司等。

晶闸管软起动

晶闸管软起动产品问世不过30年左右的时间，它是当今电力电子器件长足进步的结果。

10年前，电器工程界就有人指出，晶闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。

目前在低压（380V）范围内，晶闸管软起动产品价格已经下降到液阻软起动的大约2倍，而其主要性能却大优于液阻软起动。

与液阻软起动相比，它的体积小、结构紧凑，维护量小，功能齐全，菜单丰富，起动重复性好，保护周全，这些都是液阻软起动难以望其项背的。

但是晶闸管软起动产品也有缺点：

一是高压产品的价格太高，是液阻的5~10倍；二是晶闸管引起的高次谐波较严重；三是对于绕线转子异步电机无所作为。

在这几个缺点中，价格高是制约其发展的主要因素。

对于贫者，无力选用它；对于富者，何不直接选用高压变频装置？

这就是高压晶闸管软起动比较受冷落的原因。

生产高压晶闸管软起动的厂家主要是：

Rockwell、Motorlronics和Benshaw等三家国外厂家，国内据说某研究所近期会由此类产品问世。

据调查，国内外厂家截至2001年9月在中国大陆的高压晶闸管软起动销售量仅仅为30多台。

软起动过程描述参数与软起动装置优劣评分项目

为了能够客观的对软起动过程以及装置做出比较和评价，提出以下15条。

不言而喻，所有的比较和评价只有在电网、电动机和负载相同的条件下才有意义。

·软起动能否完成以及起动（完成）时间；

·软起动过程中的电动机最大电流（%）；

·软起动过程中电网的最大电压降（%）；

·软起动过程中电动机有否机电共振等异常现象；

·软起动过程中电流的高次谐波含量（%）；

·软起动装置的价格（常以单位容量的人民币表示）；

·软起动装置允许的连续起动次数；

·软起动装置站用的空间太少；

·软起动装置限流器件开度的易控性；调节是否平滑、快速；

·软起动装置对使用环境要求的裕度；

·软起动装置的启动重复性（相连两次软起动“过程描述参数”的守恒性）；

·软起动装置所提供的起动和停止方式的多样性；

·软起动装置所具备的对于装置本身以及电动机综合保护功能的完备性（包括过流、过载、欠相、起动超时、接地等，还包括故障提示和显示、诊断、记忆等）；

·软起动装置在起动过程中的噪声大小；

·软起动装置所需要的辅助电源功率的大小。