船舶电气设备及系统-大连海事大学第01章电与磁ppt课件

1、第1章 电与磁1.1 磁场的根本概念与根本物理量1.2 磁路及其根本定律1.3 电流在磁场中的力效应1.4 电磁感应磁场的根本物理量和磁路的根本定律是学习船舶的根底，在了解磁感应强度、磁场强度、磁通等概念的根底上，进一步了解铁磁资料的高导磁性、磁饱和性和磁滞性及其运用。 本章重点磁场1.1 磁场的根本概念与根本物理量1.1.1 磁场的根本概念电流的磁效应磁力线磁通1.1.2 磁场的根本物理量-国际制单位制(SI): 伏.秒，称韦伯(Wb)1 Wb = 108Mx-电磁单位制: 麦克斯韦(Mx)磁通是一个矢量，其方向与该处的磁场方向一致。磁通的定义是磁感应强度假设磁场为均匀磁场与垂直于磁场方向的

2、面积的乘积，磁通是穿过某一截面S的磁力线总数。与磁场方向相垂直的单位面积上经过的磁通磁力线磁感应强度I 单位：安培(A)F 单位：牛顿(N)l 单位： 米(m) B-国际制单位制(SI): Wb/m2，称为特斯拉(T)B-电磁单位制: 高斯(Gs) 1T=104Gs磁感应强度表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量为一矢量，假设磁场内各点B大小相等、方向一样，那么为均匀磁场。对非均匀磁场，B为S内的平均值，也称磁通密度。丈量磁场强度 磁场强度是计算磁场所用的物理量，为矢量，用来确定磁场与电流之间的关系，其大小为磁感应强度和导磁率之比。B 单位：特斯拉 单位：安/米 单位：亨/米物理学安培环路定律

3、典型无分支闭合磁路IN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势，用字F表示磁动势的单位是安培(A)。磁压降磁导率表征各种资料导磁才干的物理量亨/米 真空中的磁导率( )为常数普通资料的磁导率 和真空中的磁导率之比，称为这种资料的相对磁导率，那么称为磁性资料，那么称为非磁性资料在工程上, 物质按其磁性划分为两类, 即铁磁资料(或叫磁性资料)和非铁磁资料。铁磁资料主要是指铁、钴、镍及其合金。1.1.3 铁磁资料的磁性能 铁磁资料的磁导率0。将铁磁资料放入电流磁场中，它将被磁化而产生很强的附加磁场。因此可用较小的励磁电流产生足够大的磁感应强度和磁通。1) 高导磁性磁畴 磁化 c点以后为饱和段饱和电抗器2)

4、 磁饱和特性B-H 曲线, 或称磁化曲线, 可经过实验获得。 BH磁化曲线与H曲线磁化曲线大致可分成三段:ab段为非饱和段线性电抗器bc段为半饱和段普通电机、变压器的铁心 假设励磁线圈中通入交变励磁电流, 对铁心进展反复磁化, 磁感应强度的大小和方向的变化总是滞后于磁场强度的变化, 这种特性称为磁滞特性.3) 磁滞性磁滞回线为消除剩磁所加的反向磁场强度值Hc称为矫顽力。当断开励磁电流(H=0)后, 磁感应强度仍不为零的景象, 称为剩磁特性。铁磁资料的类型分为典型的三种类型:1.软磁资料:矫顽力小, 磁滞回线狭窄. 如铸铁、铸钢、纯铁、硅钢、坡莫合金和铁氧体等资料。电机、变压器等电器的铁心采用软

5、磁资料。磁化曲线a-铸铁； b-铸钢；c-硅钢片 剩磁很大, 磁滞回线外形近似矩形. 在自动控制系统用做记忆元件、开关元件和逻辑元件的磁心资料. 常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等.2.硬磁资料:矫顽力、剩磁均较大, 磁滞回线宽. 普通用来制造永久磁铁. 如钨钢、钴钢及铁镍铝钴合金等.3.矩磁资料:磁路：磁通所经过的特定的途径。直流电机交流接触器继电器变压器1.2 磁路及其根本定律1) 磁路的欧姆定律设变压器由单一铁心构成的均匀磁路Hl = I = INH=B/=/S磁动势F=IN磁阻 磁路欧姆定律2) 磁路的基尔霍夫磁流定律 对于有分支的磁路, 进入封锁面磁通的代数和等于零(磁通的延续

6、性), 即= 0磁路有气隙或由不同资料不同截面的路段所组成的单一闭合磁路, 称为串联磁路。3) 磁路的基尔霍夫磁压定律磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U根本定律 磁阻磁感应强度安培环路定律磁 路IN欧姆定律电阻电流强度克氏电压定律克氏电流定律电 路R+_EI1.3 电流在磁场中的力效应 载流导体在磁场中会遭到电磁力的作用，称为电流在磁场中的力效应。这个力叫做电磁力，用字母F表示。 (a) (b) (c)电流和磁场间的作用力的关系电磁作用力的大小 电磁力的方向左手定那么 磁场对载流导体的作用力(左手定那么)1.4 电磁感应电磁感应景象有两种表现方式:当穿过线圈的磁通发生变化

7、时，在线圈内产生感应电动势。当运动的导体切割磁力线时，在导体内产生感应电动势。直导体中的感应电动势 (a) (b)运动的导体在磁场中的感应电势与右手定那么线圈中的感应电动势 线圈的感应电势感应电动势方向确实定感应电动势的大小等于线圈的匝数与磁通变化率的乘积 。感应电动势的方向由楞次定律得出：感应电动势的方向总是使得其感应电流产生的磁通来阻止原有磁通的变化 。自感 当经过线圈的电流发生变化时，那么由该电流所产生的、穿过线圈的磁通也发生变化，从而使线圈本身产生自感电动势，这种景象称为自感景象，这种感应电动势称为自感电动势。=N，称为磁链 自感电动势 定义为自感系数电感元件两端的电压 规定电压与电流

8、的正方向一致，即电动势正方向一致。一单层密绕螺线管的自感系数:线圈长L,截面积S,绕组的总匝数为N.可以看出:螺线管自感系数L正比于它的体积和单位长度内匝数的平方N2。(忽略端点效应)管内磁感应强度:电流、电压和电动势的正方向日光灯电路在消费实际中，常遇到自感景象；其有利日光灯有弊电机断电易烧坏接触器触点。实际中应扬长避短。铁心线圈电路 ：主磁通：漏磁通ui假设：主磁通：漏磁通ui线圈电阻R和感抗X较小忽略功率损耗与涡流 磁滞损耗(Ph)：当铁磁体被反复磁化时, 由于磁滞缘由而引起的功率损耗。抑制剩磁所耗费的能量为减小磁滞损耗, 应选用磁滞回线面积小的软磁资料做电机、电器的铁心.除线圈电阻上的

9、功率损耗(铜损)外，还有铁损。为减少涡流, 铁心通常用相互绝缘的钢片叠制而成。涡流损耗(Pe)：当铁心中磁通发生变化时, 在铁心内引起感应电动势和电流(即涡流)。由于涡流在铁心中呵斥的功率损耗。(电磁炉利用这一特点)磁滞损耗和涡流损耗统称为铁损(PFe )PFe= Ph+ Pe电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分 电磁铁电磁吸力电磁吸力的大小与经过气隙进入衔铁的磁力线的多少及其分布有关, 它与气隙的磁通或磁密B0的平方成正比, 与气隙截面S0成正比。电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分 交流电磁铁的瞬时电磁吸力为直流电磁铁的电磁吸力为采用短路环IU直流励磁线圈电路的特点R 为线圈的电阻直流电磁铁直流电磁铁U 一定I 一定磁动势 F=IN 一定磁通和磁阻成反比 线圈中没有反电动势IU交流励磁线圈电路的特点ui交流电磁铁交流鼓励线圈中产生感应电势ui交流电磁铁电路方程：的感应电势 和 产生普通情况下 很小假设那么ui有效值相量交流磁路中磁阻Rm对电流的影响电磁铁吸合过程的分析：在吸合