船舶电气设备及系统课件-1第一章磁场

绪论自我介绍学习本课程的意义如何学习本课程第一章教学大纲要求：教学目的：

通过本课程的学习，使学生获得船用电机及船舶电气设备必要的基本理论和基本知识，掌握船舶电气设备基本操作技能，为今后从事船舶电气设备管理工作打下理论基础和实践基础。教学要求：

1.掌握船舶电气设备的工作原理、运行特性和应用场合；

2.熟悉掌握继电接触器控制线路的基本环节；掌握船舶机舱辅机、甲板机械、舵机电力拖动自动控制系统的工作原理。

3.了解船舶电力系统的组成、特点、基本参数；掌握蓄电池的充放电及维护、保养方法；掌握同步发电机并联运行、自动调压装置基本原理；了解船舶电力系统继电保护的基本原理；熟悉各种继电保护装置的结构、原理。

4.熟悉船舶电气设备管理的基本要求；掌握船舶电气设备安全用电基本知识。学习本课程的意义

有人说“船舶是一座小城市”，本课程介绍的就是这座“小城市”电力系统维护、管理及维修等所必须具备的部分知识。城市有生产设备，设备需要由电动机拖动，因此第1～6章学习“磁路”和“电机学”的知识；有了电动机，就要对它进行控制，最基本的控制方法是继电-接触器控制，第7～10章学习的就是电力拖动的基本控制方法；。本课程学习方法

认真：特别是开始部分更需要认真。认真听；认真预、复习；认真做作业。勤

：勤思考；勤问——

答疑。教材：

《船舶电气设备及系统》，史际昌主编，大连海事大学出版社，1998年；主要参考书：

《船舶电机学》，陆让之主编，人民交通出版社，1986年；听课的要求：注意：必须避免已经养成的习惯——开学随便听课，期末突击。警告：原理部分未掌握，后续内容很难学。1.基本要求：不要讲话，不要影响他人。2.初级要求：不要单独做小动作，或打瞌睡。3.中级要求：课后及时复习，消化内容（看懂学过的内容，能够回答各节后面的“复习与思考”题）。4.高级要求：课前预习，预习10面的内容（不要求看懂，但要求知道什么内容）。

这些要求履行程度直接影响学习效果。考试与计分方法考试题型：单项选择题、是非判断题计算题简答题（包括小的线路图的分析）计分方法：平时成绩：20%（实验10%，作业、课堂提问及考勤等10%）。期末成绩：80%。第一章磁路§1—1．磁场基本物理量§1—2．铁磁材料及铁损§1—3．磁路§1—4．电磁铁学习本章目的：复习磁的概念，学习磁场、磁路的区别，掌握电磁铁的工作原理。重点：磁场的基本物理量,难点：交流铁芯线圈电路第一章小结控制柜磁力控制箱电磁设备§1—1．磁场基本物理量磁的概念：概念：——

电生磁，磁变生电。

物理量：——

磁感应强度（磁密）、磁场强度、磁导率。磁路的含义磁路，在这里有两层意思：

第一层意思是字面上的含义，磁路是磁的通路，即磁通通过的路径称为磁路。

第二层意思是指“路”与“场”的区别。在物理学中，人们通常是采用“场”的方法对电进行研究的，但是各点的“场”是变化的。为了简化分析，本课程以“路”的角度进行分析。“路”是一种工程分析方法，它是以平均的角度来分析和计算实际工程问题的方法。磁路的物理量

磁感应强度——反映的是指物体在磁场中受到磁力作用的强度。而磁力作用是与材料有关的。磁感应强度B：B=Φ/S磁场强度——反映的是电生磁时，产生磁的大小。磁场强度H：H=∑I/l磁导率——反映的是材料导磁能力。磁导率μ

：B=μH注意：磁路的物理量的单位。例如：在磁路中磁势的单位是（

）。

A.伏特B.安培C.欧姆D.韦伯答案：B。磁势=电流×匝数，因为磁势的单位为：安培×匝（安匝，安）而匝不是量纲可以省略，所以：磁势的单位为：安培磁场基本物理量一．磁感应强度B（又称磁通密度）

a．意义：表示磁场内某点的磁场强弱和方向。磁力线方向：磁铁外部N→S

内部S→N当各点B大小相等，方向相同时为均匀磁场。

b．

带电导体在磁场中受到力作用

∵B=F/LI当F：N（牛顿）l：m（米）I：A(安)

则B单位：特斯拉（T）——国际单位制

另：工程（电磁）单位高斯（Gs）

1T=104Gs二．磁通Φ某处的磁通表示该处的磁感应强度与该处垂直于磁场方向的面积的乘积。

Φ=BS

其中B：T，S：m2

Φ国际单位韦伯（Wb）工程单位麦克斯韦（Mx）1Wb=108Mx

三．磁场强度Ha．用来确定磁场与产生磁场的电流关系，表示不考虑磁场媒质的磁性（磁导率）时的磁场的强弱和方向。

b．安培环路公式c．半径x处的磁场强度Hx=IN/2πx=IN/lx或H=IN/L(lx：半径为x时周长)

其中F=IN为磁动势（磁势）单位：安培（A）且F=HlH单位：A/m

四．磁导率μa．意义

μ表示磁场媒质磁性，衡量物质的导磁性能b．B=μH性质：H决定于I、N及几何尺寸；B还决定于磁场媒质磁性。c．μ单位享/米（H/m）

真空μ0=4π×10-7H/m

相对磁导率μr=μ/μ0(=μH/μ0H=B/B0)μmax最大相对磁导率磁性材料（μ是一个变量）非磁性材料∵μ=μ0μrμr≈1μ=μ0

Φ=BS=μHS≈μ0μrHS=μ0（IN/l）S

μ0、N、l、S为常数，∴Φ与I成正比。§1—2．铁磁材料及铁损铁磁材料：铁、钴、镍以及它们的合金。性能：高磁导率、饱和、磁滞。铁损：铁心损耗高导磁性磁性材料μr»1

a．磁畴分子电流产生的磁场、相当于一个小磁铁，在某小区域内分子磁铁都排列整齐显示磁性即为磁畴。没有外磁场、磁铁中磁畴排列混乱、无磁性。

b．磁化与高导磁性加外磁场、磁畴顺外磁场方向转向显示磁性产生一个与外磁场同向的强磁化磁场叫磁化；使合成磁场（B）大大增加、出现高导磁性。高磁导率a．外磁场增大到一定值，磁畴全部转向，磁性材料的磁化磁场的磁感应强度（BJ）达饱和值。

b．磁化曲线

B=BJ+B0

B0为无磁性物质时的磁感应强度。

c．特点有磁性物质时由于存在磁饱和性，Φ（B）与I（H）不成正比、µ不为常数。磁饱和原因：——

有剩磁存在。现象：——

磁化过程

0→1→2→3→4→5→6→1磁滞回线：

回线（闭合曲线）：1→2→3→4→5→6→1

磁场强度最大值不同就有不同的回线。Br剩磁（磁畴来不及转向造成）Hc矫顽磁力（克服剩磁所加反向磁力）磁滞曲线：

将不同磁场强度所对应的磁滞回线的顶点相连就成为磁化曲线，B-H曲线。磁化曲线

——

书上P.3.图1-2-1的“B-H曲线”——

不准确。两种情况——

考虑剩磁和不考虑剩磁。更正分法：——

根据磁性能分类。①.软磁材料；②.硬磁材料；③.矩磁材料。特点：——

磁滞回线面积（形状）不同。软磁材料硬磁材料矩磁材料铁磁材料的类型软磁材料：用来制造电机、变压器等的铁心。硬磁材料：用来制造永久磁铁。矩磁材料：以前用来制造计算机的存储器。铁磁材料的用途包含：涡流、磁滞损耗。都转化为热量。涡流：

——

产生原因穿过铁心磁通交变，也要感应电势，引起电流，发热。磁滞：

——

产生原因有剩磁，反向时要克服，需要能量（矫顽力），发热。铁芯损耗注意：直流磁通不产生涡流损耗，也不产生磁滞损耗。铁心损耗计算：书P.4。与频率f和磁密大小有关。线圈损耗计算：——包括铜损和铁损铜损（通入电流后导线电阻的损耗）铁损（包括涡流损耗和磁滞损耗两部分）。铁芯损耗注意及计算§1—3．磁路本节包含两个内容：

①.

磁路概念

②.

基本定律第一章的计算任务：

①.物理量计算

②.磁路计算。磁路概念①.

磁路是均匀的，或至少是分段均匀；磁场各点则是变化的。②.

磁场的计算经常需要微积分；磁路则常常采用四则运算（代数运算）。③.

磁路物理量：——

磁势、磁通、磁阻。

磁路是磁的闭合通路。磁路中可能存在气隙。a).直流电机磁路b).接触器磁路c).变压器磁路d).继电器磁路常见磁路磁路基本定律基本定律：

——计算的知识点欧姆定律：F=

ΦRm

基尔霍夫电流定律：∑Φ=0基尔霍夫电压定律：∑IN=ΦRm

[注意]：磁路物理量的单位——

磁势（安匝）、磁通（韦伯）、磁阻（安培/韦伯）。[计算]：磁通可由磁密或磁场强度等计算；磁阻可由磁导率计算。§1—4．电磁铁本节包含四个内容：

①.

工作原理；

②.电磁吸力与短路环；③.交、直流电磁铁的区别（特点）；④.铁心线圈的电感。工作原理①.组成：——

铁心、线圈、衔铁、复位弹簧。②.原理：

当线圈通电后，产生磁势，磁路中便有磁通通过，铁心和衔铁之间将产生吸力（与磁通成正比）。衔铁克服弹簧的作用力被铁心吸合，同时带动其它机构动作。线圈断电，剩磁磁通的吸力很小，在弹簧作用下，衔铁释放，同时使所带动的机构复位。电磁吸力与短路环电磁吸力：电磁铁产生的电磁吸力正比于磁通（或磁势），计算公式见书P.6～7.式（1-4-1）和式（1-4-2）。短路环：由于交流磁通的过零点，会引起振动。振动的不良后果——破坏各部件。短路环作用：使铁心总磁通不同时为零。

通过短路环的磁通滞后没有通过短路环的磁通90°电角。因此铁心的吸合面任何时刻通过的磁通都不会出现为零。从而保证了电磁铁产生的吸力不为零。短路环的作用原理：

短路环一般采用铜材料焊接制成。电磁铁的特点直流电磁铁的特点：

①.稳定工作时，既不产生涡流损耗，也不产生磁滞损耗；

②.铁心可用整块软钢制成（也用厚硅钢片，减少启动时的损耗）；

③.属于恒磁势型电磁铁：——

因为电源电压、导线电阻不变。交流电磁铁的特点：

①.铁心用硅钢制成，减少铁耗（或称为铁损）；

②.通电时，线圈感应电势平衡电源电压，电势E：=4.44fNØm

③.属于恒磁通型电磁铁：——

电源电压不变时，电势基本不变。I=（U–E）/Z，若：Ø↓→E↓→I↑→Ø↑，从而维持Ø基本不变。直流电磁铁：

①.导线细，匝数多，线圈电阻大，保证电流不过大；

②.线圈做成细长形，紧紧靠着铁心，增加散热。交流电磁铁：

①.导线粗，匝数少，线圈电阻小、电抗大；

②.励磁电流（产生磁通的电流）在衔铁吸合前后变化很大：衔铁吸合前的电流是吸合后电流的好几倍甚至十几倍。——因为，吸合前气隙大、磁阻大，要得到相同的磁通就必须使励磁电