1、船舶电气全册配套最完整船舶电气全册配套最完整 精品课件精品课件 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 第一章第一章 电与磁电与磁 概概 述述 o 电工设备中发生的物理过程通常同时包含电工设备中发生的物理过程通常同时包含“电电”和和 “磁磁”这两个紧密相连的现象，即电生磁，磁生电。这两个紧密相连的现象，即电生磁，磁生电。 例如在电路原理课程中讨论交流电路时所考虑的感例如在电路原理课程中讨论交流电路时所考虑的感 应电动势，就是线圈中所链磁通随时间变化而引起应电动势，就是线圈中所链磁通随时间变化而引起 的；不过当时我们用一个线性的电路参数的；不
2、过当时我们用一个线性的电路参数“电感电感” 来表达这个作用，仅从电路概念加以分析。来表达这个作用，仅从电路概念加以分析。 o 本章重点阐述磁场基本概念和基本物理量，分析磁本章重点阐述磁场基本概念和基本物理量，分析磁 性材料的磁性能和磁路计算的基本定律。性材料的磁性能和磁路计算的基本定律。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 第一章第一章 电与磁电与磁 本章主要讲解内容本章主要讲解内容 第一节第一节 磁场的基本磁场的基本概念和基本物理量概念和基本物理量 第二节第二节 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能 第三节第三节 磁路的基本概念磁路的基本
3、概念 第四节第四节 电磁感应电磁感应 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 第一节第一节 磁场的基本概念和基本物理量磁场的基本概念和基本物理量 一、磁场的基本概念一、磁场的基本概念 1磁场与磁力线磁场与磁力线 （1）磁场磁场:当小磁针靠近永久磁铁时会发生偏转现象，当小磁针靠近永久磁铁时会发生偏转现象， 这表明在永久磁铁的周围有一种物质存在，这一物质这表明在永久磁铁的周围有一种物质存在，这一物质 称为磁场。称为磁场。 （2）磁力线磁力线:磁场的分布情况用闭合磁力线来描述。磁场的分布情况用闭合磁力线来描述。 在磁铁的外部，磁力线从在磁铁的外部
4、，磁力线从N极出发，经外部空间进入极出发，经外部空间进入S 极；再由极；再由S极经磁铁内部回到极经磁铁内部回到N极而组成闭合回线，即极而组成闭合回线，即 磁力线是闭合的。磁力线是闭合的。 返回本章 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 图图1-1 条形磁铁的磁场条形磁铁的磁场 返回 （3）磁场方向）磁场方向 l1曲线上曲线上a点的点的磁场方向磁场方向 即为即为a点切线点切线l2的方向，的方向， （4）磁场强弱）磁场强弱 磁力线的磁力线的疏密疏密反映了磁反映了磁 场各处磁性的强弱程度；场各处磁性的强弱程度； 靠近磁铁两端的磁力线靠近磁铁两端
5、的磁力线 密，磁场就强，远离磁密，磁场就强，远离磁 铁两端的磁力线疏，磁铁两端的磁力线疏，磁 场就弱。场就弱。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 返回 2电流的磁效应电流的磁效应 除了永久磁铁周围存在磁场外，当小磁针靠近通电导除了永久磁铁周围存在磁场外，当小磁针靠近通电导 线线(或通电导线绕成的螺旋管线圈或通电导线绕成的螺旋管线圈)，小磁针会发生偏转，小磁针会发生偏转， 这说明通电导线的周围和磁铁一样也存在着磁场，这种现象，这说明通电导线的周围和磁铁一样也存在着磁场，这种现象， 称为电流的磁效应。称为电流的磁效应。 磁场是由电流产生的
6、，磁场的强弱及方向由通过导线的磁场是由电流产生的，磁场的强弱及方向由通过导线的 电流决定。电流决定。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 （a）通电直导体）通电直导体 （b）通电螺线管线圈）通电螺线管线圈 图图1-2 磁场与电流的方向磁场与电流的方向 返回 2电流的磁效应电流的磁效应 磁场方向的确定：磁场方向的确定：（a） 右手握住直导右手握住直导 体，体， 拇指指向电流方向，拇指指向电流方向， 则弯曲的四指的指向则弯曲的四指的指向 即为磁场方向。即为磁场方向。 （b）右手握住线圈，右手握住线圈， 弯曲的四指指向电流弯曲的四指指向电流
7、方向，则拇指的指向方向，则拇指的指向 即为螺旋管内部的磁即为螺旋管内部的磁 场方向。场方向。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 二、磁场的基本物理量二、磁场的基本物理量 1磁感应强度磁感应强度B 磁感应强度磁感应强度B 是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向 的物理量，是的物理量，是矢量矢量。其定义式为。其定义式为: )(Bvqf q -电荷所带电量电荷所带电量，单位是库伦（单位是库伦（C） B -磁感应强度，磁感应强度，单位是特斯拉（单位是特斯拉（Tesla） V-电荷运动速度电荷运动速度，单位是米单位
8、是米/秒（秒（m/s） f - 电磁力电磁力，单位是牛顿（单位是牛顿（N） 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 均匀磁场：均匀磁场：如果磁场内各点磁感应强度的大小和方向均如果磁场内各点磁感应强度的大小和方向均 同，则称其为均匀磁场同，则称其为均匀磁场。均匀磁场可用疏密均匀、方向均匀磁场可用疏密均匀、方向 相同的磁力线来表示（本书若没有特别说明，都指均匀相同的磁力线来表示（本书若没有特别说明，都指均匀 磁场）。在均匀磁场中磁场）。在均匀磁场中 Il f B I 通人导体的电流单位是安培通人导体的电流单位是安培(A) f - 电磁力，单位是
9、牛顿（电磁力，单位是牛顿（N） l -导体长度导体长度，单位是米单位是米(m) 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 2磁通磁通 定义：定义： 磁通的定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与磁通的定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与 垂直于磁场方向的面积的乘积垂直于磁场方向的面积的乘积 定义式：定义式： B 单位：特斯拉（单位：特斯拉（Tesla） 单位：韦伯（单位：韦伯（Wb） dsB 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 3磁场强度磁场强度 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其
10、大小为磁感应磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应 强度和导磁率之比。强度和导磁率之比。 B H B 单位单位：特斯拉：特斯拉 单位：安单位：安/米米 单位：亨单位：亨/米米 IN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势，用字为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势，用字F表示表示 F=NI (磁势单位为磁势单位为A) 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 4磁导率（导磁系数）和相对磁导率磁导率（导磁系数）和相对磁导率 （1） 磁导率磁导率 定义：表征各种材料导磁能力的物理量。定义：表征各种材料导磁能力的物理量。 定义式：定义式：=B/H (
11、H/m) （2） 相对磁导率相对磁导率 定义：一般材料的磁导率和真空中的磁导率之定义：一般材料的磁导率和真空中的磁导率之 比，称为这种材料的相对磁导率。比，称为这种材料的相对磁导率。 定义式：定义式：r=/0 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 第二节第二节 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能 为了在一定的的磁势作用下能激励较强的磁场，以为了在一定的的磁势作用下能激励较强的磁场，以 使电机和变压器等电器设备尺寸缩小、重量减轻、性能使电机和变压器等电器设备尺寸缩小、重量减轻、性能 改善，必须增加磁路的磁导率。所以电机和变压器的铁改善，必须增
12、加磁路的磁导率。所以电机和变压器的铁 心常用磁导率较高的铁磁材料制成，下面对常用的铁磁心常用磁导率较高的铁磁材料制成，下面对常用的铁磁 材料及其性质作简要说明。材料及其性质作简要说明。 返回本章 说明说明 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 1.高导磁性高导磁性 （a） (b) 图图1-3 磁性材料的磁化磁性材料的磁化 思考：磁畴、磁化思考：磁畴、磁化 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 2.磁饱和性磁饱和性 H0 b c a 0 B 图图1-4 磁化曲线磁化曲线 图图1-5 与
13、与H的关系的关系 非饱和段：非饱和段：oa、ab段段 半饱和段：半饱和段：bc段段 饱和段：饱和段： c点以后点以后 图图1-4 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 3.磁滞性磁滞性 如果励磁线圈中通入交变励磁电流如果励磁线圈中通入交变励磁电流, 对铁心进行反复磁化，磁感应强对铁心进行反复磁化，磁感应强 的变化总是滞后于磁场强度的变化的变化总是滞后于磁场强度的变化, 这种现象称为这种现象称为磁滞现象磁滞现象. 为消除剩磁所加的反向磁场强度为消除剩磁所加的反向磁场强度 值值Hc称为称为矫顽力。矫顽力。 H Hc 0 1 3 4 5 6 B
14、r 2 图图1-6 磁滞回线磁滞回线 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不 同。图同。图1-7中示出了几种铁磁材料的磁化曲线。按磁性物中示出了几种铁磁材料的磁化曲线。按磁性物 质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型：质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型：软磁材料、永软磁材料、永 磁材料、矩磁材料磁材料、矩磁材料。 铁磁材料的类型铁磁材料的类型 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 o
15、软磁材料软磁材料 o 具有较小的矫顽磁力，具有较小的矫顽磁力， 磁滞回线较窄。一般磁滞回线较窄。一般 用来制造电机、电器用来制造电机、电器 及变压器等的铁心。及变压器等的铁心。 常用的有铸铁、硅钢、常用的有铸铁、硅钢、 坡莫合金及铁氧体等。坡莫合金及铁氧体等。 铁氧体在电子技术中铁氧体在电子技术中 应用也很广泛，例如应用也很广泛，例如 可做计算机的磁心，可做计算机的磁心， 磁鼓以及录音机的磁磁鼓以及录音机的磁 带、磁头。带、磁头。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 o 永磁材料永磁材料 o 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制
16、造具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造 永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。 o 矩磁材料矩磁材料 o 具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形， 稳定性良好。在计算机系统中可用作记忆元件、开关稳定性良好。在计算机系统中可用作记忆元件、开关 元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁型铁 镍合金等。镍合金等。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 o 铁磁物质的磁性是与磁畴结构分
17、不开的。当铁磁物铁磁物质的磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁物 质受到强烈的振动，或在高温下由于剧烈热运动影质受到强烈的振动，或在高温下由于剧烈热运动影 响，磁畴取向性容易混乱。这时与磁畴联系的一系响，磁畴取向性容易混乱。这时与磁畴联系的一系 列铁磁物质（如高导磁率、磁滞等），就会全部消列铁磁物质（如高导磁率、磁滞等），就会全部消 失。因此，管理人员在维修和安装电机时，都应注失。因此，管理人员在维修和安装电机时，都应注 意。意。 注意啦！注意啦！ 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 第三节第三节 磁路的基本概念磁路的基本概念 一、磁路一、
18、磁路 在工程上，为了得到较强的磁场，广泛利用了铁磁在工程上，为了得到较强的磁场，广泛利用了铁磁 物质。在电机、变压器、继电器、仪表等电器设备物质。在电机、变压器、继电器、仪表等电器设备 中应用铁磁物质制成一定的形状，即人为地造成磁中应用铁磁物质制成一定的形状，即人为地造成磁 通的路径，磁通主要在这部分空间内闭合，其周围通的路径，磁通主要在这部分空间内闭合，其周围 则因导磁系数小得多而磁通极少。这种磁通的路径则因导磁系数小得多而磁通极少。这种磁通的路径 称为磁路。称为磁路。 返回本章 ？磁路？磁路 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 图图
19、1-81-8（a a）是永磁式（磁电式）仪表的磁路，图）是永磁式（磁电式）仪表的磁路，图1-81-8（b b） 为电磁继电器的磁路，图为电磁继电器的磁路，图1-81-8（c c）为单相铁心式变压器的）为单相铁心式变压器的 磁路，图磁路，图1-81-8（d d）为四极转枢式电机的磁路；）为四极转枢式电机的磁路； I2 I1 铁 心 空 气 隙 永 久 磁 铁 I 衔 铁 铁 心 磁 轭 I 电 枢 铁 I (a)(b) (c) (d) 图图1-8 几种常见磁路几种常见磁路 几种常见几种常见 的磁路的磁路 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系
20、 二、磁路的基本定律与磁路的特点二、磁路的基本定律与磁路的特点 磁路概念的建立，是基于铁磁物质的导磁系数大大地磁路概念的建立，是基于铁磁物质的导磁系数大大地 超过了非铁磁物质的导磁系数。然而，若以此与电路超过了非铁磁物质的导磁系数。然而，若以此与电路 相比，在电路中，导电材料的电导系数一般比电路周相比，在电路中，导电材料的电导系数一般比电路周 围绝缘材料的电导系数大几千万倍以上，而磁路中的围绝缘材料的电导系数大几千万倍以上，而磁路中的 导磁材料的导磁系数一般不过比非磁性材料的导磁系导磁材料的导磁系数一般不过比非磁性材料的导磁系 数大几千倍。因此，在磁路中漏磁现象比电路中漏电数大几千倍。因此，在
21、磁路中漏磁现象比电路中漏电 的现象大为显著。把按照我们安排的路径而闭合的磁的现象大为显著。把按照我们安排的路径而闭合的磁 通称为主磁通，而把不按照这种路径闭合的磁通称为通称为主磁通，而把不按照这种路径闭合的磁通称为 漏磁通。漏磁通。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 图1-9 I I m (a)(b) （a） （b） 图图 1-9 磁路中的磁场分布磁路中的磁场分布 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 磁路定律磁路定律 磁路定律是由描述磁场性质的磁通连续性原理和安培环磁路定律是由
22、描述磁场性质的磁通连续性原理和安培环 路定律导来的。路定律导来的。 图图1-10 1-10 有分支磁路的分配有分支磁路的分配 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 1.磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 在磁路的分支处所连接着的各个铁梗中磁通的代数和应在磁路的分支处所连接着的各个铁梗中磁通的代数和应 恒等于零。恒等于零。 0 2.磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 磁路中沿任意闭合回路磁压的代数和等于沿该回路磁势磁路中沿任意闭合回路磁压的代数和等于沿该回路磁势 的代数和。的代数和。 NIHl 船舶电气设备与系统 课 件
23、 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 o 综上所述，磁路和电路有很多相似之处。与电路一样，综上所述，磁路和电路有很多相似之处。与电路一样， 计算磁路也是以磁路的基尔霍夫两条定律相似的定律为计算磁路也是以磁路的基尔霍夫两条定律相似的定律为 基础的。磁路的磁通、磁势、磁压、磁阻等量与电路中基础的。磁路的磁通、磁势、磁压、磁阻等量与电路中 的电流、电动势、电压、电阻等量一一对应。而且，磁的电流、电动势、电压、电阻等量一一对应。而且，磁 路的欧姆定律对应于电路的欧姆定律。路的欧姆定律对应于电路的欧姆定律。 o 另外必须指出，磁路和电路有一个本质的差别，即磁通另外必须指出，
24、磁路和电路有一个本质的差别，即磁通 并不像电流一样代表某种质点的运动。恒定磁通通过某并不像电流一样代表某种质点的运动。恒定磁通通过某 磁阻并不像恒定电流通过电阻时那样具有能量形式的转磁阻并不像恒定电流通过电阻时那样具有能量形式的转 换，会使电阻发热。恒定的磁通的维持不需要任何能量，换，会使电阻发热。恒定的磁通的维持不需要任何能量， 与电路中的焦耳与电路中的焦耳- -楞次定律相似的磁路定律是不存在的。楞次定律相似的磁路定律是不存在的。 对比思考对比思考 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 三、恒定磁通无分支磁路的计算三、恒定磁通无分支磁路
25、的计算 磁路的计算可以分为两类：磁路的计算可以分为两类： （1 1）已知磁通求磁势；）已知磁通求磁势； （2 2）已知磁势求磁通。）已知磁势求磁通。 在此我们仅讨论已知磁通求磁势，并且仅讨论无分支在此我们仅讨论已知磁通求磁势，并且仅讨论无分支 磁路。磁路。 练习一下计算练习一下计算 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列 步骤进行：步骤进行： 1. 按照材料和截面的不同进行分段；按照材料和截面的不同进行分段； 2. 作出中心线，按照所给尺寸计算出磁路各段作出中
26、心线，按照所给尺寸计算出磁路各段 的截面的截面S1 、 S2和长度和长度l1 、 l2 ； 3. 按已知的磁通计算各个段落的磁感应强度：按已知的磁通计算各个段落的磁感应强度： , 2 2 1 1 S B S B 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 4.4.从各材料的从各材料的B-HB-H曲线（基本磁化曲线）上按已算出的曲线（基本磁化曲线）上按已算出的 磁感应强度磁感应强度B B1 1、 B B2 2 找出与它们相对应的磁场强找出与它们相对应的磁场强 度度 H H1 1、 H H2 2 5.5.按照磁路的基尔霍夫第二定律求出所需要的磁势：
27、按照磁路的基尔霍夫第二定律求出所需要的磁势： . 2211 lHlHHlNI 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 当所给磁路中有空气隙时，则可应用空气的导磁率当所给磁路中有空气隙时，则可应用空气的导磁率0 0 = = 441010-7 -7 H/m H/m，由空气隙的磁感应强度，由空气隙的磁感应强度B B0 0 计算其磁场强计算其磁场强 度度H H0 0 ： 0 6 6 0 7 0 0 0 0 108 . 0 1025. 1104 B BBB H 注意注意 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工
28、程学院船电系 第四节第四节 电磁感应电磁感应 电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电 与磁相互联系和转化的重要方面。在电工技术中，运用原与磁相互联系和转化的重要方面。在电工技术中，运用原 理制造的发电机、感应电动机和变压器等电器设备为充分理制造的发电机、感应电动机和变压器等电器设备为充分 而方便地利用自然界的能源提供了条件，在电子技术中，而方便地利用自然界的能源提供了条件，在电子技术中， 广泛地采用电感元件来控制电压或电流的分配、发射、接广泛地采用电感元件来控制电压或电流的分配、发射、接 收和传输电磁信号；在电磁测量中，除了许多重要
29、电磁量收和传输电磁信号；在电磁测量中，除了许多重要电磁量 的测量直接应用电磁感应原理外，一些非电磁量也可用之的测量直接应用电磁感应原理外，一些非电磁量也可用之 转换成电磁量来测量，从而发展了多种自动化仪表。转换成电磁量来测量，从而发展了多种自动化仪表。 返回本章 你知道吗你知道吗 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 一、电磁感应定律一、电磁感应定律 1.1.电磁感应现象电磁感应现象 o 18201820年奥斯特的发现第一次揭示了电流能够产生磁。年奥斯特的发现第一次揭示了电流能够产生磁。 法拉第很快就想到磁能否产生电，精心地实验研究法拉第
30、很快就想到磁能否产生电，精心地实验研究 了了1010余年后，终于在余年后，终于在18311831年第一次发现了电磁感应年第一次发现了电磁感应 现象，并总结出电磁感应定律。现象，并总结出电磁感应定律。 o 什么是电磁感应现象？产生电磁感应现象的条件是什么是电磁感应现象？产生电磁感应现象的条件是 什么？什么？ 如图如图1-121-12 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 1 图1-12 线圈的感应电势 K E 电流表 + - 2 N1N2 图图1-12 1-12 线圈的感应电势线圈的感应电势 返回 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-
31、27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 2.2.电磁感应定律电磁感应定律 为了表述电磁感应的规律，以一匝线圈为例。如为了表述电磁感应的规律，以一匝线圈为例。如图图1-131-13所所 示设在时刻示设在时刻t t1 1穿过导线回路的磁通量是穿过导线回路的磁通量是1 1，在时刻，在时刻t t2 2 穿穿 过导线回路的磁通量是过导线回路的磁通量是2 2 ，那么，在，那么，在 这段时这段时 间内穿过回路的磁通量的变化是间内穿过回路的磁通量的变化是 ，则磁通量的，则磁通量的 变化率变化率 反映了磁通量变化的快慢和趋势。反映了磁通量变化的快慢和趋势。 21 ttt 21 dt d 图1-13图
32、图1-131-13 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 精确的实验表明，导体回路中感应电动势的大小等于穿过精确的实验表明，导体回路中感应电动势的大小等于穿过 回路的磁通量的变化率回路的磁通量的变化率 。这个结论叫做。这个结论叫做法拉第电磁感法拉第电磁感 应定律应定律 。即。即 ： （1-171-17） 式中的负号代表感应电动势方向。感应电动势的方向问题式中的负号代表感应电动势方向。感应电动势的方向问题 是法拉第电磁感应定律的重要组成部分。是法拉第电磁感应定律的重要组成部分。 dt d d e dt
33、船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 式（式（1-171-17）只适用于单匝导线组成的回路如果回路不是）只适用于单匝导线组成的回路如果回路不是 单匝线框而是多匝线圈，如果穿过每匝线圈的磁通量相单匝线框而是多匝线圈，如果穿过每匝线圈的磁通量相 同，均为同，均为 ，则，则 ，称为磁链或全磁通。，称为磁链或全磁通。 则式（则式（1-171-17）可表达为）可表达为 N dt d N dt d e 说明说明 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 由愣次定律可知，感应电动势的方向总是使得其感应
34、电由愣次定律可知，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量的变化（增加或少）。流产生的磁通来阻止原有磁通量的变化（增加或少）。 即根据感应电流的方向可以说明感应电动势方向。即根据感应电流的方向可以说明感应电动势方向。 感应电动感应电动 势的方向势的方向 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 图图1-141-14感应电动势方向的确定感应电动势方向的确定 N S + ui a b 返回 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 如图如图1-141-14，在图中把极插入线
35、圈，可以看到磁棒插入过程，在图中把极插入线圈，可以看到磁棒插入过程 中穿过线圈的向下的磁通量增加，根据右手定则可知，这中穿过线圈的向下的磁通量增加，根据右手定则可知，这 时感应电流所激发的磁场方向朝上，其作用相当于阻止线时感应电流所激发的磁场方向朝上，其作用相当于阻止线 圈中磁通量的增加。若线圈不动，磁铁向下运动，则通过圈中磁通量的增加。若线圈不动，磁铁向下运动，则通过 线圈的磁通线圈的磁通1 1的方向向下，而且对线圈来说磁通是增加的方向向下，而且对线圈来说磁通是增加 的，由楞次定律知线圈感应电流产生的磁通的，由楞次定律知线圈感应电流产生的磁通2 2的方向与穿的方向与穿 过它的磁铁磁通过它的磁
36、铁磁通1 1方向相反，再根据右手定则知感应电流方向相反，再根据右手定则知感应电流 i i从线圈内部从线圈内部a a流向流向b b，而感应电动势，而感应电动势e eL L的方向与其一致，由的方向与其一致，由 a a 经线圈内部指向经线圈内部指向b b，而线圈两端的电压由，而线圈两端的电压由b b指向指向a a如图如图1-1- 1414所示所示 。 1 2 1 L i L e 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 感应电动势的确定感应电动势的确定 一般情形下，感应电动势的大小和方向可由下式来决一般情形下，感应电动势的大小和方向可由下式来决 定
37、：定： （1-191-19） 式中的负号体现了感应电动势式中的负号体现了感应电动势e eL L的方向总是与磁通的方向总是与磁通 的增量相关。的增量相关。 dt d NeL 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 三、自感系数三、自感系数 当一线圈中的电流变化时，它所激发的磁场通过线当一线圈中的电流变化时，它所激发的磁场通过线 圈自身的磁通量（或磁通匝链数）也在变化，使线圈自身的磁通量（或磁通匝链数）也在变化，使线 圈自身产生感应电动势。这种因线圈中电流变化而圈自身产生感应电动势。这种因线圈中电流变化而 在线圈自身所引起的感应现象通常叫做在线
38、圈自身所引起的感应现象通常叫做自感现象自感现象， 所产生的电动势叫做所产生的电动势叫做自感电动势自感电动势。如。如图图1-171-17实验。实验。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 图1-18 自感现象的演示 (a)(b) L K S1 S2 R E L K S （a） （b） 图图1-17 1-17 自感现象的演示自感现象的演示 自感现自感现 象象 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 （1-211-21） （1-221-22） （1-231-23） 式式1-231-23相量图
39、如相量图如图图1-11-18 8所示。所示。 Li dt di Le ILjE 图1-19 图1-18 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 由式由式1-231-23可以看出，对于相同的电流变化率，比例系数可以看出，对于相同的电流变化率，比例系数L L越越 大的线圈所产生的自感电动势越大，即自感作用越强。比例大的线圈所产生的自感电动势越大，即自感作用越强。比例 系数系数L L称为称为自感系数自感系数，简称，简称自感（电感）自感（电感）。根据式（。根据式（1-211-21） 和式（和式（1-221-22）也有自感的两种定义。据式（）也有自感
40、的两种定义。据式（1-221-22），自感在），自感在 数值上等于线圈中电流强度变化率为数值上等于线圈中电流强度变化率为1 1单位时，在这线圈中单位时，在这线圈中 产生的感应电动势；或者，据式（产生的感应电动势；或者，据式（1-211-21），自感在数值上等），自感在数值上等 于线圈中电流强度为于线圈中电流强度为1 1单位时通过线圈自身的磁通匝链数。单位时通过线圈自身的磁通匝链数。 对式对式1-231-23的阐述的阐述 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 三、铁心线圈电路三、铁心线圈电路 铁心线圈分为两种：铁心线圈分为两种： 1.1.通
41、直流电励磁的直流铁心线圈，如直流电机的励磁通直流电励磁的直流铁心线圈，如直流电机的励磁 线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈；线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈； 2.2.通交流电励磁的交流铁心线圈，如交流电机、变压通交流电励磁的交流铁心线圈，如交流电机、变压 器及各种交流电器的线圈。器及各种交流电器的线圈。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 A.A.直流铁心线圈的磁路直流铁心线圈的磁路 通直流电励磁的直流铁心线圈的磁路的分析比较简单，通直流电励磁的直流铁心线圈的磁路的分析比较简单， 因为励磁电流是直流，产生的磁通是固定的，由式因为励磁
42、电流是直流，产生的磁通是固定的，由式 (1-22)(1-22)知在线圈和铁心中不会感生知在线圈和铁心中不会感生 电动势，在一定的直流电压电动势，在一定的直流电压U U下下, , 线圈中的电流线圈中的电流 I I只和线只和线 圈本身的电阻圈本身的电阻R R有关，即有关，即 。这就是为什么交流线。这就是为什么交流线 圈不能随意接直流电源的原因。圈不能随意接直流电源的原因。 0 didI eLL dtdt R U I 直流铁心直流铁心 线圈的磁线圈的磁 路路 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 B.B.交流铁心线圈的磁路交流铁心线圈的磁路 外
43、加电压与磁通外加电压与磁通的关系，转换为相量形式：的关系，转换为相量形式： 注：注：（1 1）在相位上，磁通）在相位上，磁通滞后于外加电压滞后于外加电压9090 （2 2）磁通的极大值）磁通的极大值m m取决于外加正弦电压的有效值取决于外加正弦电压的有效值 与频率。与频率。 交流铁心线交流铁心线 圈的磁路圈的磁路 m NfjEU44. 4 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 四、功率损耗与涡电流四、功率损耗与涡电流 图图1-21 1-21 涡电流涡电流 磁滞损耗磁滞损耗 有功损耗有功损耗 涡流损耗涡流损耗 功率损耗功率损耗 磁滞损耗磁滞
44、损耗( (Ph)Ph)：当铁磁体被反复磁化当铁磁体被反复磁化 时时, , 由于磁滞原因而引起的功率损耗。由于磁滞原因而引起的功率损耗。 涡流损耗涡流损耗( (Pe)Pe)：当铁心中磁通发生变化时当铁心中磁通发生变化时, , 在铁心内在铁心内 引起感应电动势和电流引起感应电动势和电流( (即涡流即涡流) )。由于涡流在铁心中造。由于涡流在铁心中造 成的功率损耗。成的功率损耗。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 图1-23 变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施 A1 C C A2 (a) C C (b) (c) (d) CC截面 CC截面 图
45、图1-22 1-22 变压器铁芯中的涡流损耗及改善变压器铁芯中的涡流损耗及改善 措施措施 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 图图1-23 1-23 转速记原理转速记原理 应用应用 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 五、电磁铁五、电磁铁 电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁，再由衔带电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁，再由衔带 动控制触点闭合、断开或衔铁的动作可使其它机械动控制触点闭合、断开或衔铁的动作可使其它机械 装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随着装置发生联动。当电源
46、断开时，电磁铁的磁性随着 消失，衔铁或其它零件即被释放。消失，衔铁或其它零件即被释放。 电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分。如电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分。如图图1-241-24 所示的是某种电磁铁的结构型式所示的是某种电磁铁的结构型式 。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 图 1-20 铁芯线圈的交流电路 线圈 铁芯 FF 图1-24 电磁铁结构图 电磁铁结电磁铁结 构构 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 I U 直流励磁线圈电路的特点直流励磁线圈电路的特点 mm R
47、 IN R F R U I （R R 为线圈的电阻）为线圈的电阻） 1.1.直流电磁铁直流电磁铁 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 直流电磁铁直流电磁铁 U U 一定一定I I 一定一定 磁动势磁动势 F=IN F=IN 一定一定 )( m R F 磁通和磁阻成反比磁通和磁阻成反比 （线圈中没有反电动势）（线圈中没有反电动势） I U 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 交流励磁线圈电路的特点交流励磁线圈电路的特点 u L e e i 2.2.交流电磁铁交流电磁铁 交流激励交流
48、激励 线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 u L e e i 交流电磁铁交流电磁铁 电路方程：电路方程： dt d NRi eeuu lR )()( 的感应电势的感应电势 和和 产生产生 一般情况下一般情况下 很小很小 R u dt d Nu 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 假设假设 t m sin 则则 )90sin(2 cos 0 tfN tNu m m dt d Nu u L e e i 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-2
49、7 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 有效值有效值 m m fN U U44.4 2 相量相量 m fNjEE44. 490 . 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻RmRm对电流的影响对电流的影响 电磁铁吸合过程的分析：电磁铁吸合过程的分析： 在吸合过程中若外加电压不变在吸合过程中若外加电压不变, , 则则基本不变。基本不变。 i u 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 m RIN 小小 电流小电流小电磁铁吸合后电磁铁吸合后( (气隙小）
50、气隙小） m R m R 大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合前电磁铁吸合前( (气隙大）气隙大） 注意：如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，注意：如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上， 线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。 船舶电气设备与系统 课 件 2021-9-27 轮机学院工程学院船电系轮机学院工程学院船电系 第二章第二章 变压器变压器 本章概述本章概述 变压器是一种静止的电器，由绕在共同铁心上的两个或两变压器是一种静止的电器，由绕在共同铁心上的两个或两 个以上的绕组通过交变磁场而联系着，利用电磁感应原理个以上的绕
