第一章磁路

绪论自我介绍学习本课程的意义如何学习本课程教学大纲要求：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。§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§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高磁导率的目的：磁导率高才能导磁；相同的磁场强度产生的磁密大。利用电磁感应原理工作的电气设备需要铁心构成磁的通路，要求相同的磁通时，磁导率高，铁心的截面积小。体积小、重量轻。高磁导率原因：——磁通太多，材料阻碍增大。铁磁材料之所以比非铁磁物质的磁导率高是因为铁磁材料对磁通的阻力较小。当通过材料的磁通太多时，铁磁材料对磁通的阻力增大，磁导率减小。理解：这就象车过桥的情况一样：当同时过桥的车很少时，过桥的车速度很快，车多单位时间内过桥的车辆就多；但是当同时有很多辆车过桥时，车的行驶速度就应该放慢，否则车就可能相互碰撞，这是因为桥已经“饱和”了。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。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o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）。o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：=4.44fNØm③.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流大（才能满足磁通基本不变的要求）。③.衔铁容易卡住的电磁铁一般不采用交流电磁铁。——因为一旦卡住，线圈很快被烧毁（励磁电流大）。电磁铁特点归纳铁心电感铁心电感Lm的计算公式：——P.8.式（1-4-6）电感L正比于匝数N、磁通Ф，反比于磁路长度l，即：L=NФ/l。由于磁通Ф=IN/Rm，带入则得书上公式。结论：磁阻越大，铁心的电感越小；磁导率越大，铁心电感越大。第一章小结各节要点：第一节：物理量（含义、关系和单位）第二节：铁磁材料的性能，分类，用途第三节：磁路定律（计算）第四节：电磁铁（原理、吸力、特点、电感）[注意]：电感与磁导率、铁心尺寸、磁通、电流和匝数的关系（书P.8的式子）要求记住，并理解其含义。主要内容第一章复习了“磁”的概念（重点从“路”的角度出发，是电机分析时需要的物理量）；分析了铁磁材料的性能（与原理有关的3个性能、与维护管理有关的损耗）；提出了“磁路”的概念及其物理量，通过定律和磁化曲线可以进行磁路计算；电磁铁是一种常用电气设备，AC/DC电磁铁特点不同（短路环、恒磁通/恒磁势），AC卡住后果；说明电感与磁导率的关系（是变化的）。