船舶电气设备及系统PPT课件转PDF版

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。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。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：m2Φ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=μ0Φ=BS=μHS≈μ0μrHS=μ0（IN/l）Sμ0、N、l、S为常数，∴Φ与I成正比。§1—2．铁磁材料及铁损z铁磁材料：铁、钴、镍以及它们的合金。z性能：高磁导率、饱和、磁滞。z铁损：铁心损耗高导磁性磁性材料μr»1a．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+B0B0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。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§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）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）。第二章变压器§2—1．变压器的应用与结构§2—2．变压器的基本工作原理§2—3．三相电压的变换§2—4．特殊变压器第二章小结说明§2—1．变压器的应用与结构„变压器的应用„变压器的种类„变压器的结构„变压器的铭牌数据„变压器的维护管理一、变压器的应用二、变压器的种类¾按用途分：电力（包括照明）、电源、控制、仪用、特殊（电解、电焊等）。¾按相数分：单相、三相。¾按连接方式分：Υ/Υ、Υ/Δ、Δ/Υ、Δ/Δ等。¾按结构形式分：线圈：——筒式、盘式，铁心：——心式、壳式。¾按冷却方式分：自冷、它冷，风冷、油冷等。各种不同的分类注意：船用变压器为B级绝缘。见——P.251.表16-1-3船用变压器应该采用干式。组成：变压器由铁心和绕组组成。铁心：构成磁路。绕组：构成电路。位置：低压在里、在边。绕组——按一定规律连接的线圈。变压器的结构三、船舶变压器的使用和管理1.铭牌2.变压器的维护管理§2—2.变压器的基本工作原理本节的主要内容有三大点：z变压器的基本变换功能：z电压和磁势平衡方程：z变压器的等效电路（补充）：一、变压器的基本变换功能变压器原理：原边绕组N1通入交流电，有电流流过原绕组，在磁路中产生交变磁通。交变磁通分别在原、副绕组感应电势e1和e2。感应电势公式：E1=4.44fN1Φ1m；（4.44公式）E2=4.44fN2Φ1m。变压原理变流原理当İ2≠0，则原、副绕组产生磁势的矢量和为励磁磁势，共同在磁路中产生磁通。İ0N1=İ1N1+İ2N2——矢量和∵İ0很小，∴İ1N1≈-İ2N2，也就是：İ1≈-İ2N2/N1=-İ2kI，其中，kI=N2/N1，称为变压器的变流比。阻抗变换原理变压器带负载后，设负载阻抗为Z。这个负载是从变压器的副边看的实际值，但是对于原边变压器的电源，它的阻抗相当于Z′。其关系为：∴变压器具有阻抗变换作用，常用在电子线路中进行阻抗匹配。通常可令：kZ=k2，kZ称为变压器阻抗变比U2=|Z|×I2U1/I1=|Z′||Z′|=（N1/N2)2|Z变压器的功能变压器功能有四个，书上只讲三个：①.电压变换的功能；②.电流变换的功能；③.阻抗变换的功能；此外（双绕组变压器）还有：④.电气隔离的功能。电气隔离功能，可保证必要的安全。二、电压和磁势平衡方程电磁物理量的正方向首先必须清楚：交流电量的方向与直流电量方向的区别：正方向只是一种参考方向，实际上是有相位差的。惯例正方向：原边以电压为参考，电流与电压相同，磁通与电流符合右螺旋定则，电势与磁通满足电磁感应定律——注意电势方向为：从低电位指向高电位。由于电磁感应定律中有个负号，所以变成从高电位指向低电位。副边则以电势为参考。电压平衡方程原边电压平衡方程根据基尔霍夫电压定律直接列出——P.14.式（2-2-6），其中：Ėσ1=-jİ1Xσ1——满足电磁感应定律绕组电势Ė1不采用电抗表示是因为带铁心线圈的电抗为非线性的，不是常数，只有进行小范围线性处理后才能采用电抗X1表示。小范围线性处理：在工作点附近进行。注意：电势此时的性质是被当作电压降处理(电抗压降)。磁势平衡方程İ′1是副边电流等效到原边时的等效电流。可以理解为：副边带负载后对原边电流的影响。注意：因为变压器对电流的变换作用，磁势平衡方程实际上就是电流平衡方程。——P.14.式（2-2-8）。若令电流İ′1=