船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)課件 第一章

緒論緒論考試及積分方法教學(xué)大綱要求學(xué)習(xí)本課程的意義參考教材學(xué)習(xí)方法及要求教學(xué)目的：

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得船用電機(jī)及船舶電氣設(shè)備必要的基本理論和基本知識(shí)，掌握船舶電氣設(shè)備基本操作技能，為今后從事船舶電氣設(shè)備管理工作打下理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)?！铩锝虒W(xué)大綱要求★★教學(xué)要求：1.掌握船舶電氣設(shè)備的工作原理、運(yùn)行特性和應(yīng)用場(chǎng)合；2.熟悉掌握繼電接觸器控制線路的基本環(huán)節(jié)；掌握船舶機(jī)艙輔機(jī)、甲板機(jī)械、舵機(jī)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理。3.了解船舶電力系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、基本參數(shù)；掌握蓄電池的充放電及維護(hù)、保養(yǎng)方法；掌握同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行、自動(dòng)調(diào)壓裝置基本原理；了解船舶電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理；熟悉各種繼電保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)、原理。4.熟悉船舶電氣設(shè)備管理的基本要求；掌握船舶電氣設(shè)備安全用電基本知識(shí)。有人說(shuō)“船舶是一座小城市”，本課程介紹的就是這座“小城市”電力系統(tǒng)維護(hù)、管理及維修等所必須具備的部分知識(shí)。有了電動(dòng)機(jī)，就要對(duì)它進(jìn)行控制，最基本的控制方法是繼電-接觸器控制，第7～10章學(xué)習(xí)的就是電力拖動(dòng)的基本控制方法。城市有生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備需要由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，因此第1～6章學(xué)習(xí)“磁路”和“電機(jī)學(xué)”的知識(shí)?！铩飳W(xué)習(xí)本課程的意義★★教材：《船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)》，鄭華耀主編，大連海事大學(xué)出版社出版，2005年7月。

主要參考書(shū)：

《船舶電機(jī)學(xué)》，陸讓之主編，人民交通出版社，1986年；

《船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)》，史際昌主編，大連海事大學(xué)出版社，1998年?！铩飬⒖冀滩摹铩镎J(rèn)真：認(rèn)真聽(tīng)、認(rèn)真預(yù)習(xí)、認(rèn)真復(fù)習(xí)、認(rèn)真做作業(yè)。

——開(kāi)始的原理部分未掌握，后續(xù)內(nèi)容很難學(xué)。勤：勤思考、勤提問(wèn)?；疽螅翰灰v話，不要影響他人。初級(jí)要求：不要單獨(dú)做小動(dòng)作，或打瞌睡。中級(jí)要求：課后及時(shí)復(fù)習(xí)，消化內(nèi)容（看懂學(xué)過(guò)的內(nèi)容，能夠回答各章后面的“復(fù)習(xí)與思考”題）。高級(jí)要求：課前預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)10頁(yè)的內(nèi)容（不要求看懂，但要求知道什么內(nèi)容）?！铩飳W(xué)習(xí)方法與要求★★考試題型：?jiǎn)雾?xiàng)選擇題、是非判斷題、計(jì)算題、簡(jiǎn)答題、綜合題（包括小線路圖的分析，英文出題，可用中文或英文回答）計(jì)分方法：平時(shí)成績(jī)占20%（實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、課堂提問(wèn)及考勤）；期末成績(jī)占80%。★★考試及計(jì)分方法★★第一章電與磁《船電設(shè)備》補(bǔ)充說(shuō)明及小結(jié)§1–1磁場(chǎng)基本概念和物理量§1–2磁路及其基本定律§1–3電流在磁場(chǎng)中的力效應(yīng)§1–4電磁感應(yīng)學(xué)習(xí)本章目的：復(fù)習(xí)磁的概念，學(xué)習(xí)磁場(chǎng)、磁路的區(qū)別，掌握電磁鐵的工作原理。§1-1磁場(chǎng)的基本概念和基本物理量本節(jié)主要內(nèi)容：磁場(chǎng)的基本概念；磁場(chǎng)的基本物理量；鐵磁材料的磁性能。磁場(chǎng)與磁力線：磁場(chǎng)、磁力線（方向）電流的磁效應(yīng)本節(jié)主要知識(shí)點(diǎn)：1.1.1磁場(chǎng)(magneticfield)的基本概念磁場(chǎng)是一種物理現(xiàn)象，在物理學(xué)中曾經(jīng)指出：“電生磁，磁變生電”。

電流的磁效應(yīng)(magneticeffect)磁力線(magneticlineation)是為了描述磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小而提出的一種假設(shè)“線”。是閉合的曲線。磁力線（方向）圖1-1條形磁鐵的磁場(chǎng)電流的磁效應(yīng)是指：通電導(dǎo)體中流過(guò)電流后，在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象。通電導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)的情況有兩種：①.通電直導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)；②.通電螺旋狀線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。

通電直導(dǎo)體通電螺旋狀線圈1.1.2磁場(chǎng)的基本物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度(MagneticInductionStrength)；

磁通(flux)；

磁場(chǎng)強(qiáng)度(magneticintensity)；

磁導(dǎo)率(magnetoconductivity)。本書(shū)討論的磁場(chǎng)主要物理量有：注意：與第二節(jié)“磁路”概念結(jié)合學(xué)習(xí)。1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B(MagneticInductionStrength)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義：表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和

方向的物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小:磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向：與電流的方向之間符合右手

螺旋定則。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位:

特斯拉(T)，1T=1Wb/m2

均勻磁場(chǎng):

各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同的

磁場(chǎng)，也稱勻強(qiáng)磁場(chǎng)。2.磁通(flux)磁通：穿過(guò)垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。

說(shuō)明:如果不是均勻磁場(chǎng)，則取B的平均值。在均勻磁場(chǎng)中：磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò)的磁通,故又稱磁通密度。磁通的單位:韋[伯](Wb)1Wb=1V·s3.磁場(chǎng)強(qiáng)度(magneticintensity)磁場(chǎng)強(qiáng)度H

：是計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)所引用的一個(gè)物理量，也是矢量，通過(guò)它來(lái)確定磁場(chǎng)與電流之間的關(guān)系。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位：安培/米（A/m)★安培環(huán)路定律（全電流定律）I1HI2式中：是磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合線（常取磁通作為閉合回線）的線積分；I

是穿過(guò)閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和。I1HI2任意選定一個(gè)閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負(fù)。

安培環(huán)路定律電流正負(fù)的規(guī)定：所以安培環(huán)路定律將電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度聯(lián)系起來(lái)。

在均勻磁場(chǎng)中Hl=IN由實(shí)驗(yàn)可測(cè)得：真空的磁導(dǎo)率為：4.磁導(dǎo)率(magnetoconductivity)

磁導(dǎo)率的單位：亨/米（H/m）因?yàn)樗且粋€(gè)常數(shù)，將其它物質(zhì)的磁導(dǎo)率和它比較是很方便的。磁導(dǎo)率：表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。它與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積就等于磁

感應(yīng)強(qiáng)度，即相對(duì)磁導(dǎo)率r：任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率0的比值。即當(dāng)磁場(chǎng)媒質(zhì)是某種物質(zhì)時(shí)某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與在同樣電流下真空時(shí)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0之比的倍數(shù)。自然界的所有物質(zhì)按磁導(dǎo)率的大小，大體上可分為磁性材料和非磁性材料。例如：在磁路中磁勢(shì)的單位是（）。

A.伏特B.安培C.歐姆D.韋伯答案：B?！叽艅?shì)=電流×匝數(shù)即磁勢(shì)單位為：安培×匝（安匝，安）。而匝不是量綱可以省略?！啻艅?shì)的單位為：安培注意物理量的單位舉例1.1.3鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的主要磁性能有：高磁導(dǎo)率；磁飽和(magneticsaturation)；磁滯(hysteresis)與剩磁(residualmagnetism)。組成：鐵、鈷、鎳以及它們的合金。相關(guān)問(wèn)題：產(chǎn)生鐵損。磁性材料的磁性能1.高導(dǎo)磁性(magnetoconductivity)

磁性材料的磁導(dǎo)率通常都很高，即r1(如坡莫合金，其r可達(dá)2105)

。磁性材料能被強(qiáng)烈的磁化，具有很高的導(dǎo)磁性能。磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。高磁導(dǎo)率的目的：磁導(dǎo)率高才能導(dǎo)磁；相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生的磁密大。利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備需要鐵心構(gòu)成磁的通路，要求相同的磁通時(shí)，磁導(dǎo)率高，鐵心的截面積小。體積小、重量輕。

(a)(b)

圖1-4磁性材料的磁化磁疇的理解：一個(gè)原子，其外有電子繞核高速旋轉(zhuǎn)，電子的流動(dòng)就是電荷流，將產(chǎn)生磁場(chǎng)。若大部分電子繞核方向一致，則呈現(xiàn)磁場(chǎng)。磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限的增強(qiáng)。2.磁飽和性(magneticsaturation)當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場(chǎng)方向一致，磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。如下圖。BJ

磁場(chǎng)內(nèi)磁性物質(zhì)的磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線；B0磁場(chǎng)內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度直線；B

BJ曲線和B0直線的縱坐標(biāo)相加即磁場(chǎng)的B-H

磁化曲線。OHBB0BJB?a?b磁化曲線

B-H

磁化曲線的特征：

Oa段：B與H幾乎成正比地增加；

ab段：B的增加緩慢下來(lái)；

b點(diǎn)以后：B增加很少，達(dá)到飽和。

有磁性物質(zhì)存在時(shí)，B與H不成正比，磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，隨H而變。

有磁性物質(zhì)存在時(shí)，與I不成正比。磁性物質(zhì)的磁化曲線在磁路計(jì)算上極為重要，其為非線性曲線，實(shí)際中通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出。OHB,BB和與H的關(guān)系原因：——磁通太多，材料阻礙增大。鐵磁材料之所以比非鐵磁物質(zhì)磁導(dǎo)率高是因?yàn)殍F磁材料對(duì)磁通阻力較小。當(dāng)通過(guò)材料的磁通太多時(shí)，鐵磁材料對(duì)磁通阻力增大，磁導(dǎo)率減小。理解：

這就象車過(guò)橋的情況一樣：當(dāng)同時(shí)過(guò)橋的車很少時(shí)，過(guò)橋的車速度很快，車多單位時(shí)間內(nèi)過(guò)橋的車輛就多；但是當(dāng)同時(shí)有很多輛車過(guò)橋時(shí)，車的行駛速度就應(yīng)該放慢，否則車就可能相互碰撞，這是因?yàn)闃蛞呀?jīng)“飽和”了。磁飽和3.磁滯性(hysteresis)磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱為磁滯回線。磁滯性：磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于外磁場(chǎng)變化的性質(zhì)。磁滯回線OHB????BrHc剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br(剩磁)：當(dāng)線圈中電流減小到零(H=0)時(shí)，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。例如:永久磁鐵的磁性就是由剩磁產(chǎn)生的；自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的磁極，為了使電壓能建立，也必須具有剩磁。

磁滯回線OHB????BrHc磁滯回線OHB????BrHc但剩磁也存在著有害的一面，例如，當(dāng)工件在平面磨床上加工完畢后，由于電磁吸盤(pán)有剩磁，還將工件吸住。為此要通入反向去磁電流，去掉剩磁，才能取下工件。矯頑磁力Hc：使B=0所需的H值。磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線和磁化曲線也不同。幾種常見(jiàn)磁性物質(zhì)的磁化曲線a鑄鐵

b鑄鋼

c硅鋼片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc原因：——有剩磁存在?，F(xiàn)象：——磁化過(guò)程

0→1→2→3→4→5→6→1

磁滯回線：回線（閉合曲線）：

1→2→3→4→5→6→1磁滯

磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值不同就有不同的回線。將不同磁場(chǎng)強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的磁滯回線的頂點(diǎn)相連就成為磁化曲線，B-H曲線。磁化曲線按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類型：(1)軟磁材料

具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來(lái)制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。(2)永磁材料

具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來(lái)制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。(3)矩磁材料

具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開(kāi)關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。軟磁材料硬磁材料矩磁材料特點(diǎn)——磁滯回線面積（形狀）不同。§1-2磁場(chǎng)及其基本定律本節(jié)主要內(nèi)容：磁路；磁路的基本定律。1.2.1磁路鐵心——磁路①.

磁路是均勻的，或至少是分段均勻；磁場(chǎng)各點(diǎn)則是變化的。②.

磁場(chǎng)的計(jì)算經(jīng)常需要微積分；磁路則常常采用四則運(yùn)算（代數(shù)運(yùn)算）。③.

磁路物理量：————

磁勢(shì)、磁通、磁阻。在很多電工設(shè)備（像變壓器、電機(jī)、電磁鐵電工測(cè)量?jī)x器等）中，不僅有電路的問(wèn)題，同時(shí)還有磁路的問(wèn)題。只有同時(shí)掌握了電路和磁路的基本理論，才能對(duì)以上電工設(shè)備進(jìn)行全面分析。本章結(jié)合磁路和鐵心線圈電路的分析，討論變壓器和電磁鐵的工作原理，作為應(yīng)用實(shí)例。磁路和電路往往是相關(guān)的，因此在這里要研究磁路和電路的關(guān)系以及磁和電的關(guān)系。在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導(dǎo)率比周圍空氣或其它物質(zhì)的磁導(dǎo)率高的多，磁通的絕大部分經(jīng)過(guò)鐵心形成閉合通路，磁通的閉合路徑稱為磁路。直流電機(jī)的磁路交流接觸器的磁路_+NSNSIf四極直流電機(jī)和交流接觸器的磁路

磁路是磁的閉合通路。磁路中可能存在氣隙。a).直流電機(jī)磁路b).接觸器磁路c).變壓器磁路d).繼電器磁路常見(jiàn)磁路1.2.2磁路基本定律基本定律：——計(jì)算的知識(shí)點(diǎn)歐姆定律：F=Rm

基爾霍夫磁流定律：=0基爾霍夫磁壓定律：IN=Rm

[注意]：磁路物理量的單位——磁勢(shì)（安匝）、磁通（韋伯）、磁阻（安培/韋伯）。[計(jì)算]：磁通可由磁密或磁場(chǎng)強(qiáng)度等計(jì)算；磁阻可由磁導(dǎo)率計(jì)算。磁路的分析方法

——磁路的歐姆定律是分析磁路的基本定律環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，磁導(dǎo)率為，試計(jì)算線圈內(nèi)部的磁通。

1.引例SxHxIN匝式中：F=NI

為磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通；

Rm

稱為磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用；

l為磁路的平均長(zhǎng)度；

S

為磁路的截面積。即有：設(shè)磁路的平均長(zhǎng)度為l，則有解：根據(jù)安培環(huán)路定律，有SxHxIN匝2.磁路的歐姆定律若某磁路的磁通為，磁通勢(shì)為F

，磁阻為Rm

，則此即磁路的歐姆定律。SxHxIN匝3.磁路與電路的比較磁路磁通勢(shì)F磁通磁阻電路電動(dòng)勢(shì)E電流密度J電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流INI+_EIR4.磁路分析的特點(diǎn)(1)在處理電路時(shí)不涉及電場(chǎng)問(wèn)題，在處理磁路時(shí)離不開(kāi)磁場(chǎng)的概念；例如在討論電機(jī)時(shí)，常常要分析電機(jī)磁路的氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布情況。(2)在處理電路時(shí)一般可以不考慮漏電流，在處理磁路時(shí)一般都要考慮漏磁通；(3)磁路歐姆定律和電路歐姆定律只是在形式上相似。由于不是常數(shù)，其隨勵(lì)磁電流而變，磁路歐姆定律不能直接用來(lái)計(jì)算，只能用于定性分析；(4)在電路中，當(dāng)E=0時(shí)，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，當(dāng)F=0時(shí)，不為零；5.磁路的分析計(jì)算主要任務(wù):

預(yù)先選定磁性材料中的磁通(或磁感應(yīng)強(qiáng)度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求產(chǎn)生預(yù)定的磁通所需要的磁通勢(shì)F=NI

，確定線圈匝數(shù)和勵(lì)磁電流?；竟剑涸O(shè)磁路由不同材料或不同長(zhǎng)度和截面積的

n

段組成，則基本公式為：

即稱為磁路個(gè)段的磁壓降基本步驟:（由磁通求磁通勢(shì)F=NI

）(1)求各段磁感應(yīng)強(qiáng)度

Bi

各段磁路截面積不同，通過(guò)同一磁通，故有：(2)求各段磁場(chǎng)強(qiáng)度

Hi

根據(jù)各段磁路材料的磁化曲線Bi=f(Hi),求B1，

B2

，……相對(duì)應(yīng)的H1，H2

，……。(3)計(jì)算各段磁路的磁壓降（Hi

li

）(4)根據(jù)下式求出磁通勢(shì)（NI

）

例1：一個(gè)具有閉合的均勻的鐵心線圈，其匝數(shù)為

300，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為45cm，試求：(1)鐵心材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電流;(2)鐵心材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流。解：（1）查鑄鐵材料的磁化曲線，（2）查硅鋼片材料的磁化曲線，當(dāng)B=0.9T時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H=9000A/m，則當(dāng)B=0.9T時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度

H=260A/m，則結(jié)論：如果要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可以降低線圈電流，減少用銅量。【分析】如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，則鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度是相等的，都是260A/m。查磁化曲線可得，在例1(1)，(2)兩種情況下，如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，要得到相同的磁通，鑄鐵材料鐵心的截面積和硅鋼片材料鐵心的截面積，哪一個(gè)比較??？

B硅鋼是B鑄鐵的17倍：因

=BS，如要得到相同的磁通，則鑄鐵鐵心的截面積必須是硅鋼片鐵心的截面積的17倍。B鑄鐵=0.05T、B硅鋼=0.9T,結(jié)論：如果線圈中通有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低。B=0.9T時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H1=500A/m例2：有一環(huán)形鐵心線圈，其內(nèi)徑為10cm，外徑為

5cm，鐵心材料為鑄鋼。磁路中含有一空氣隙，其長(zhǎng)度等于0.2cm。設(shè)線圈中通有1A的電流，如要得到0.9T的磁感應(yīng)強(qiáng)度，試求線圈匝數(shù)。解：空氣隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度鑄鋼鐵心的磁場(chǎng)強(qiáng)度，查鑄鋼的磁化曲線，鐵心的平均長(zhǎng)度磁路的平均總長(zhǎng)度為對(duì)各段有總磁通勢(shì)為線圈匝數(shù)為磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，磁通勢(shì)幾乎都降在空氣隙上面。結(jié)論：當(dāng)磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須增大勵(lì)磁電流（設(shè)線圈匝數(shù)一定）。通過(guò)上述例題，可以得出如下結(jié)論：

(1)如果要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用高磁導(dǎo)率的鐵心材料，可使線圈的用銅量大大降低。

(2)如果線圈中同有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大大降低。

(3)當(dāng)磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須增大勵(lì)磁電流（線圈匝數(shù)一定時(shí)）?！?-3

電流在磁場(chǎng)中的力效應(yīng)本節(jié)主要內(nèi)容

電磁作用力的大小；

電磁力的方向——左手定則。1.3.1電磁作用力的大小導(dǎo)線長(zhǎng)度l

、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I

三者與受力F的關(guān)系：F=BlI（垂直）F=BlIsin書(shū)P.9，三種情況：垂直、同向、有夾角1.3.2電磁力的方向——左手定則§1-4

電磁感應(yīng)本節(jié)主要內(nèi)容

直導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；

線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；

自感；

鐵心線圈電路。1.4.1直導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

(inductiveelectromotiveforce)導(dǎo)線長(zhǎng)度l

、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、垂直切割的速度v三者與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e

的關(guān)系：

e=Blv

（垂直）方向由右手定則判斷1.4.2線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交鏈的磁通變化，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：★感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖1-16線圈的感應(yīng)電勢(shì)圖1-17感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的確定★感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向1.4.3自感(self-inductance)

自感，有兩層意思：一是指線圈的自感現(xiàn)象；二是指自感系數(shù)(反映線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的能力，即自感系數(shù)L的數(shù)值)。

定義：線圈(交變電流)→交變磁通→感應(yīng)電勢(shì)(自感電勢(shì))。

反映線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)能力的參數(shù)為自感系數(shù)L，簡(jiǎn)稱自感，與匝數(shù)和磁路導(dǎo)磁能力（磁導(dǎo)率、磁路尺寸，即與磁阻有關(guān)；匝數(shù)多，大，則L大）。磁鏈：穿過(guò)所有匝數(shù)的磁通，磁通與匝數(shù)的乘積?！镒愿?實(shí)例)

(a)(b)圖1-18自感現(xiàn)象和自感電勢(shì)★自感系數(shù)用字母L表示，它的物理意義是單位電流所產(chǎn)生的磁鏈，即

★感應(yīng)電勢(shì)（自感電勢(shì)）★自感的特點(diǎn)自感最主要的特點(diǎn)：

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；

障礙電流的變化。應(yīng)用：日光燈的鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器作用：起動(dòng)時(shí)與啟輝器配合，提供高電壓；點(diǎn)燃后限制工作電流。1.4.4鐵心線圈電路鐵心線圈電路的特點(diǎn)；功率損耗與渦流；電磁鐵；電磁鐵的吸力；直流電磁鐵；交流電磁鐵。本小節(jié)的知識(shí)點(diǎn)較多：鐵心線圈電路的特點(diǎn)（直流）兩種鐵心線圈：直流和交流鐵心線圈。直流鐵心線圈書(shū)上P.13，講：“勵(lì)磁電流是直流的，產(chǎn)生的磁通是固定的”，“固定”不妥，只有穩(wěn)定時(shí)磁通從是固定的。最好是將“磁通”改為“磁勢(shì)”，即

“勵(lì)磁電流是直流的，產(chǎn)生的磁勢(shì)是固定的”。不會(huì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

電壓一定時(shí)，只有線圈本身電阻產(chǎn)生的銅損耗。即“穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，直流鐵心線圈即不產(chǎn)生磁滯損耗，也不產(chǎn)生渦流損耗”（見(jiàn)“功率損耗與渦流”）

。電壓、電阻一定時(shí)，電流也不會(huì)變化。在“電磁關(guān)系、電壓電流關(guān)系及損耗關(guān)系”與直流鐵心不同線圈?！⒁鈪^(qū)別。

電壓不變時(shí)，磁通近似不變。——從4.44公式可以知道，若：Φ↓→E↓→I↑→E↑，所以E近似不變?！敖涣麒F心線圈的磁路對(duì)電路的電流存在影響”

電壓、電阻不變時(shí)，電抗還是可能發(fā)生變化的，所以電流不是一個(gè)常數(shù)。存在鐵心損耗(coreloss)：包括“磁滯損耗”和“渦流損耗”（見(jiàn)“功率損耗與渦流”）。鐵心線圈電路的特點(diǎn)（交流）交流鐵心線圈電路1.電磁關(guān)系–+e–+e+–uNi主磁通：通過(guò)鐵心閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過(guò)空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。線圈鐵心與i不是線性關(guān)系。（磁通勢(shì)）i，鐵心線圈的漏磁電感–+e–+e+–uNi1.電磁關(guān)系2.電壓電流關(guān)系根據(jù)KVL:式中：R是線圈導(dǎo)線的電阻

L是漏磁電感

當(dāng)u是正弦電壓時(shí)，其它各電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)可視作正弦量，則電壓、電流關(guān)系的相量式為：–+e–+e+–uNi設(shè)主磁通則有效值

由于線圈電阻

R

和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì)E相比可忽略，故有式中：Bm是鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位[T]；

S是鐵心截面積，單位[m2]。3.功率損耗交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。1.銅損(copperloss,Pcu)在交流鐵心線圈中,線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用Pcu

表示。Pcu

=RI2式中：R是線圈的電阻；I是線圈中電流的有效值。2.鐵損(ironloss,PFe)在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe

表示。它與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm的平方成正比。鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。+–ui由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱為磁滯損耗(Ph

)

。磁滯損耗的大?。?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場(chǎng)交變的頻率f。OHB

磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。（1）磁滯損耗(hysteresisloss,Ph)OHB減少磁滯損耗的措施：選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)選擇值以減小鐵心飽和程度。（1）磁滯損耗(hysteresisloss,Ph)(2)渦流損耗(eddyloss,Pe)渦流損耗:

由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少渦流損耗措施：提高鐵心的電阻率（通常由于硅鋼片）。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。鐵心線圈交流電路的有功功率為：(2)渦流損耗(eddyloss,Pe)功率損耗與渦流交流鐵心線圈的損耗：鐵心-鐵損耗；線圈-銅損耗。

銅損耗是專用名詞，表示導(dǎo)線通過(guò)電流產(chǎn)生的損耗?！鱬cu=I2R。鐵損耗包括：“磁滯損耗”和“渦流損耗”。與交變頻率有關(guān)。f↑→△pFe↑

磁滯損耗：克服磁滯現(xiàn)象所需的損耗。渦流損耗：鐵心可導(dǎo)電，感應(yīng)E，形成渦流（同心環(huán)形電流），渦流在鐵心（導(dǎo)體）上產(chǎn)生的損耗就是渦流損耗（硅鋼片-電阻-克服）。功率損耗與渦流4.等效電路用一個(gè)不含鐵心的交流電路來(lái)等效替代鐵心線圈交流電路。等效條件：在同樣電壓作用下，功率、電流及各量之間的相位關(guān)系保持不變。先將實(shí)際鐵心線圈的線圈電阻R、漏磁感抗X分出，得到用理想鐵心線圈表示的電路；+––+uiRX

++––uRu實(shí)際鐵心線圈電路理想鐵心線圈電路線圈電阻漏磁感抗+––+–+eeui式中：PFe為鐵損，QFe為鐵心儲(chǔ)放能量的無(wú)功功率。理想鐵心線圈的等效電路：理想鐵心線圈有能量的損耗和儲(chǔ)放，可用具有電阻R0和感抗X0串聯(lián)的電路等效。其中：電阻R0是和鐵心能量損耗（鐵損）相應(yīng)的等效電阻，感抗X0是和鐵心能量?jī)?chǔ)放相應(yīng)的等效感抗。其參數(shù)為：+––+uiRX

++––uRuX0

R0

故有：+––+–+eeu等效電路電磁鐵★★★更正：書(shū)P.15，圖1-22錯(cuò)組成：——鐵心、線圈、銜鐵、復(fù)位彈簧。原理：

當(dāng)線圈通電后，產(chǎn)生磁勢(shì)，磁路中便有磁通通過(guò)，鐵心和銜鐵之間將產(chǎn)生吸力（與磁通成正比）。銜鐵克服彈簧的作用力被鐵心吸合，同時(shí)帶動(dòng)其它機(jī)構(gòu)動(dòng)作。線圈斷電，剩磁磁通的吸力很小，在彈簧作用下，銜鐵釋放，同時(shí)使所帶動(dòng)的機(jī)構(gòu)復(fù)位。更正1.概述電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其它零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動(dòng)作可使其它機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。根據(jù)使用電源類型分為：直流電磁鐵：用直流電源勵(lì)磁；交流電磁鐵：用交流電源勵(lì)磁。2.基本結(jié)構(gòu)電磁鐵由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)如圖所示。鐵心銜鐵銜鐵有時(shí)是機(jī)械零件、工件充當(dāng)銜鐵FFFF線圈線圈銜鐵鐵心線圈鐵心常見(jiàn)電磁鐵交流接觸器電磁機(jī)構(gòu)直流接觸器電磁機(jī)構(gòu)圓盤(pán)剎車的電磁機(jī)構(gòu)電磁鐵的吸力電磁吸力：電磁鐵產(chǎn)生的電磁吸力正比于磁通（或磁密B）的平方，說(shuō)明：交流電磁鐵則多一個(gè)sint。由于交流磁通的過(guò)零點(diǎn)，會(huì)引起振動(dòng)。振動(dòng)的不良后果——破壞各部件。短路環(huán)作用：使鐵心總磁通不同時(shí)為零（見(jiàn)交流電磁鐵說(shuō)明）。電磁鐵吸力的計(jì)算——電磁鐵吸力的大小與氣隙的截面積S0及氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的平方成正比。基本公式如下：式中：B0的單位是特[斯拉]；

S0的單位是平方米；

F的單位是牛[頓]（N）。直流電磁鐵的吸力——直流電磁鐵的吸力依據(jù)上述基本公式直接求取。直流電磁鐵直流鐵心線圈的特點(diǎn)：直流電磁鐵是恒磁勢(shì)型的（銜鐵吸合前后，電流或磁勢(shì)不變化，但磁通變化）。直流電磁鐵的線圈通常在銜鐵吸合前通以較大的電流以增加其吸力，銜鐵吸合后則串入“經(jīng)濟(jì)電阻”限制電流，提高線圈的工作壽命，且可避免銜鐵因?yàn)槭４哦霈F(xiàn)不能釋放。

直流電磁鐵的線圈則通常做成“細(xì)長(zhǎng)形”，以利于與鐵心的接觸面積（因?yàn)闊o(wú)鐵損）。交流鐵心線圈的特點(diǎn)：

交流電磁鐵是恒磁通型的（銜鐵吸合前后，電流或磁勢(shì)變化，但磁通不變化）。交流電磁鐵的吸力基本保持不變。但是，銜鐵吸合前，磁路的磁阻大，線圈通過(guò)的電流大；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，線圈通過(guò)的電流小。——不能卡住，否則燒毀線圈。

交流電磁鐵的線圈則通常做成“矮胖形”，以利于線圈與鐵心的散熱（因?yàn)榇嬖阼F損）。交流電磁鐵交流電磁鐵的吸力——交流電磁鐵中磁場(chǎng)是交變的，設(shè)則吸力瞬時(shí)值為:式中：為吸力的最大值。吸力的波形:吸力平均值為:tFmfO交流電磁鐵（續(xù)，短路環(huán)）交流鐵心短路環(huán)的作用原理：

通過(guò)短路環(huán)的磁通滯后沒(méi)有通過(guò)短路環(huán)的磁通90°電角。因此鐵心的吸合面任何時(shí)刻通過(guò)的磁通都不會(huì)出現(xiàn)為零。從而保證了電磁鐵產(chǎn)生的吸力不為零。短路環(huán)一般采用銅材料焊接制成。

(1)交流電磁鐵的吸力在零與最大值之間脈動(dòng)。銜鐵以兩倍電源頻率在顫動(dòng)，引起噪音，同時(shí)觸點(diǎn)容易損壞。為了消除這種現(xiàn)象，在磁極的部分端面上套一個(gè)分磁環(huán)（或稱短路環(huán)），工作時(shí)，在分磁環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其阻礙磁通的變化，在磁極端面兩部分中的磁通1和2之間產(chǎn)生相位差，相應(yīng)該兩部分的吸力不同時(shí)為零，實(shí)現(xiàn)消除振動(dòng)和噪音，如圖所示；而直流電磁鐵吸力恒定不變；綜合上述：12

(2)交流電磁鐵中，為了減少鐵損，鐵心由鋼片疊成；直流電磁鐵的磁通不變，無(wú)鐵損，鐵心用整塊軟鋼制成；

(4)直流電磁鐵的勵(lì)磁電流僅與線圈電阻有關(guān)，在吸合過(guò)程中，勵(lì)磁電流不變。

(3)在交流電磁鐵中，線圈電流不僅與線圈電阻有關(guān)，主要的還與線圈感抗有關(guān)。在其吸合過(guò)程中，隨著磁路氣隙的減小，線圈感抗增大，電流減小。如果銜鐵被卡住，通電后銜鐵吸合不上，線圈感抗一直很小，電流較大，將使線圈嚴(yán)重發(fā)熱甚至燒毀；電磁鐵的應(yīng)用：電磁鐵在生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。