船舶电气设备及系统大连海事大学-第01章-电与磁.pptx
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1、船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室磁场的基本物理量和磁路的基本定律是磁场的基本物理量和磁路的基本定律是学习船舶的基础,在了解磁感应强度、学习船舶的基础,在了解磁感应强度、磁场强度、磁通等概念的基础上,进一磁场强度、磁通等概念的基础上,进一步了解铁磁材料的高导磁性、磁饱和性步了解铁磁材料的高导磁性、磁饱和性和磁滞性及其应用。和磁滞性及其应用。本章重点本章重点船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室磁场磁场1.1 磁场的基本概念与基本物理量磁场的基本概念与基本物理量1.1.1 磁场的基本概念磁场的基本概念电流的磁效应
2、电流的磁效应磁力线磁力线船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室磁通磁通1.1.2 磁场的基本物理量磁场的基本物理量-国际制国际制单位制单位制(SI):伏伏.秒,称韦伯秒,称韦伯(Wb)1 Wb=108Mx-电磁电磁单位制单位制:麦克斯韦麦克斯韦(Mx)(Mx)磁通磁通是一个矢量,其方向与该处的磁场方向一致。是一个矢量,其方向与该处的磁场方向一致。磁通的定义是磁感应强度(假设磁场为均匀磁场)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与垂直于磁场方向的面积的乘积,磁通磁通是穿过某是穿过某一截面一截面S的磁力线总数的磁力线总数。船
3、舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通(磁力线)与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通(磁力线)磁感应强度磁感应强度I 单位:安培单位:安培(A)F 单位:牛顿单位:牛顿(N)l 单位:单位:米米(m)B-B-国际制国际制单位制单位制(SI):(SI):Wb/m Wb/m2 2,称为特斯拉,称为特斯拉(T)(T)B-B-电磁电磁单位制单位制:高斯高斯(Gs)(Gs)1T=101T=104 4GsGs磁感应强度表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量为磁感应强度表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量为一矢量,若磁场内各点一矢量
4、,若磁场内各点B大小相等、方向相同,则为均匀磁大小相等、方向相同,则为均匀磁场。对非均匀磁场,场。对非均匀磁场,B为为S内的平均值,也称磁通密度。内的平均值,也称磁通密度。测量测量测量测量船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室磁场强度磁场强度 磁场强度是计算磁场所用的物理量,为矢量,用来磁场强度是计算磁场所用的物理量,为矢量,用来确定磁场与电流之间的关系,其大小为磁感应强度确定磁场与电流之间的关系,其大小为磁感应强度和导磁率之比。和导磁率之比。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/米米船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电
5、气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室物理学安培环路定律物理学安培环路定律 典型无分支闭合磁路典型无分支闭合磁路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表示表示磁动势的单位是安培磁动势的单位是安培(A)。磁磁压降压降船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室磁导率磁导率表征各种材料导磁能力的物理量表征各种材料导磁能力的物理量(亨(亨/米)米)真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比,和真空中的磁导率之比,称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率
6、船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室,则称为磁性材料,则称为磁性材料,则称为非磁性材料,则称为非磁性材料船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室在工程上在工程上,物质按其磁性划分为两类物质按其磁性划分为两类,即铁磁即铁磁材料材料(或叫磁性材料或叫磁性材料)和非铁磁材料。和非铁磁材料。铁磁材料主要是指铁、钴、镍及其合金。铁磁材料主要是指铁、钴、镍及其合金。1.1.3 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 铁铁磁磁材材料料的的磁磁导导率率 0。将
7、将铁铁磁磁材材料料放放入入电电流流磁磁场场中中,它它将将被被磁磁化化而而产产生生很很强强的的附附加加磁磁场场。因因此此可可用用较较小小的的励励磁磁电电流流产产生生足足够够大大的的磁磁感感应应强强度和磁通。度和磁通。1)高导磁性高导磁性磁畴磁畴 磁化磁化 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室c点点以以后后为为饱饱和和段段(饱饱和电抗器)和电抗器)2)磁饱和特性磁饱和特性B-H 曲线曲线,或称磁化曲线或称磁化曲线,可通过实验获得。可通过实验获得。BH磁化曲线与H曲线磁化曲线大致可分成三段磁化曲线大致可分成三段:ab段为非饱和段(线性段为非饱和段(线性电抗器
8、)电抗器)bc段为半饱和段(普通段为半饱和段(普通电机、变压器的铁心)电机、变压器的铁心)船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 如如果果励励磁磁线线圈圈中中通通入入交交变变励励磁磁电电流流,对对铁铁心心进进行行反反复复磁磁化化,磁磁感感应应强强度度的的大大小小和和方方向向的的变变化化总总是是滞滞后后于于磁磁场场强强度度的的变变化化,这种特性称为磁滞特性这种特性称为磁滞特性.3)磁滞性磁滞性磁滞回线为消除剩磁所加的反向磁场强度值为消除剩磁所加的反向磁场强度值Hc称为矫顽力。称为矫顽力。当断开励磁电流当断开励磁电流(H=0)后后,磁感应强度仍不为零的磁感应
9、强度仍不为零的现象现象,称为剩磁特性。称为剩磁特性。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室铁磁材料的类型铁磁材料的类型分为典型的三种类型分为典型的三种类型:1.软磁材料软磁材料:矫顽力小矫顽力小,磁滞回线狭窄磁滞回线狭窄.如铸铁、铸钢、纯铁、硅如铸铁、铸钢、纯铁、硅钢、坡莫合金和铁氧体等钢、坡莫合金和铁氧体等材料。电机、变压器等电材料。电机、变压器等电器的铁心采用软磁材料。器的铁心采用软磁材料。磁化曲线磁化曲线a-铸铁;铸铁;b-铸钢;铸钢;c-硅钢片硅钢片船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 剩剩磁磁很很大大,
10、磁磁滞滞回回线线形形状状近近似似矩矩形形.在在自自动动控控制制系系统统用用做做记记忆忆元元件件、开开关关元元件件和和逻逻辑辑元元件件的的磁磁心心材材料料.常常用用的的有有镁镁锰锰铁铁氧氧体体及及1J51型型铁铁镍合金等镍合金等.2.硬磁材料硬磁材料:矫顽力、剩磁均较大矫顽力、剩磁均较大,磁滞回线宽磁滞回线宽.一般用来制一般用来制造永久磁铁造永久磁铁.如钨钢、钴钢及铁镍铝钴合金等如钨钢、钴钢及铁镍铝钴合金等.3.矩磁材料矩磁材料:船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室磁路:磁路:磁通所经过的特定的路径。磁通所经过的特定的路径。直流电机直流电机交流接触器交流
11、接触器继电器继电器变压器变压器1.2 磁路及其基本定律磁路及其基本定律船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1)磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律设变压器由单一铁心构成的均匀磁路设变压器由单一铁心构成的均匀磁路Hl=I=INH=B/=/(S)磁动势磁动势F=IN磁阻磁阻 磁路欧姆定律磁路欧姆定律船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2)磁路的基尔霍夫磁流定律磁路的基尔霍夫磁流定律 对对于于有有分分支支的的磁磁路路,进进入入封封闭闭面面磁磁通通的的代代数数和和等等于零于零(磁通的连续性磁通的连续性),即即=0船舶电气设备及
12、系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室磁路有气隙或由不同材料不同磁路有气隙或由不同材料不同截面的路段所组成的单一闭合截面的路段所组成的单一闭合磁路磁路,称为串联磁路。称为串联磁路。3)磁路的基尔霍夫磁压定律磁路的基尔霍夫磁压定律船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室磁磁路路电电路路磁通磁通INR+_EI磁压降磁压降磁动势磁动势电动势电动势电流电流电压降电压降U船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室基本定律基本定律
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