第01章 电及磁

1、船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室 船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室实验共实验共10分；测验作业共分；测验作业共10分；考勤及学习态度共分；考勤及学习态度共10分分 1、测验作业考核标准：未按时交的每次扣、测验作业考核

2、标准：未按时交的每次扣3分；事先请假未交的扣分；事先请假未交的扣1分；事后分；事后补交的扣补交的扣2分。分。2、考勤考核标准：迟到、早退或旷课每次扣、考勤考核标准：迟到、早退或旷课每次扣2分。分。3、学习态度考核标准：根据课堂情况综合考虑（手机响、学习态度考核标准：根据课堂情况综合考虑（手机响1次扣次扣1分），酌情扣分），酌情扣分。分。4、有特殊情况，请假一次不扣分，两次（含两次）以上每次扣、有特殊情况，请假一次不扣分，两次（含两次）以上每次扣1分。分。5、出现请假或任何违纪情况，个人应事先或当堂写出情况说明交老师，注明、出现请假或任何违纪情况，个人应事先或当堂写出情况说明交老师，注明时间、姓

3、名、发生的事情等。时间、姓名、发生的事情等。6、出现其他情况酌情扣分。、出现其他情况酌情扣分。7、实验考核：无故未参加达、实验考核：无故未参加达1次（含次（含1次）以上，取消考试资格；无预习报告次）以上，取消考试资格；无预习报告每次扣每次扣1分，未按时完成每次扣分，未按时完成每次扣2分，未认真准备导致器件损坏酌情扣分；在实分，未认真准备导致器件损坏酌情扣分；在实验室随意走动等扣验室随意走动等扣1分，不听从教师要求的，责令离开实验室，扣分，不听从教师要求的，责令离开实验室，扣3分。分。平时成绩考核标准：平时成绩考核标准：平时分值平时分值3030分分船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机

4、学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室需要注意理论联系实际，注意加强电气的感性认识。需要注意理论联系实际，注意加强电气的感性认识。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室 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，即这两个紧密相连的现象，即电生磁，磁生电电生磁，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

5、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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室 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

6、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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室第一节第一节 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 图图1-1 条形磁铁的磁场条形磁铁的磁场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当小磁针靠近永久磁铁时会发生偏转现象，这表明在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，永久磁铁的周围有一种物质存在，这

7、一物质称为磁场。这一物质称为磁场。（2）磁力线磁力线:磁场的分布情况用磁场的分布情况用闭合磁力线来描述。闭合磁力线来描述。 在磁铁的在磁铁的外部外部，磁力线从，磁力线从N极极出发，经外部空间进入出发，经外部空间进入S极；再由极；再由S极经磁铁极经磁铁内部内部回到回到N极而组成闭极而组成闭合回线，即磁力线是闭合的。合回线，即磁力线是闭合的。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室图图1-1 条形磁铁的磁场条形磁铁的磁场（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；

8、靠近磁铁两端的磁力线靠近磁铁两端的磁力线密，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。思考：磁场是怎么产生的思考：磁场是怎么产生的?（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的方向的方向船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室2电流的磁效应电流的磁效应 除了除了永久磁铁永久磁铁周围存在磁场周围存在磁场外，当小磁针靠近通电导外，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

9、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。 磁场是由磁场是由电流电流产生的产生的，磁场的强弱及方向由通过导线的，磁场的强弱及方向由通过导线的电流决定。电流决定。思考：磁场方向如何确定思考：磁场方向如何确定?船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室（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磁场方向的确定磁场方向的确定：（a）右手握住右手握住直导

10、体直导体，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）右手握住右手握住线圈线圈，弯曲的四指指向电流弯曲的四指指向电流方向，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。思考：磁场如何描述思考：磁场如何描述?船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室二、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的是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量，是物理量，是矢

11、量矢量。其大小是通过垂直于磁场方向单位面。其大小是通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，符号为积的磁力线数目，符号为B。磁感应强度。磁感应强度B在国际单位在国际单位制（制（SI）中是特斯拉，简称特，符号为）中是特斯拉，简称特，符号为T。 船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室均匀磁场：均匀磁场：如果磁场内各点磁感应强度的大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。均匀磁小和方向均同，则称其为均匀磁场。均匀磁场可用疏密均匀、方向相同的磁力线来表示场可用疏密均匀、方向相同的磁力线来表示（本书若没有特别说明

12、，都指均匀磁场本书若没有特别说明，都指均匀磁场）。）。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室 2磁通磁通在磁场中，穿过任一面积的在磁场中，穿过任一面积的磁力线总量磁力线总量称为称为该截面的磁通量，简称磁通，符号为该截面的磁通量，简称磁通，符号为。 均匀磁场中，磁通等于均匀磁场中，磁通等于磁感应强度磁感应强度B与垂直与垂直于磁场方向的面积的乘积，于磁场方向的面积的乘积， =BS 思考：磁通密度？思考：磁通密度？船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室

13、3磁场强度磁场强度 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和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。导磁率之比。是为了分析磁场与电流之间的依存关系而引入是为了分析磁场与电流之间的依存关系而引入的的BH 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/米米磁场与电流之间的依存关系磁场与电流之间的依存关系以以安培环路安培环路定律相联系定律相联系 B与磁介质有关，而与磁介质有关，而H与磁介质无关，只与电流有关。与磁介质无关，只与电流有关。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设

14、备教研室安培环路定律：安培环路定律：安培环路定律又称为全电流定律，安培环路定律又称为全电流定律，即：在磁路中，沿任一闭合路径，即：在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度矢量的线积分磁场强度矢量的线积分，等于该，等于该闭合回路所闭合回路所包围电流的代数和包围电流的代数和，如图所示。用公式表示，如图所示。用公式表示， 图1-9安培环路定律IldH电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合符合右手螺旋定则右手螺旋定则，电流取正；，电流取正；否则取负。否则取负。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室IHdl安培环路定律安培

15、环路定律 典型无分支闭合磁路典型无分支闭合磁路INIaHlHHdllll4lINa4INHlIN为电流与线圈匝数的乘积，称为为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势磁动势，用字母，用字母F表示表示 INF 磁动势的单位是安培磁动势的单位是安培(A)。若沿着闭合回路，磁场强度若沿着闭合回路，磁场强度H的方向的方向总在切线方向，且大小处处相等，则总在切线方向，且大小处处相等，则船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室 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

16、理量。定义：表征各种材料导磁能力的物理量。 真空中的磁导率用真空中的磁导率用 0表示，经实验测定，真空的磁导率表示，经实验测定，真空的磁导率 0=410-7亨亨/米，米， 0为常数。为常数。 （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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室第二节第二节 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为了在一定的的磁势作用下能激励

17、激励较强的磁场，以较强的磁场，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，必须增加磁路的磁导率。所以电机和变压器的铁心常用心常用磁导率较高的铁磁材料磁导率较高的铁磁材料制成，下面对常用的铁磁制成，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。重点：重点：1常见的铁磁材料。常见的铁磁材料。2铁磁材料的磁性能。铁磁材料的磁性能。3铁磁材料的应用。铁磁材料的应用。 船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室

18、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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室2.磁饱和性（从磁畴的角度理解）磁饱和性（从磁畴的角度理解）图图1-4 磁化曲线磁化曲线 图图1-5 B与与H的关系的关系c点以后为饱和段点以后为饱和段.（饱和电抗器）（饱和电抗器）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。 磁化曲线大致可分成三段磁化曲线大致可分成三段:ab段为非饱和段段为非饱和段;（线性电抗器）（线性电抗器）bc段为半

19、饱和段段为半饱和段;（普通电机、变压（普通电机、变压器的铁心）器的铁心）磁化状态不同磁化状态不同, 磁导率不同磁导率不同. B-H曲线上某点所对应的磁导率等于该点曲线上某点所对应的磁导率等于该点切线的斜率切线的斜率(= B/H)船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室3.磁滞性（从磁畴的角度理解）磁滞性（从磁畴的角度理解）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

20、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。HHc 013456Br2图图1-6 磁滞回线磁滞回线船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室由实验可知，铁磁材料不同，由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不其磁滞回线和磁化曲线也不同。同。图图1-7中示出了几种铁磁材中示出了几种铁磁材料的磁化曲线。按磁性物料的磁化曲线。按磁性物质的磁性能，磁性材料可以质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型：分成三种类型：软磁材料、软磁材料、永磁材料、永磁材料、矩磁材料矩

21、磁材料.船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室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、硅钢、如铸铁、铸钢、纯铁、硅钢、坡莫合金和铁氧体等材料坡莫合金和铁氧体等材料. 电电机、变压器机、变压器等电器的铁心采用等电器的铁心采用软磁材料软磁材料.HHc 013456Br2图图1-6 磁滞回线磁滞回线船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室2.永磁材料永磁材料:矫顽力、剩磁均较大矫顽力、剩磁均较大, 磁滞磁滞

22、回线宽。回线宽。一般用来制造一般用来制造永久磁铁永久磁铁. 如如钨钢、钴钢及铁镍铝钴合金钨钢、钴钢及铁镍铝钴合金等等.船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室剩磁很大剩磁很大, 磁滞回线形状近似矩形。磁滞回线形状近似矩形。在自动控制系统用做在自动控制系统用做记忆元件记忆元件、开关元件和逻辑元件的磁心材料开关元件和逻辑元件的磁心材料. 常用的有镁锰铁氧体及常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁型铁镍合金等。镍合金等。3.矩磁材料矩磁材料:船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院

23、船舶电气设备教研室o 铁磁物质的磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁物铁磁物质的磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁物质受到质受到强烈的振动强烈的振动，或在，或在高温高温下由于剧烈热运动影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性质（如高导磁率、磁滞等），就会全部消列铁磁性质（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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室电

24、磁炉电磁炉1 1、电磁炉内部有一线圈，通电后产生磁场。、电磁炉内部有一线圈，通电后产生磁场。2 2、交变的磁场在金属煲内产生感应电动势、电流。由于存在电阻，放出大量热能，用于、交变的磁场在金属煲内产生感应电动势、电流。由于存在电阻，放出大量热能，用于煮食。煮食。3 3、一般只能选用铁或不锈钢煲，其电阻足够大，产生足够热量。不能使用铜煲、玻璃、一般只能选用铁或不锈钢煲，其电阻足够大，产生足够热量。不能使用铜煲、玻璃、陶瓷、塑料等。陶瓷、塑料等。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室第三节第三节 磁路的基本概念磁路的基本概念

25、 一、磁路一、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中应用铁磁物质制成一定的形状铁磁物质制成一定的形状，即人为地造成磁，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。则因导磁系数小得多而磁通极少。这种磁通的路径这种磁通的路径称为磁路。称为磁路。 ？磁路？磁路重点：重点：磁路的基本定律磁路的基本定律船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电

26、气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室图图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； I2I1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（第01章 磁路结构）船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院

27、船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室图 1-9IIm(a)(b) （a） （b） 图图 1-9 磁路中的磁场分布磁路中的磁场分布二、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中，磁路中，把按照我们安排的路径而闭合的磁通称为把按照我们安排的路径而闭合的磁通称为主磁通主磁通，而，而把不按照这种路径闭合的磁通称为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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室磁路定律是由描述磁场性质的磁路定律是由描述磁场性质的磁通连续性磁通连续性原理和原理和安安培环路定律培环

28、路定律导来的。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磁路定律磁路定律由于磁通的连续性，由于磁通的连续性，忽略漏磁通后，磁忽略漏磁通后，磁路就与电路相似，路就与电路相似，在一条支路中处处在一条支路中处处都有相同的磁通。都有相同的磁通。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室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

29、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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室3. 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律设由单一铁心构成的均匀磁路设由单一铁心构成的均匀磁路Hl = I = INH=B/ = /（ S）mRFSlIN磁动势磁动势F=IN磁阻磁阻SlRm 磁路欧姆定律磁路欧姆定律船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室图1-10 无分支铁心磁路 a）磁路 b）模拟电路图船舶

30、电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室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。基础的。磁路的磁通、磁势、磁压、磁阻等量与电路中磁路的磁通、磁势、磁压、磁阻等量与电路中的电流、电动势、电压、电阻等量一一对应的电流、电动势、电压、电阻等量一一对应。而且，磁。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，磁路和电路有一个另

31、外必须指出，磁路和电路有一个本质的差别本质的差别，即磁通，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。换，会使电阻发热。对比思考对比思考船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁通磁通磁压降磁压降HL磁动势磁动势INF 电动势电动势电流电流电压降电压降UEI电电路路R+_EIU磁磁路路IN船舶电气设备与系统 课

32、 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室基本定律基本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感应磁感应强度强度SB 安培环路安培环路定律定律HLNI0磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度电压定律电压定律电流定律电流定律0IUEREI SlRSIJ磁路与电路的比较磁路与电路的比较 ( (二二) )电电 路路R+_EI船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室三、恒定磁通无分支磁路的计算三、恒定磁通无分支磁路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

33、）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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室无分支磁路中已知磁通求磁势，可以无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列步骤进行：按照下列步骤进行：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作出中心线，按照所给尺寸计算出磁路各段的截面磁路各段的截面S1 、 S2和长和

34、长度度l1 、 l2 ；3. 按已知的磁通计算各个段落的磁感按已知的磁通计算各个段落的磁感应强度：应强度： ,2211SBSB船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室4.4.从各材料的从各材料的B-HB-H曲线（基本磁曲线（基本磁化曲线）上按已算出的磁感化曲线）上按已算出的磁感应强度应强度B B1 1、 B B2 2 找出与找出与它们相对应的磁场强度它们相对应的磁场强度 H H1 1、 H H2 2 5.5.按照磁路的基尔霍夫第二定按照磁路的基尔霍夫第二定律求出所需要的磁势：律求出所需要的磁势： .2211lHlHHlNI

35、船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室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 ：066070000108 . 01025. 1104BBBBH注意注意船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室例例1-2:1-2:有环形铁心线圈，其内径为有环形铁心线圈，其内

36、径为l00cml00cm，外径为，外径为150 cm150 cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于长度等于2 cm2 cm。设线圈中通有。设线圈中通有10A10A的电流，如要得到的电流，如要得到0.9T0.9T的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。 解：解：01HHlNIBH船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室b例例1-2:1-2:有环形铁心线圈，其内径为有环形铁心线圈，其内径为l00cml00cm，外径为，外径为150 cm150 cm，铁心材料

37、为铸钢。磁路中含有一空气隙，其，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于长度等于2 cm2 cm。设线圈中通有。设线圈中通有10A10A的电流，如要得到的电流，如要得到0.9T0.9T的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。 解：解：船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室例例1-2:1-2:有环形铁心线圈，其内径为有环形铁心线圈，其内径为l00cml00cm，外径为，外径为150 cm150 cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于长度等于2 cm

38、2 cm。设线圈中通有。设线圈中通有10A10A的电流，如要得到的电流，如要得到0.9T0.9T的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。 解：解：船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室例例1-2:1-2:有环形铁心线圈，其内径为有环形铁心线圈，其内径为l00cml00cm，外径为，外径为150 cm150 cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于长度等于2 cm2 cm。设线圈中通有。设线圈中通有10A10A的电流，如要得到的电流，如要得到0.9T0.9

39、T的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。 解：解：船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室一、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

40、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 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2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室1图1-12 线圈的感应电势KE电流表+-2N1N2 图图1-12 1-12 线圈的感应电势线圈的感应电势分析开关闭合或断开分析开关闭合或断开瞬间电流表的偏转瞬间电流表的偏转电磁感应现象准确的定电磁感应现象准确的定义是：义是： 因磁通量变化产因磁通量变化产生感应电动势的现象。生感应电动势的现象。 船舶电气设备与系统 课 件2022

41、-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室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。式中的负号代表感应电动势方向。电动势的方向（公式中电动势的方向（公式中的负号）由的负号）由楞次定律楞次定律确定。确定。 dtddedt 船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研

42、室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室式（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圈而是多匝线圈，如果穿过每匝线圈的磁通量相单匝线圈而是多匝线圈，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 NdtdNdtde说明说明船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室感应电动感应电动势的方向势的方向愣次定律愣次定律可知，感应电动势的可知，感应电动势的方向方向总是使得其感

43、应总是使得其感应电流产生的磁通来电流产生的磁通来阻止阻止原有磁通量的变化（增加或原有磁通量的变化（增加或减少）。减少）。楞次定律的内容为：由于楞次定律的内容为：由于磁通量磁通量的改变而产生的感应电流会的改变而产生的感应电流会抵抗磁通量的改变。楞次定律还可表述为：抵抗磁通量的改变。楞次定律还可表述为：感应电流感应电流的效果的效果总是反抗引起感应电流的原因。总是反抗引起感应电流的原因。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室图图1-141-14感应电动势方向的感应电动势方向的确定确定 NS+uiab如图如图1-14，若线圈不动

44、，磁铁向下运动，若线圈不动，磁铁向下运动，则通过线圈的磁通则通过线圈的磁通1的方向向下，而且对的方向向下，而且对线圈来说磁通是增加的，由线圈来说磁通是增加的，由楞次定律楞次定律知线知线圈感应电流产生的磁通圈感应电流产生的磁通2的方向与穿的方向与穿过它的磁铁磁通过它的磁铁磁通1方向相反；方向相反；再根据右手定则知感应电流再根据右手定则知感应电流i从线圈内部从线圈内部a流向流向b，而感应电动势，而感应电动势eL的方向与其一致，的方向与其一致，由由a 经线圈内部指向经线圈内部指向b，而线圈两端的电压，而线圈两端的电压由由b指向指向a。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电

45、气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室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：定： （1-191-19） dtdNeL船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室二、自感系数二、自感系数由于由于导体本身导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现自感现象象。在自感现象中产生的电动势叫。在自感现象中产生的电动势叫自感电动势自感电动势，自感电动势的作，自感电动势的作用是阻碍导体自身中电流的变

46、化。用是阻碍导体自身中电流的变化。 船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室图1-18 自感现象的演示(a)(b)LKS1S2RELKS（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象自感现象（a）中，电阻）中，电阻R与线圈电阻相同，与线圈电阻相同，K闭合瞬间，闭合瞬间，S1先先亮，亮，S2逐渐亮，最后亮度一致。逐渐亮，最后亮度一致。船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院

47、工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室受热易膨胀受热易膨胀船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备

48、教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室三、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.通直流电励磁的通直流电励磁的直流铁心线圈直流铁心线圈，如直流电机的励磁，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.通交流电励磁的通交流电励磁的交流铁心线圈交流铁心线圈，如交流电机、变压，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2022-4-30轮机学院工程学

49、院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室A.直流铁心线圈的磁路直流铁心线圈的磁路IU直流励磁线圈电路直流励磁线圈电路（恒磁势系统）（恒磁势系统）特点特点:mmRINRF U一定一定I一定一定磁动势磁动势 F=IN一定一定)(mRF 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）RUI （R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室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

50、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，由式可知因为励磁电流是直流，产生的磁通是固定的，由式可知: : 即在线圈和铁心中不会感生电动势，在一定的直流电压即在线圈和铁心中不会感生电动势，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只和线圈本身的电阻只和线圈本身的电阻R R有关，即有关，即这就是为什么交流线圈不能随意接直流电源的原因。这就是为什么交流线圈不能随意接直流电源的原因。0dtdILdtdiLe直流铁心线直流铁心线圈的磁路圈的磁路RUI 船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室u

51、Leei交流激励交流激励线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势电路方程：电路方程：dtdNRieeuulR)()(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Ru忽略忽略dtdNeulB.交流铁心线圈的磁路交流铁心线圈的磁路船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室假设假设tmsin则则)90sin(2cos0tfNtNummdtdNu uLeei船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室有效值有效值mmfN UU44.42相量相量mmfNjfNjEE44. 42290.船舶电气设备与系统 课 件2022-4-30轮机学院工程学院船舶电气设备教研室轮机学院工程学院船舶电气设备教研室交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路（恒磁通系统）（恒磁通系统）交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 对电流的影响对电流的影响mR 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。uimRIN 小小 电流小电流小电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小