船舶电气设备及系统-电流磁场

第1章电与磁§1.1磁场基本概念与基本物理量§1.2磁路及其基本定律§1.3电流在磁场中力效应§1.4电磁感应船舶电气设备及系统--电流磁场第1页磁场基本物理量和磁路基本定律是学习船舶基础，在了解磁感应强度、磁场强度、磁通等概念基础上，深入了解铁磁材料高导磁性、磁饱和性和磁滞性及其应用。

本章重点船舶电气设备及系统--电流磁场第2页磁场§1.1磁场基本概念与基本物理量1.1.1磁场基本概念电流磁效应磁力线船舶电气设备及系统--电流磁场第3页磁通1.1.2磁场基本物理量Φ-国际制单位制(SI):伏.秒，称韦伯(Wb)1Wb=108MxΦ-电磁单位制:麦克斯韦(Mx)磁通是一个矢量，其方向与该处磁场方向一致。磁通定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与垂直于磁场方向面积乘积，磁通Φ是穿过某一截面S磁力线总数。船舶电气设备及系统--电流磁场第4页与磁场方向相垂直单位面积上经过磁通（磁力线）磁感应强度I单位：安培(A)F单位：牛顿(N)l单位：米(m)B-国际制单位制(SI):Wb/m2，称为特斯拉(T)B-电磁单位制:高斯(Gs)

1T=104Gs磁感应强度表示磁场内某点磁场强弱及方向物理量为一矢量，若磁场内各点B大小相等、方向相同，则为均匀磁场。对非均匀磁场，B为S内平均值，也称磁通密度。测量船舶电气设备及系统--电流磁场第5页磁场强度

磁场强度是计算磁场所用物理量，为矢量，用来确定磁场与电流之间关系，其大小为磁感应强度和导磁率之比。B

单位：特斯拉

单位：安/米

单位：亨/米船舶电气设备及系统--电流磁场第6页物理学安培环路定律

经典无分支闭合磁路IN为电流与线圈匝数乘积，称为磁动势，用字F表示磁动势单位是安培(A)。磁压降船舶电气设备及系统--电流磁场第7页磁导率表征各种材料导磁能力物理量（亨/米）真空中磁导率()为常数普通材料磁导率和真空中磁导率之比，称为这种材料相对磁导率船舶电气设备及系统--电流磁场第8页，则称为磁性材料，则称为非磁性材料船舶电气设备及系统--电流磁场第9页在工程上,物质按其磁性划分为两类,即铁磁材料(或叫磁性材料)和非铁磁材料。铁磁材料主要是指铁、钴、镍及其合金。1.1.3铁磁材料磁性能船舶电气设备及系统--电流磁场第10页铁磁材料磁导率

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0。将铁磁材料放入电流磁场中，它将被磁化而产生很强附加磁场。所以可用较小励磁电流产生足够大磁感应强度和磁通。1)高导磁性磁畴磁化

船舶电气设备及系统--电流磁场第11页c点以后为饱和段（饱和电抗器）2)磁饱和特征B-H曲线,或称磁化曲线,可经过试验取得。B—H磁化曲线与μ—H曲线磁化曲线大致可分成三段:ab段为非饱和段（线性电抗器）bc段为半饱和段（普通电机、变压器铁心）船舶电气设备及系统--电流磁场第12页假如励磁线圈中通入交变励磁电流,对铁心进行重复磁化,磁感应强度大小和方向改变总是滞后于磁场强度改变,这种特征称为磁滞特征.3)磁滞性磁滞回线为消除剩磁所加反向磁场强度值Hc称为矫顽力。当断开励磁电流(H=0)后,磁感应强度仍不为零现象,称为剩磁特征。船舶电气设备及系统--电流磁场第13页铁磁材料类型分为经典三种类型:1.软磁材料:矫顽力小,磁滞回线狭窄.如铸铁、铸钢、纯铁、硅钢、坡莫合金和铁氧体等材料。电机、变压器等电器铁心采取软磁材料。磁化曲线a-铸铁；b-铸钢；c-硅钢片船舶电气设备及系统--电流磁场第14页

剩磁很大,磁滞回线形状近似矩形.在自动控制系统用做记忆元件、开关元件和逻辑元件磁心材料.惯用有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等.2.硬磁材料:矫顽力、剩磁均较大,磁滞回线宽.普通用来制造永久磁铁.如钨钢、钴钢及铁镍铝钴合金等.3.矩磁材料:船舶电气设备及系统--电流磁场第15页磁路：磁通所经过特定路径。直流电机交流接触器继电器变压器§1.2磁路及其基本定律船舶电气设备及系统--电流磁场第16页1)磁路欧姆定律设变压器由单一铁心组成均匀磁路Hl=

I=IN∵H=B/

=

/（

S）∴磁动势F=IN磁阻

磁路欧姆定律船舶电气设备及系统--电流磁场第17页2)磁路基尔霍夫磁流定律

对于有分支磁路,进入封闭面磁通代数和等于零(磁通连续性),即∑Φ=0船舶电气设备及系统--电流磁场第18页磁路有气隙或由不一样材料不一样截面路段所组成单一闭合磁路,称为串联磁路。3)磁路基尔霍夫磁压定律船舶电气设备及系统--电流磁场第19页船舶电气设备及系统--电流磁场第20页磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U船舶电气设备及系统--电流磁场第21页基本定律磁阻磁感应强度安培环路定律磁路IN欧姆定律电阻电流强度克氏电压定律克氏电流定律电路R+_EI船舶电气设备及系统--电流磁场第22页§1.3电流在磁场中力效应

载流导体在磁场中会受到电磁力作用，称为电流在磁场中力效应。这个力叫做电磁力，用字母F表示。

(a)(b)(c)电流和磁场间作用力关系电磁作用力大小

船舶电气设备及系统--电流磁场第23页电磁力方向——左手定则

磁场对载流导体作用力(左手定则)船舶电气设备及系统--电流磁场第24页1.4电磁感应电磁感应现象有两种表现形式:当穿过线圈磁通发生改变时，在线圈内产生感应电动势。当运动导体切割磁力线时，在导体内产生感应电动势。船舶电气设备及系统--电流磁场第25页直导体中感应电动势

(a)(b)运动导体在磁场中感应电势与右手定则船舶电气设备及系统--电流磁场第26页线圈中感应电动势线圈感应电势感应电动势方向确定船舶电气设备及系统--电流磁场第27页感应电动势大小等于线圈匝数与磁通改变率乘积。感应电动势方向由楞次定律得出：感应电动势方向总是使得其感应电流产生磁通来阻止原有磁通改变。船舶电气设备及系统--电流磁场第28页自感

当经过线圈电流发生改变时，则由该电流所产生、穿过线圈磁通也发生改变，从而使线圈本身产生自感电动势，这种现象称为自感现象，这种感应电动势称为自感电动势。船舶电气设备及系统--电流磁场第29页Ψ=NΦ，称为磁链

自感电动势

定义为自感系数电感元件两端电压

要求电压与电流正方向一致，即电动势正方向一致。船舶电气设备及系统--电流磁场第30页一单层密绕螺线管自感系数:线圈长L,截面积S,绕组总匝数为N.能够看出:螺线管自感系数L正比于它体积和单位长度内匝数平方N2。(忽略端点效应)管内磁感应强度:船舶电气设备及系统--电流磁场第31页电流、电压和电动势正方向日光灯电路在生产实践中，常碰到自感现象；其有利（日光灯）有弊（电机断电易烧坏接触器触点）。实践中应扬长避短。船舶电气设备及系统--电流磁场第32页铁心线圈电路

：主磁通：漏磁通ui船舶电气设备及系统--电流磁场第33页假设：主磁通：漏磁通ui船舶电气设备及系统--电流磁场第34页（线圈电阻R和感抗Xσ较小忽略）船舶电气设备及系统--电流磁场第35页功率损耗与涡流

磁滞损耗(ΔPh)：当铁磁体被重复磁化时,因为磁滞原因而引发功率损耗。（克服剩磁所消耗能量）为减小磁滞损耗,应选取磁滞回线面积小软磁材料做电机、电器铁心.除线圈电阻上功率损耗(铜损)外，还有铁损。船舶电气设备及系统--电流磁场第36页为降低涡流,铁心通惯用相互绝缘钢片叠制而成。涡流损耗(ΔPe)：当铁心中磁通发生改变时,在铁心内引发感应电动势和电流(即涡流)。因为涡流在铁心中造成功率损耗。(电磁炉利用这一特点)磁滞损耗和涡流损耗统称为铁损(ΔPFe)ΔPFe=ΔPh+ΔPe船舶电气设备及系统--电流磁场第37页电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分

电磁铁船舶电气设备及系统--电流磁场第38页电磁吸力电磁吸力大小与经过气隙进入衔铁磁力线多少及其分布相关,它与气隙磁通或磁密B0平方成正比,与气隙截面S0成正比。电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分

船舶电气设备及系统--电流磁场第39页交流电磁铁瞬时电磁吸力为直流电磁铁电磁吸力为采取短路环船舶电气设备及系统--电流磁场第40页IU直流励磁线圈电路特点（R为线圈电阻）直流电磁铁船舶电气设备及系统--电流磁场第41页直流电磁铁U一定I一定磁动势F=IN一定磁通和磁阻成反比

（线圈中没有反电动势）IU船舶电气设备及系统--电流磁场第42页交流励磁线圈电路特点ui交流电磁铁交流激励线圈中产生感应电势船舶电气设备及系统--电流磁场第43页ui交流电磁铁电路方程：感应电势和产生普通情况下很小船舶电气设备及系统--电流磁场第44页假设则ui船舶电气设备及系统--电流磁场第45页有效值相量船舶电气设备及系统--电流磁场第46页交流磁路中磁阻Rm对电流影响电磁铁吸合过程分析：在吸合过程中若外加电压不变,则Φ基本不变。iu船舶电气设备及系统--电流磁场第47页

小电流小电磁铁吸合后(气隙小）

大