《船舶电气设备及系统课件 第一章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《船舶电气设备及系统课件 第一章（109页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、绪 论,绪 论,考试及积分方法,教学大纲要求,学习本课程的意义,参考教材,学习方法及要求,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。, 教学大纲要求 ,教学要求：,1. 掌握船舶电气设备的工作原理、运行特性和应用场合； 2.熟悉掌握继电接触器控制线路的基本环节；掌握船舶机舱辅机、甲板机械、舵机电力拖动自动控制系统的工作原理。 3.了解船舶电力系统的组成、特点、基本参数；掌握蓄电池的充放电及维护、保养方法；掌握同步发电机并联运行、自动调压装置基本原理；了解船舶电力系统
2、继电保护的基本原理；熟悉各种继电保护装置的结构、原理。 4.熟悉船舶电气设备管理的基本要求；掌握船舶电气设备安全用电基本知识。,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。 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710章学习的就是电力拖动的基本控制方法。 城市有生产设备，设备需要由电动机拖动，因此第16章学习“磁路”和“电机学”的知识。, 学习本课程的意义 ,教材：船舶电气设备及系统，郑华耀主编，大连海事大学出版社出版，2005年7月。 主要参考书： 船舶电机学，陆让之主编，人民交通出版社，1986年；
3、 船舶电气设备及系统，史际昌主编，大连海事大学出版社，1998年。, 参考教材 ,认真：认真听、认真预习、认真复习、认真做作业。 开始的原理部分未掌握，后续内容很难学。 勤：勤思考、勤提问。 基本要求：不要讲话，不要影响他人。 初级要求：不要单独做小动作，或打瞌睡。 中级要求：课后及时复习 ，消化内容（看懂学过的内容，能够回答各章后面的“复习与思考” 题）。 高级要求：课前预习，预习10页的内容（不要求看懂，但要求知道什么内容）。, 学习方法与要求 ,考试题型：单项选择题、是非判断题、计算 题、简答题、综合题 （包括小线路 图的分析，英文出题，可用中文或 英文回答） 计分方法：平时成绩占20%
4、（实验、作业、课堂 提问及考勤）；期末成绩占80%。, 考试及计分方法 ,第一章 电与磁,船电设备,补充说明及小结,11 磁场基本概念和物理量,12 磁路及其基本定律,13 电流在磁场中的力效应,14 电磁感应,学习本章目的：复习磁的概念，学习磁场、磁路的区别，掌握电磁铁的工作原理。,1-1 磁场的基本概念和基本物理量,本节主要内容：,磁场的基本概念； 磁场的基本物理量； 铁磁材料的磁性能。,磁场与磁力线：磁场、磁力线（方向） 电流的磁效应,本节主要知识点：,1.1.1 磁场(magnetic field )的基本概念,磁场是一种物理现象，在物理学中曾经指出：“电生磁，磁变生电”。,电流的磁效
5、应(magnetic effect ),磁力线(magnetic lineation )是为了描述磁场中磁感应强度大小而提出的一种假设“线”。是闭合的曲线。,磁力线（方向）,图1-1 条形磁铁的磁场,电流的磁效应是指：通电导体中流过电流后，在其周围产生磁场的现象。,通电导体产生磁场的情况有两种： .通电直导体周围产生磁场； .通电螺旋状线圈产生磁场。,通电直导体,通电螺旋状线圈,1.1.2 磁场的基本物理量,磁感应强度(Magnetic Induction Strength )； 磁通(flux )； 磁场强度(magnetic intensity)； 磁导率(magneto conducti
6、vity )。,本书讨论的磁场主要物理量有：,注意：与第二节“磁路”概念结合学习。,1.磁感应强度B (Magnetic Induction Strength ),磁感应强度B 的定义：表示磁场内某点磁场强弱和 方向的物理量。,磁感应强度B 的大小:,磁感应强度B 的方向：与电流的方向之间符合右手 螺旋定则。,磁感应强度B 的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2,均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。,2.磁通(flux ),磁通 ：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。,说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。,在均匀磁场中：,磁感应强度B在数值上可
7、以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。,磁通 的单位:韦伯(Wb) 1Wb =1Vs,3.磁场强度(magnetic intensity),磁场强度H ：是计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。,磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m),安培环路定律（全电流定律）,式中： 是磁场强度矢量沿任意闭合线（常取磁通作为闭合回线）的线积分；I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。,任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。,安培环路定律电流正负的规定：,所以安培环路定律将电流与磁场
8、强度联系起来。,在均匀磁场中 Hl = IN,由实验可测得：真空的磁导率为：,4. 磁导率(magneto conductivity ),磁导率 的单位：亨/米（H/m）,因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是很方便的。,磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的 导磁能力。它与磁场强度的乘积就等于磁 感应强度，即,相对磁导率r：任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。,即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B0之比的倍数。,自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性材料和非磁性材料。,例如：在磁路中磁势的单位是（ ） 。 A.伏特
9、 B.安培 C.欧姆 D.韦伯 答案：B。 磁势 = 电流 匝数 即磁势单位为：安培匝（安匝，安）。 而匝不是量纲可以省略。 磁势的单位为：安培,注意物理量的单位举例,1.1.3 铁磁材料的磁性能,铁磁材料的主要磁性能有： 高磁导率； 磁饱和(magnetic saturation )； 磁滞(hysteresis)与剩磁(residual magnetism )。 组成：铁、钴、镍以及它们的合金。 相关问题：产生铁损。,磁性材料的磁性能,1. 高导磁性(magneto conductivity ),磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡莫合金，其 r 可达 2105 ) 。 磁性材料
10、能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。,磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。,磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。,高磁导率的目的： 磁导率高才能导磁；相同的磁场强度产生的磁密大。 利用电磁感应原理工作的电气设备需要铁心构成磁的通路，要求相同的磁通时，磁导率高，铁心的截面积小。体积小、重量轻。,(a) (b) 图1-4 磁性材料的磁化,磁畴的理解： 一个原子，其外有电子绕核高速旋转，电子的流动就是电荷流，将产生磁场。若大部分电子绕核方向一致，则呈现磁场。,磁性物质
11、由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。,2.磁饱和性(magnetic saturation ),当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如下图。,BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；,B0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；,B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 加即磁场的 B-H 磁化曲线。,BJ,B,a,b,磁化曲线,B-H 磁化曲线的特征： Oa段：B 与H几乎成正比地增加； ab段：B 的增加缓慢下来； b点以后：B增加很少，达到饱和。,有磁性物质存在时，B 与 H不成正
12、比，磁性物质的磁导率不是常数，随H而变。,有磁性物质存在时，与 I 不成正比。,磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出。,B和与H的关系,原因： 磁通太多，材料阻碍增大。 铁磁材料之所以比非铁磁物质磁导率高是因为铁磁材料对磁通阻力较小。当通过材料的磁通太多时，铁磁材料对磁通阻力增大，磁导率减小。 理解： 这就象车过桥的情况一样：当同时过桥的车很少时，过桥的车速度很快，车多单位时间内过桥的车辆就多；但是当同时有很多辆车过桥时，车的行驶速度就应该放慢，否则车就可能相互碰撞，这是因为桥已经“饱和”了。,磁饱和,3.磁滞性(hysteresis),磁性材料在交变磁场
13、中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。,磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后 于外磁场变化的性质。,磁滞回线,Br,Hc,剩磁感应强度Br (剩磁) ：当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度。,例如: 永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的；自励直流发电机的磁极，为了使电压能建立，也必须具有剩磁。,磁滞回线,Br,Hc,磁滞回线,Br,Hc,但剩磁也存在着有害的一面，例如，当工件在平面磨床上加工完毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸住。为此要通入反向去磁电流，去掉剩磁，才能取下工件。,矫顽磁力Hc：使 B = 0 所需的 H 值。,磁性物质不同，其磁滞回线
14、和磁化曲线也不同。,几种常见磁性物质的磁化曲线,原因： 有剩磁存在。 现象： 磁化过程 01 2 3 4 5 6 1 磁滞回线： 回线（闭合曲线）： 1 2 3 4 5 6 1,磁滞,磁场强度最大值不同就有不同的回线。,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,按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： (1)软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 (3)矩磁材料 具有
15、较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。,软磁材料 硬磁材料 矩磁材料,特点 磁滞回线面积（形状）不同。,1-2 磁场及其基本定律,本节主要内容： 磁路； 磁路的基本定律。,1.2.1 磁 路,铁心磁路 . 磁路是均匀的，或至少是分段均匀；磁场各点则是变化的。 . 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）。 . 磁路物理量： 磁势、磁通、磁阻。,在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对以上电工设备进行全面分析。,本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。,磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。,在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。,直流电机的磁路,交流接触器的磁路,四极直流电机和交流接触器的磁路,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
