船舶电气设备与系统 第一章.ppt

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1、第一章电与磁概述电工设备中发生的物理过程通常同时包含“电”和“磁”这两个紧密相连的现象，即电生磁，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“电感”来表达这个作用，仅从电路概念加以分析。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。第一章电与磁本章主要讲解内容第一节磁场的基本概念和基本物理量第二节铁磁材料的磁性能第三节磁路的基本概念第四节电磁感应第一节磁场的基本概念和基本物

2、理量一、磁场的基本概念1．磁场与磁力线（1）磁场:当小磁针靠近永久磁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，这一物质称为磁场。（2）磁力线:磁场的分布情况用闭合磁力线来描述。在磁铁的外部，磁力线从N极出发，经外部空间进入S极；再由S极经磁铁内部回到N极而组成闭合回线，即磁力线是闭合的。返回本章图1-1条形磁铁的磁场返回（3）磁场方向l1曲线上a点的磁场方向即为a点切线l2的方向，（4）磁场强弱磁力线的疏密反映了磁场各处磁性的强弱程度；靠近磁铁两端的磁力线密，磁场就强，远离磁铁两

3、端的磁力线疏，磁场就弱。返回2．电流的磁效应除了永久磁铁周围存在磁场外，当小磁针靠近通电导线(或通电导线绕成的螺旋管线圈)，小磁针会发生偏转，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，称为电流的磁效应。磁场是由电流产生的，磁场的强弱及方向由通过导线的电流决定。（a）通电直导体（b）通电螺线管线圈图1-2磁场与电流的方向返回2．电流的磁效应磁场方向的确定：（a）右手握住直导体，拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向即为磁场方向。（b）右手握住线圈，弯曲的四指指向电流方向，则拇指的指向即为

4、螺旋管内部的磁场方向。二、磁场的基本物理量1．磁感应强度B磁感应强度B是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量，是矢量。其定义式为:q-电荷所带电量，单位是库伦（C）B-磁感应强度，单位是特斯拉（Tesla）V-电荷运动速度，单位是米/秒（m/s）f-电磁力，单位是牛顿（N）均匀磁场：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，都指均匀磁场）。在均匀磁场中I–通人导体的电流单位是安培(A)f-电磁力，单位是牛顿（

5、N）l-导体长度，单位是米(m)2．磁通定义：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定义式：B单位：特斯拉（Tesla）φ单位：韦伯（Wb）3．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导磁率之比。B单位：特斯拉单位：安/米单位：亨/米IN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势，用字F表示F=NI(磁势单位为A)4．磁导率（导磁系数）和相对磁导率（1）磁导率定义：表征各种材料导磁能力的物理量。定义式：μ=B/H(H/m)（2）相对磁导率定义：一

6、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。定义式：μr=μ/μ0第二节铁磁材料的磁性能为了在一定的的磁势作用下能激励较强的磁场，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磁导率较高的铁磁材料制成，下面对常用的铁磁材料及其性质作简要说明。返回本章说明1.高导磁性（a）(b)图1-3磁性材料的磁化思考：磁畴、磁化2.磁饱和性图1-4磁化曲线图1-5与H的关系非饱和段：oa、ab段半饱和段：bc段饱和段：c点以后图1-4

7、3.磁滞性如果励磁线圈中通入交变励磁电流,对铁心进行反复磁化，磁感应强的变化总是滞后于磁场强度的变化,这种现象称为磁滞现象.为消除剩磁所加的反向磁场强度值Hc称为矫顽力。图1-6磁滞回线由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。图1-7中示出了几种铁磁材料的磁化曲线。按磁性物质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型：软磁材料、永磁材料、矩磁材料。铁磁材料的类型⑴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、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体

8、在电子技术中应用也很广泛，例如可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。⑵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、钴钢及铁镍铝钴合金等。⑶矩磁材料具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。铁磁物质的磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁物质受到强烈的振动，或在高温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列铁磁物质（如高导磁率、磁滞