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1、绪论绪论一、课程性质与内容1、性质本课程是轮机管理专业的主要专业课。专专业业课课则主要介绍与将来从事的工作有关的知识；主主要要则应引起足够的重视。2、特点理理论论性性强强、实实践践性性强强理论要学；实验要做。3、内容由于船舶电气设备的驱动主要由电动机完成，而电动机的工作又必须由船舶电站提供能源。本课程内容包含：电电机机学学、船舶电站船舶电站以及主要船舶电气设备的控制线路和原理设备的控制线路和原理等。4、重点与难点本课程的重点、难点是异异步步电电动动机机的调调速速、起起动动、制制动动方方法法及运运行行情情况况分分析析，同同步步发发电电机机并并联联运运行行及功功率率调调节节，锅炉、起货机、自动舵控
2、控制制线线路路分析，同步发电机的自自动动调调压压装装置置，同步发电机并联运行并联运行，电力系统的保护保护。2021/9/151二、课程目的和要求通过本课程的学习，获得电机学及船舶电气设备必要的基基本本理理论论和和基基本本知知识识，掌握船舶电气设备基基本本操操作作技技能能，为学习后续课程及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理论基础和实践基础。三、如何学习本课程1、学习要求：1）确实做到课前预习课前预习，课后复习课后复习。课前预习才能在课堂里跟跟得得上上思思路路，课后复习才能及及时时消化消化。2）作业确实自己做，“COPY”者考试时将吃大亏。批批改改的的作业一定要保存到期末作业一定
3、要保存到期末。3）答疑：有问题及时问，不要积累不要积累。尤其是作业上的问题作业上的问题。4）注意每章节后的要点归纳要点归纳。本课程为港监考证课本课程为港监考证课，相信大家会引起足够的重视相信大家会引起足够的重视。2021/9/1522、考试初步商定：期末四个班统一复习。成绩计算：期末占 80%；平时占 20%。平时包括：作业和实验两部分。试题型式有两大部分：单项选择题；问答、计算题。3、关于考证据说考证题型以“单项选择题”和“关联题”（简单计算题）为主。应重视各个知识点的理解和学习。为此，每章节后的归纳更应重视。4、关于教材本教材编写的程度较为简单，有的部分可以自己参阅其它参考书。如，电机学、
4、电工学等方面的参考书。电机学：许实章，较深，但较权威；船舶电机学：陆让之（大连编），较合适。电工学：秦曾煌。2021/9/153第一章第一章 磁路磁路11磁场基本物理量一、磁感应强度和磁通磁感应强度和磁通都是中学已经学过的、表述磁场的基本物理量。大家知道，“电能生磁，磁变生电”。可以这么理解：磁感应强度表示的是磁场感生电的能力的强弱；磁通和电量中的电流相似，表示磁场传递能量的大小，磁通传递的是磁能。磁通是穿过某一截面S的磁感应强度B的通量（即，磁力线数）。截面与磁力线垂直时：B=/S，或=BS磁感应强度又称磁通密度，简称“磁密”，单位“特斯拉”。从“场”的观点看B是磁磁感感应应强强度度；从“路
5、”的观点看B是磁磁密密，但都是有方向的量，是矢矢量量（“场”的角度为“空间矢量”；“路”的角度是“时间矢量”）。磁通的单位为韦韦伯伯，也是矢量。关关键键词词：磁通，磁密，矢量，单位，相互关系（见书P1，式111）。2021/9/154二、磁场强度磁场强度H也是表述磁场的基本物理量（与电场中的电场强度相对应），（见书P1，式112和式113），单位为：安/米，也是矢量。式112表示的积分回路是任意的，而式113则为均匀磁介质中取磁力线作积分回路。三、磁导率和电导率相似，表示介质导磁的能力（见书P2，式114），单位为：亨/米，所不同的是：不同电介质的电导率相差非常大，而不同磁介质的磁导率相差相比
6、之下就小很多（只是相比之下相比之下，实际导磁材料的磁导率还是相差很大的）。第一节要点第一节要点：物理量的含意、单位（国际单位制SI和电磁单位制）、相互关系。2021/9/15512铁磁材料及铁损两类：铁磁、非铁磁（差别主要是：磁导率的不同）。一、铁磁材料的磁性能铁磁材料：铁、钴、镍及其合金。1、高导磁特性铁磁材料的磁导率0，相对磁导率r1，但与导体的电导率比“”还是不够大。2、磁饱和特性（BH的关系曲线称“磁化曲线，见书P3，图121）可以这么理解：由于r不够大，对于一定尺度的铁磁材料，当H足够大时，B却不能与H同步增大（跑到铁磁材料外，BH关系为非线性）从而出现饱和，（下降）。3、磁滞和剩磁
7、特性由于B、H非线性，H从一定值时，B的量较小，出现“磁磁滞滞”现象。由于“磁滞”，当H到0时，B0，于是出现“剩磁剩磁”。2021/9/1562021/9/15712铁磁材料及铁损二、铁磁材料的类型三种：、软磁；、硬磁；、矩磁主要区别在BH曲线）三、铁损铁心要传递能量，就必定会产生损耗。铁铁心心的的损损耗耗简简称称铁铁损损。（交变磁通才能不间断地传递能量）。铁铁损损包包含含：磁滞损耗和涡流损耗两部分，磁磁滞滞损损耗耗是为了克服剩磁所产生的损耗；涡涡流流损损耗耗则是铁磁材料感生电流在材料中产生的损耗的反映。铁损的计算：（见书P4，式121）对于一定尺寸大小的铁心，铁损与频率f和磁密B有关。直流
8、磁通（f=0），不产生铁损；相同磁感强度H在不同材料的铁心中产生的铁损也不一样（材料不同，不同，产生的B也不同。铁损也不同）。注注意意：磁损耗与电损耗计算方法不一样，pFeRm（虽然pcu=IR，但R可认为是线性的，而Rm通常为非线性，第第二二节节要点要点：磁磁性性能能（非线性，磁滞，剩磁，BH曲线）；材材料料（软、硬、矩）；铁损耗损耗（与f和B有关）2021/9/15813磁路一、磁路和磁路基本定律1、定义、“路”的理解：所谓“路”“通路”，平坦的，路上无坑坑洼洼均匀的。（相对于“场”“场地”，通常不平不均匀的。）、磁路的定义：（见书P4，8行）主要由铁磁材料组成的、磁力线集中通过的闭合路径
9、，工程上称为磁路磁路。“路路”是均匀的（忽略材料上各点的差异；不均匀的话也可“等效均匀等效均匀”）。每段“路”中的量是，该段路中“各点的平均值”。、注意点：“铁磁材料”，“集中通过”，“闭合路径”。、联想：一条“路”可能是“宽窄不同”可“分段”考虑。、作用：磁路是磁力线（磁通）通过的路径，传导磁能的路径传导磁能到需要的“工作区域”上，工作区域经常是“气隙”（即，“空气间隙”；非铁磁），“气隙”经常称为“工作气隙”。2021/9/1592021/9/15102021/9/15112021/9/1512实用例子：（见书P5，图131）工作原理简介：(a).直流电机；(b).交流接触器；(c).变压
10、器；(d).继电器。2、磁路的欧姆定律2021/9/15132021/9/1514、与电路比较F磁势（相对于：电势），单位“安培”，或“安匝”。磁通（相对于：电流），单位“韦伯”（或“麦克斯韦”R磁阻（相对于：电阻），单位“安/韦伯”（或“1/亨”，等）。书P5，式133中，不是常数，R也不是常数，与饱和程度有关；与材料有关；与频率还有关。注意注意：电损耗可由ir计算（焦耳热），但磁损耗不可用Rm计算。（电路中电阻r通常可认为是线性的，但磁路的磁阻Rm却是非线性的）。掌握式132和式133（型式；F、和Rm以及和S的单位），能计算。理解Rm是非线性的，知道其影响因素。3、串联磁路的欧姆定律磁路
11、的基尔霍夫定律、串联磁路总磁势=各段磁压降之和气隙磁压降最大，如图131中(a)、(b)、(d)工作气隙。无气隙的磁路则由反磁势消耗，图131中(c)两线圈相互影响。、分支磁路与并联电路相同见书P5，式136。2021/9/1515二、求F（由磁路计算1、任务IN）或由F（IN）求（已知条件：、S及BH曲线等，工作点接近饱和点）。2、步骤由求F。（i各段序号）Bi查BH曲线，得Hi求F（F=Hili）（见书P8，例11）第第三三节节要要点点：磁磁路路（概念，定律）；磁磁势势（单位）；磁磁阻阻（非线性、影响因素；单位）2021/9/151614电磁铁一、电磁铁的工作原理1、组成：线圈、铁心、衔铁
12、（连接执行机构）、及其它附件。2、原理：线圈通电，使铁心和衔铁磁化，产生吸力，带动执行机构动作。3、应用：（见书P6，图141）、刹车：使电动机快速停车。（结构原理参见：书P102）分分类类：（从结构）：圆盘式、抱闸式；（从工作原理）：通电动作式；断电工作式。原原理理：（通电动作式）线圈通电吸吸合合，打打开开刹刹车车；断电靠弹簧弹簧，抱闸抱闸。继电接触器：通电：衔铁吸合，带动触头动作；断电：弹簧使衔铁释放。2021/9/15172021/9/1518二、电磁吸力1、吸力：公式（见书P6，式141。应知道：正比于S、B；反比于0）。2、交流电磁铁吸吸力力：f=0.5S0BmSint/0=Fm(1
13、Cos2t)/2（P6，1行）。每周期有两次过零点。在反力弹簧的作用下，将产生高频振荡。（50Hz时，100次/秒）。3、短路环（见书P7，图144）当铁心中B为交变时，则2与B同相位，但1所在的部分铁心，有短路环的存在，保证工作的任一时刻1、2至少有一个不为零，从而消除高频振荡。“三相电磁铁”工作时不会出现三相磁通都为零的时刻，不用设置短路环（注注意意：三三相相线线圈圈不不能能同同时时一一起起安安装装在在同同一一铁铁心心上上）。（但答题时应特别注意）2021/9/1519二、电磁吸力电磁吸力的大小与经过气隙进入衔铁的磁力线的多少及分布有关，它与气隙的磁通或磁密B0平方成正比，与气隙截面S0成
14、正比。f=0.5B02S0/0=400000S0B02N对于交流电磁铁：B0=BmSint则瞬时吸力f=0.5S0B02Sin2t/0=Fm(1Cos2t)/2i正弦，B0也是正弦，而f是在0到最大值Fm之间周期性的脉动，那么，一个周期的平均吸力：2021/9/15202021/9/1521对于单相电磁铁，因为，f是脉动，当吸力变化到接近于零时，因对衔铁吸力不足而产生脉动和噪声，污染环境，影响寿命。为了使铁心端面产生一个合成吸力不力零，在端部嵌装一个闭合的铜环，称为短路环。如图144所示。由于短路环通过交变磁通，产生感应电势和楞次电流，以反抗磁通的变化，从而使穿过短路环的磁通2的变化，由于这个
15、磁通不会同时过零，又在铁心截面的不同部位，故任何瞬时对衔铁的吸力都不为零，从而减弱或消除振动和噪声。三相电磁铁，通常采用E形铁心，三相铁心线圈所产生的气隙磁通不会同时为零，因而不会产生振动和噪声，交流电磁铁制动器常用三相交流电磁铁。三、交流、直流电磁铁的特点1交流电磁铁是由钢片叠成，直流电磁铁则由整块软钢制成铁心。2励磁线圈为恒压型（或并联型）的交、直流电磁铁，它们的电路和磁路有着明显不同的特点。直流恒压电磁铁是恒磁势型交流恒压电磁铁是恒磁通型2021/9/15222021/9/1523因为：11）直流励磁线圈电路：IN都是不变，与磁路的磁阻Rm无关，励磁电流只与电压有关，当电压一定F=IN=
16、cosst而直流继电器铁心卡住，线圈不会烧坏可见，与Rm成反比变化，与Rm有关但f2mf直流电磁铁是恒磁势电磁铁2）交流励磁线圈电路因为铁心线圈的电感LR，而eLUR所以UeL=2021/9/1524感应电动势的有效值为：在相位上感应电动势滞后于磁通90EEUU4.44fNm当N、f为一定时，U，当U一定，m也一定，故是恒磁通型，它与磁路的磁阻无关。2021/9/1525因为在交流铁心的磁路中要保持m不变，所以磁势和励磁电流必须随磁阻的增减而增减。交流继电器衔铁被卡住，吸不动，长时间大电流就会使线圈烧坏。四、铁心线圈的电感在电路中，线圈的理想电感L是用通入单位电流所产生的磁链的多少来量度。而单
17、位电流产生磁通则与线圈形状，几何尺寸及周围介质的磁导率有关。2021/9/1526可见：铁心线圈的电感L与铁心磁路的磁阻成反比，或与铁心的磁导体率成正比，所以，铁心线圈的电感比真空心的电感大得多，但由于L随变化，也不是常数。铁心越饱和磁阻越大，而和L越小，所以，在分析变压器和交流电机中铁心线圈产生的正弦感应电动势，E一般不用感抗压降ILm表示。ELI=XLI2021/9/1527例12已知U=380V，N=8750，d=0.09mm，U=220V求：N和d解：不变，f不变，导线电流密度不变，发热不变U=4.44fNmU=4.44fNmm相同，磁路不变，磁势应相等导线的截面改制后电流密度不变20
18、21/9/1528三、交、直流电磁铁的特点1、直流：铁心整整块块软钢（DC，无铁损）；恒恒压压时恒恒磁势磁势（电流不变）；吸力吸力在吸合过程中变变；线圈细、薄、长，且靠贴靠贴铁心2、交流：铁心硅硅钢钢片片；恒压时恒恒磁磁通通（见书P7，式143/4）；吸吸力力在吸合过程中不不变变：线圈细、薄、长，不不靠靠贴贴铁心。四、铁心线圈的电感（见书P8，式146）有铁心，Lm；但Lm不是常数，不是常数。一般正弦感应电势分析时不用感抗压降表示。第四节要点第四节要点：电电磁磁铁铁（组成、工工作作原原理理：通电吸合，断电释放；交交、直直流流的的区区别别）。吸吸力力（B；1）。短短路路环环（作用、原理：分相）。
19、电电感感（不是常数）。2021/9/1529第一章第一章 小小 结结一一、基基本本物物理理量量（H、B、Rm）单位、相互关系。二二、铁铁磁磁材材料料BH曲线（磁滞、剩磁）；类型（三种）；铁损（组成、原因、关系）。三三、基基本本定定律律（和电路对应）欧姆；基尔霍夫（串、并联）。四、四、电磁铁电磁铁组成；应用；交、直流的区别。计算计算：磁路计算（求、B；求磁势；求Rm）；查BH曲线（仅要求方法，如：书P8例11；不要求很精确。实际工程所给曲线精度高）。2021/9/1530第二章变压器21变压器的应用与结构一、变压器的应用变压器的作用：把某一等级的电压转换为同频率的另一等级的电压。应用极广泛二、变
20、压器的结构一次绕组（原边）结构：铁心和绕组二次绕组（副边）单相图211三相图2122021/9/15312021/9/15322021/9/1533一、三、船舶变压器的使用和管理首先了解变压器铭牌上几个主要数据含义1Sn：变压器额定视在功率，单位VA或KVA，对于双绕组变压器，原、副边容量是相同的。2U1n/U2n：原、副绕组的额定线电压，380V/220V或许40V/230V副U2n是指原边接额定电压时副边的开路电压。3I1n/I2n：原、副绕组额定线电流（A）Sn：U1n/U2nI1n/I2n关系单相双绕组Sn=U2nI2n=U1nI1n三相双绕组在Sn一定，IlI2n（降压变压器）日常运
21、行管理：1经常保持变压器外部干燥和清洁，避免外部漏电。2经常检查并记录变压器的温度，并监视三相电压和电流，过载或偏载情况。3备用变压器投入运行前应先检查绕组绝缘，检查有无短路或断路故障或隐患。2021/9/153421变压器的基本工作原理一、变压器的基本变换功能1变压器原理当原边加额定电压U1n时，i2=0(开路)，此时，空载电流i0很小，而空载磁势i2N1=F。在磁路产生的磁通，大部分通过原、副绕组的铁心形成闭合，这一部分称为主磁通，而只闭合于原绕组，经原绕组外部空气或其他非磁性材料的部分为漏磁通0。因为空气等Rm很大，1很小，如图221所示。e1e21e1同时，i0在N1线上电阻压降i0R
22、1原边电压平衡方程：U1=i0R1ee1i0(3%10%)Im因为i0R1和e1很小可不计U20=e2U1e12021/9/1535又因为E1=4.44fN1m；E2=4.44fN2mk为变压器的变比或匝数比。可见，变压器的变压作用是通过选择适当的原、副绕组的匝数比。当k1降压；k15kVAS单5kVA要求U%5%S三5kVA2021/9/1553例23已知Sn=750kVA,k=U1/U2=10000/400=25，Y/Y，R1=0.7，X1=3.24；R2=0.00112；X2=0.00518；ZL=0.20+j0.07求：（1）I2、I2n（2）I1（3）cos=0.8U%解：（1）取出
23、单相来分析原边：2021/9/15542021/9/15552021/9/1556第三节要点第三节要点：l极性：与绕向有关；判别交流法、直流法。l连接：总的四种；标准两种；照明变压器的设置两台三相、一台单相：“/”连接，“V/V”时的容量。运行：特性两条；概念（电压变化率；损耗、效率）。并联要求；条件2021/9/155724特殊变压器一、自耦变压器1结构：一个铁心，一个绕阻，其中一部分为原、副边共用，这样，原、副边有电的连系。一个铁心，原、副边共有一个合成磁通。不计内阻感与双绕组变压器一样2021/9/1558当有载时，2021/9/1559二、仪用互感器使用互感器的目的：（1）扩大仪表量程
24、；（2）仪表、仪器与被测高压电路进行绝缘，只有磁关系没有电关系。1电压互感器结构与单相变压器没有什么区别，只是要求铁心质量比它高。当U2n表头一定，被测范围扩大k倍与被测电路并联：V/V接法，可测三相线电压，如图2422.电流互感器结构：原边匝少，甚至只有一匝，与被测电路串联，而副边绕组匝数很多，与各种仪表仪器（如电流表，功率表等）的电流线圈串联，各串联线圈流过同一电流。如图243，它是利用变压器的变流原理。2021/9/15602021/9/1561对于三相三线制系统可用两个电流互感器测三相电流，如图244注意：（1）电流互感器不允许副边开路，一旦原边通过电流I1时，就有I1N1磁势，就会产
25、生很大磁通，而副边匝数多，若副边开路，就会很高感应电动势E2，会危及人身、仪表、仪器安全。其次，很大，铁心深度饱和，增加剩磁，影响精度，增加铁PFe，而副边不开路，有I2就有I2N2，这样I2N2与I1N1反向，相抵消，合成磁通就比较小，通常仅为原边额定磁势的0.5%左右，所以，副边闭合时，E2很小。因此，电流互感器带电时，不允许卸副边的仪表，非要带电操作，必须先短接副边，后拆卸。（1）互感器的铁心都必须接地。（2）极性要正确。2021/9/1562第四节要点第四节要点：自耦自耦（结构原理；k1；共用绕组中电流很小）；互感器互感器（理解实质；标准额定标准额定；使用注意使用注意）。第二章第二章
26、小小 结结一、一、变压器的应用与结构变压器的应用与结构应用应用（电力、电源和控制）；结构结构；冷却方式冷却方式；使用使用（按额定值）；管理管理（清洁干燥；监视：温度、负载；用前查）。二、二、变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理变换变换（电压、电流、阻抗；不能变换频率不能变换频率）；平衡方程平衡方程（电势：主磁通；电抗：漏磁通；方程）。三、三、三相电压变换三相电压变换三相三相（极性判别极性判别）；连接连接（型式；标准；“V/V”连接容量计算容量计算）；运行运行（特性：两条；电压变化率；损耗；效率）；并联并联（要求；条件条件）。四、四、特殊变压器特殊变压器自耦自耦（结构原理；k1；共用绕组中电流很小）；互感器互感器（理解实质；标准额定标准额定；使用注意使用注意）。2021/9/1563