《船舶电气设备及系统》课后习题答案

3.0 文小白 2023-09-15 99 0 167.5KB 19 页 10文币

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《船舶电气设备及系统》课后习题答案

第1章电与磁

1-1、铁磁材料具有哪三种性质？

答：铁磁材料具有“高导磁率”、“磁饱和”以及“磁滞和剩磁”等三种性质。

1-2、为什么通电线圈套在铁心上，它所产生的磁通会显著增加？

答：通电线圈未套在铁心上时，其产生的磁通所经过的磁路主要是空气隙，磁阻很大，

因此磁通一般较小。当通电线圈套在铁心上时，磁通所经过的磁路有很大的一段是由铁磁材

料组成的，磁路的磁阻显著下降，所以它所产生的磁通会显著增加。

1-3、铁磁材料在交变磁化时，为什么会产生磁滞和涡流损耗？直流电磁铁的铁心为什么是由

整块铸铁制成的？

答：①由于铁磁材料有磁滞和剩磁的性质，需要一定的外界提供一定的能量来克服磁滞

和剩磁的作用实现交变磁化，因此交变磁化时会产生磁滞损耗。交变磁化的磁通将在铁心中

感应电动势，而由于铁磁材料本身具有一定的导电能力，感应的电动势将在铁心中形成涡流

（以铁心中心轴线为圆心的同心环形电流），涡流在导体上产生的损耗就是涡流损耗。②直

流电磁铁产生的磁通是大小和方向都恒定不变的直流磁通，直流磁通不会产生涡流损耗，因

此没有必要象交流电磁铁那样采用硅钢片制造，为了使制造工艺简化，直流电磁铁的铁心就

常常采用整块铸铁制成。

1-4、标出图 1-23 中通电导体 A、B 和 C 所受电磁力的方向。

答：参考书 P.17 页，根据左手定则，通电导体 A 所受电磁力的方向为从右往左；通电

导体 B 所受电磁力的方向为从左往右；通电导体 C 有两个导体，左下边的导体所受电磁力的

方向为从左往右，右上边导体所受电磁力的方向为从右往左，若两个导体是一个线圈的两个

边，则这个线圈将受到逆时针的电磁转矩。

1-5、应用右手定则，确定图 1-24 中的感应电动势方向或磁场方向（图中箭头表示导体运动

方向，⊙表示感应大多数方向）。

答：（参考书 P.17 页）①在图(a)中磁场为左 N 右 S，导体从上往下运动，根据右手定

则感应电动势的方向应该为由纸面指向外，即用⊙表示；②在图(b)中磁场为右 N 左 S，导体

从下往上运动，根据右手定则感应电动势的方向应该为由纸面指向外，即也用⊙表示；③图

用两边的磁场应该是左 N 右 S；④图(d)中磁场为右 N 左 S，感应电动势为⊙，是由纸面指向

外，导体运动方向应该是从下往上。

1-6、什么是自感？如何确定自感电动势的方向？在图 1-25 所示的电路中，绘出开关 SA 闭合

时自感电动势的方向和开关打开时自感电动势的方向。

答：所谓自感，有两层意思：一是指线圈的自感现象；二是指自感系数（反映线圈产生

自感电动势的能力，即自感系数 L 的数值）。

① 当线圈通入变化的电流时，变化电流产生的磁通也是变化的，变化磁通在线圈本身感

应电动势的现象称为自感现象，即由于自身电流在自身感应电动势的现象，简称自感。②线

圈的匝数与磁路导磁能力不同时，即使电流的大小和变化率相同，感应的自感电动势将是不

同的，反映线圈产生自感电动势能力的参数为自感系数 L，简称自感。

在自感现象中感应的自感电动势方向与阻碍磁通变化的方向符合右手螺旋定则，即感电

动势总是力图阻碍磁通和电流变化的。根据右手螺旋定则，在图 1-25 所示的电路中，当 SA

闭合时，线圈中的电流 i 将按图中所示方向增加，产生的磁通在从下往上的方向上增加，因

此自感电动势的方向是线圈的上端为正，下端为负。当 SA 打开时，线圈中的电流 i 将按图中

所示方向减少，产生的磁通在从下往上的方向上减少，因此自感电动势的方向是线圈的上端

为负，下端为正。

1-7、交、直流接触器有什么不同点？（注：本题主要指交、直流接触器的电磁机构）

答：交、直流接触器的不同点基本上体现在交、直流电磁铁的不同点上，即，它们的电磁

机构的不同点上。交、直流接触器电磁机构的主要不同点有：①铁心构造不同，②线圈结构不

同，③工作原理方面存在差异。具体如下：

铁心构造方面的不同：交流电磁铁的铁心由钢片叠压而成，且一般有短路环；直流电磁

铁的铁心一般由整块铸铁制成，且不设短路环。交流电磁铁为了减少涡流损耗，铁心的应该

由片间涂有绝缘材料的硅钢片叠压而成。此外为了避免铁心中因磁通过零而出现的吸力为零

从而出现衔铁振动现象，交流电磁铁的铁心一般设有短路环。而直流电磁铁因为稳定运行时

不会产生涡流损耗，为了简化工艺等，铁心通常由整块铸铁制成。直流电磁铁铁心产生的吸

力恒定不变，因此不需要设置短路环。

线圈结构方面的不同：交流电磁铁线圈是带骨架的“矮胖形”线圈，线径粗，匝数少；

直流电磁铁线圈是不带骨架的“细长形”线圈，线径细，匝数多。交流电磁铁工作时铁心会

产生磁滞损耗，线圈也会产生铜损耗，这些损耗都将转换成热量，为了增加线圈与铁心的散

热效果，交电磁铁的线圈通常做成“矮胖形”，绕制在专门的骨架上，与铁心之间形成一定

的间隙以利于它们各自的散热。直流电磁铁稳定工作时不会产生铁损耗，温度通常较线圈低

因此，直流电磁铁的线圈通常直接绕在与铁心紧密贴在一起的绝缘材料上，这样，线圈产生

的热量容易通过铁心散发，为了增加散热效果，直流电磁铁的线圈则通常做成“细长形”，

以利于与铁心的接触面积。此外，交流电磁铁工作时感应电动势平衡电源电压，起限流作用

为了使其有足够的吸力，线圈的线阻应较小，因而线径较粗，匝数少。而直流电磁铁工作时

不感应电动势，为了限制通过线圈的电流，线圈的线阻应较大，因而线径较细，匝数多。

工作原理方面存在的差异：交流电磁铁是恒磁通型的，直流电磁铁是恒磁势型的。对于

交流电磁铁，只要电源电压和频率不变，因为 U≈E=4.44NfΦ，其磁通基本不变，因此不管

衔铁是否吸合，电磁铁产生的吸力基本保持不变。但是，衔铁吸合前，磁路的磁阻大，线圈

通过的电流大；衔铁吸合后磁路的磁阻小，线圈通过的电流小（因为磁势 IN=磁阻×Φ，Φ

不变而磁阻大，I就大；磁阻小，I就小）。若工作时交流电磁铁的衔铁不能完全吸合，将很

容易使线圈因过热而损坏。对于直流电磁铁，要电源电压不变，流过线圈的电流只与线圈的

导线电阻有关。已经制好的线圈，电阻不变，线圈通过的电流也不变。因此，不管衔铁是否吸

合，电磁铁产生的磁势保持不变。但是，衔铁吸合前，磁路的磁阻大，磁势不变，则产生的

吸力小；衔铁吸合后磁路的磁阻小，磁势不变，则产生的吸力大。因此直流电磁铁的线圈通

常在衔铁吸合前通以较大的电流以增加其吸力，衔铁吸合后则串入“经济电阻”限制电流，

提高线圈的工作寿命，且可避免衔铁因为剩磁而出现不能释放。

1-8、交流接触器接到相同电压的直流电源上会出现什么现象？

答：交流接触器因其线圈工作时会感应电势，此电势正常工作时起限流作用，为了使其

有足够的吸力，线圈的线阻应较小，因而线径较粗，匝数较少。若将其接到直流电路中，由

于不能感应出电势，在相同大小的电压下，将产生非常之大的电流（十几甚或几十倍于额定

电流），这将使接触器的线圈立即烧毁。

1-9、交流接触器为什么要用短路环？

答：简单地说，交流接触器用短路环是为了避免衔铁的振动。交流接触器的线圈通过的

是交流电流，在铁心中产生的是交变磁通。在一个周期内，交流电流和交变磁通都有两个瞬

时值为零的“过零点”。在“过零点”瞬间，铁心产生的电磁吸力为零。而交流接触器的衔铁

是靠反力弹簧释放的，工作时衔铁是靠电磁吸力克服反力弹簧作用力而吸合的，因此若不采

用短路环，在“过零点”衔铁就会出现振动。短路环是用良导体焊接成的，将铁心的一部分

套住。接触器工作时产生的交变磁通也通过被短路环套住的部分铁心，且在短路环中感应电

动势，产生电流。短路环中的电流也会产生磁通，而且，接触器线圈产生的磁通为零时（变

化率最大），短路环感应的电动势、产生的电流和磁通都达到最大，因此保证接触器线圈电

流“过零点”时铁心产生的磁通和吸力不围零，从而避免衔铁的振动。也就是说，交流接触

器铁心中的短路环是避免铁心两部分产生的磁通同时为零，从而避免衔铁的振动的。

1-10、交流接触器为什么要用钢片叠成？

答：交流电磁铁工作时，线圈通入的是交流电流，在铁心中产生的是交变磁通，交变磁

通会在铁心中产生涡流损耗。为了减少涡流损耗，铁心的应该由片间涂有绝缘材料的硅钢片

叠压而成。

1-11、交流接触器铁心卡住为什么会烧毁线圈？（应该说是“衔铁卡住”较合适）

答：交流电磁铁是恒磁通型的，只要电源电压和频率不变，因为 U≈E=4.44NfΦ，其磁

通基本不变，因此不管衔铁是否吸合，电磁铁产生的吸力基本保持不变。但是，衔铁吸合前

磁路的磁阻大，线圈通过的电流大；衔铁吸合后磁路的磁阻小，线圈通过的电流小（因为磁

势IN=磁阻×Φ，Φ不变而磁阻大，I就大；磁阻小，I就小）。若接触器工作时交流电磁铁

的衔铁卡住（即不能完全吸合），将使线圈一直保持较大的电流，产生的铜损耗增加，很容

易使线圈因过热而烧毁。

1-12、直流接触器铁心为什么是整块铸铁？为什么没有短路环？

答：直流接触器线圈通入的是直流电源，在铁心中产生的磁通是大小和方向都恒定不变

的直流磁通，直流磁通不会在铁心产生涡流损耗，因此没有必要象交流接触器铁心那样采用

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摘要：

《船舶电气设备及系统》课后习题答案第1章电与磁1-1、铁磁材料具有哪三种性质？答：铁磁材料具有“高导磁率”、“磁饱和”以及“磁滞和剩磁”等三种性质。1-2、为什么通电线圈套在铁心上，它所产生的磁通会显著增加？答：通电线圈未套在铁心上时，其产生的磁通所经过的磁路主要是空气隙，磁阻很大，因此磁通一般较小。当通电线圈套在铁心上时，磁通所经过的磁路有很大的一段是由铁磁材料组成的，磁路的磁阻显著下降，所以它所产生的磁通会显著增加。1-3、铁磁材料在交变磁化时，为什么会产生磁滞和涡流损耗？直流电磁铁的铁心为什么是由整块铸铁制成的？答：①由于铁磁材料有磁滞和剩磁的性质，需要一定的外界提供一定的能量来克服磁滞...

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