摘 要：本文以船舶建造过程中的实际例子，简要分析由电磁感应现象所带来的困惑以及如何避免或者消除由电磁感应现象所带来的影响。
关键词：电磁感应现象；电磁感应定律；磁感应强度
中图分类号：U 655.1 文献标识码：A
Abstract： This paper analyses the electromagnetic induction by taking actual examples during ship construction， and introduce how to avoid or settle the problems aroused by electromagnetic induction.
Key words： Electromagnetic induction； Faraday law of electromagnetic induction； Induced current； Magnetic flux density Zotdty
1 前言
从电磁感应现象的发现至今，电磁感应定律的应用非常广泛，给我们的生活带来很多便利。但在某些领域，电磁感应也有负面的影响，使我们不得不去寻求方法来避免或者消除其带来的影响。
2 实例分析一
（1）在船舶建造敷设电缆过程中，随着发电机功率的增大，所对应电缆的横截面积也要相应加大。但对于三相三线或者三相四线的电力系统，如果敷设三芯或者四芯的电缆，由于电缆横截面积过大，电缆硬度大且重，工人不好操作，而且电缆在接入盒和接线的时候也很难操作。此时，我们就会考虑用单芯线来代替三芯或者四芯线，以减轻工作难度。
（2）我公司建造的一膄50 m海工船，3台发电机的功率为350 kW，电力系统为三相三线制，额定电流为609 A，敷设三组120 mm?的单芯电缆。由于工人在敷设此单芯电缆时，并未注意分开三组，而是随意的并排敷设，以致该船在做发电机满负荷测试的时候，用来接地的金属保护套产生感应电流过大，使包在接地线上的水线胶布被烧焦，好在及时发现才没产生火灾事故。究其原因，单芯电缆通过电流时会产生电磁场，磁场线的分布是以电缆的中心为轴心，以闭合圆环状向周围发散，越靠近电缆，磁场强度越强，电流越大。
（3）参照下列电磁理论的公式，可以很好地解释上述情况：
单芯电缆金属护套的感生电流：i=?/R （1）
式中：R为由金属护套和船壳组成的回路的电阻；?为感生电动势。
由公式（1）可以看出，只要单芯电缆敷设完毕，R的值就已经确定了，所以感生电流i的大小就由?的值来决定。①?的电压值等于磁通量的变化率，而变化率由发电机的频率决定。②I为发电机的额定电流，积分路径一般取单芯导线的横截外表面圆环，那么磁感应强度B的值也可以确定，所以?的值大小就看有效面积S。简单地说，每组单芯电缆靠得越近，S就越小。由于R的值非常小，所以?很小就能产生很大的电流。
（4）那么，如何避免上述影响或者使影响最小化呢？由公式H×dl=I知道，如果单芯电缆按品字形敷设（如图1所示），沿扎带路径积分一周，可以得到任何时刻I等于零，使得积分路径以外的地方不会产生磁场，自然就没有电磁干扰。但对于每一根单芯电缆来说，金属护套中还是会存在感生电流，只是这种方法能把感生电流降到最低。如果电缆为三芯或者四芯的话，那么，如图2所示的积分路径，同样可得到任何时刻I等于零，所以在电缆表面以外也不会产生电磁干扰，由此可知，三芯或者四芯电缆在敷设时不需要刻意去排列。
（5）还需要注意的是，对于电池起动的主机或发电机，由于起动的瞬间电流非常大，产生的?将会比较大，为避免触电危险，往往电池起动电缆都不带金属护套，而且整个回路尽量紧贴敷设。
3 实例分析二
某船主配电版已经调试完毕，也通过了船级社的检验。但工人报告说总配电板的急停功能有问题，每次关闭电源时急停开关都会跳闸，以致每天早上送电时都要重新合上急停开关。
为此，首先检查急停线路的原理图，经过分析原理图没问题。后经过现场了解，原来工人在下班的时候为了尽快关闭电源收工，就直接分断发电机的总开关，而不是先关掉用电设备之后再分断发电机的总开关，导致急停开关每次都跳闸。究其原因，船上常用设备如机房风机、空气压缩机、空调压缩机等感性设备，当突然断电的时候，上述设备的线圈绕组就会产生正向磁力线来阻碍磁力线的减少，再加上马达中的转子线圈的惯性运动切割磁力线，产生感生电动势，反向供电入主配电版，急停电路不能及时断电使急停开关产生误动作跳闸。经过实船验证，先分开上述感性设备的开关，再分开发电机的总开关，问题就解决了。
4 实例分析三
某船的外部消防炮系统，由主机轴带消防泵运作，中间通过电磁离合器链接，有电吸合、断电分离。
及其对应的线圈绕组端电压与时间关系的曲线图
图3为简单的电磁离合器控制电路和与其对应的绕组端电压与时间关系的曲线图。当开关合上通电，线圈绕组立刻产生磁场使离合器合上，消防泵运作；但从开关合上到T1完全磁化过程中，期间线圈绕组会产生反向的磁力线来阻碍磁场的增加，致使从合上开关到T1的时间段，磁场的增加是相对缓慢的，就会导致离合器咬合不够紧密，转动的时候甚至会产生火花，带来额外磨损，使离合器很快报废；当断电离合的时候，离合器的线圈绕组会阻碍磁力线的减少，产生磁力线的方向与原来的磁力线方向一致。根据右手定则，可以確定感生电动势的?的方向。虽然控制电路中加了一个二极管来放电，但还是远远达不到离合器快速分开的要求，同样会出现通电合上时的那种磨损。
图4是改进的控制电路和与其对应的绕组端电压与时间关系的曲线图。
及其对应的线圈绕组端电压与时间关系的曲线图
其中增加了一个斩波器模块，去掉二极管。它的特点是当开关合上的时候，斩波器对离合器线圈绕组的端电压进行钳位输出，使其大约在0.6 s的时间内就完全被磁化，离合器能快速紧密吸合。当电路断电，斩波器能输出一个大小等值但反向的电压，此电压持续时间可以精确到毫秒级别，而且持续时间可调，能快速离合，避免不必要的磨损。
5 小结
综上例子，虽然很多人都感觉很平常，不会去特别关注，但如果不去考虑电磁感应带来的影响，往往会影响船舶的建造质量，增加船舶的建造周期，造成不必要的人力物力浪费。
参考文献
[1] 钟顺时.电磁场基础[M].清华大学出版社，2006.