磁论文

第一篇：磁论文

关于磁的学习心得体会

磁，一个既熟悉又陌生的词语。在我没有学习本课的时候，我一直对它似懂非懂，自认为对＂磁＂有不小的心得体会，但恐怕还说不出个所以然来；时至今日，在老师的讲座下，对其认识不知不觉中已是不同往日。对磁，磁性，磁场等（100）不同概念有了更深入的了解。

有人曾设想“如果物质没有磁性，空间没有磁场”，世界会变成什么样？

什么是磁性？简单说来，磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来（200）确定物质磁性的强弱。因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用。

在磁极周围的空间中真正存在的不是磁力线，而是一种场，我们称之为磁场。磁性物质的相互吸引等就是通过磁场进行的。我们知道，物质之间（300）存在万有引力，它是一种引力场。磁场与之类似，是一种布满磁极周围空间的场。

磁，没有磁就没有电磁波，各种可见光不能存在，各种热辐射不复存在，太阳的光和热能无法到达地球。世界只剩黑暗和冰冷。

如果磁场消失，发电机再转它也发不出电了，（400）电动机就是给他再高电压它也不能运转，家里需要点蜡烛照明，汽车不能电打火

并且没有磁性，喇叭也不会再响，包括所有扬声设备！手机 电话 等通信设施也会罢工！一切需要磁性来运行的设备 都将会停止工作！这样我们生活质量大大受到影响，（500）经济停留在第一次工业革命时代 人类将会退回 蒸汽时代！

地球磁场的存在，维持了地球的大气成份，有效地阻止了太阳风长驱直入，形成磁层，产生极光。从太阳发出的强大的带电粒子流（太阳风），会受到地磁场的作用发生偏转而偏离地球，成为地球（600）“保护伞”。它还影响无线电波的传播（with太阳黑子）远距离通讯。行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向，同时人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。

那么磁有哪些作用呢？

磁被广泛应用于现代科学技术中,收音机,电视机,录音机,录像机,电话,电报,电子手表,电子显微镜,各类电表,磨床吸盘,恒磁和电磁起重吊头,物理探矿设备,电子计算机以及种类繁多的发电机,电动机等等,都要应用各种各样磁性材料.磁悬浮列车已在一些国家中问世,由于它减少了车轮和地面之间的撞击,因而行驶平稳,无空气污染。而且，如果人体长期顺着地磁的南北方向可使人体器官细胞有序化,产生生物磁化效应,使生物电得到加强,器官机能得到调整和增进,从而起到了良好的作用。

现在社会生活中，磁现象已经和人们的生活紧密相连了，我们的生活每时每刻都和磁性有关。没有它，我们就无法看电视、听收音机、打电话；没有它，连夜晚甚至都是一片漆黑。有好多的医疗设备都和磁有关系，想核磁共振，磁化杯，磁化水，录音机 电视机 收音机 mp4 汽车上的好多电子元件都有磁的物质，可以说磁技术已经渗透到了我们的日常生活和工农业技术的各个方面，我们已经越来越离不开磁性材料的广泛应用。

磁，真的无所不在！

虽然这个学期的课程已经结束了，它能带给我们的也很有限，但是更多的东西得靠我们自己去悟，去学习，去体会。科学世界千变万化，包罗万象。磁的世界，我们也只看到冰山一角，更多的秘密等待我们去发掘，让我们携手，去探索世界的奥秘！

第二篇：磁法论文勘探

地热井前期勘探中应重视磁法勘探的应用

高宝忠１

卢义媛２

冉伟彦３

（北京市地质勘察技术院

102218）

摘要 简要介绍磁法勘探原理、发展史及北京地区岩石磁性特征。阐述北京几个高磁性地区的地层特性。分析钻探地热井失败的原因并总结教训。强调在地热井前期勘探设计中磁法勘探的重要性。

关键词

磁法勘探 高磁地层特性 地热井失败经验与教训

Abstract

Briefed magnetic exploration theory，the history of the development and rock magnetic characteristics of beijing．Expounded formation characteristics of a few high magnetic areas of beijing．Analysis the reasons of drilling geothermal wells for failure and sum up the lessons．Emphasized magnetic exploration importance in geothermal exploration wells early design．

Keywords

magnetic exploration，formation of high magnetic properties，geothermal wells unsuccessful experiences and lessons

0 引言

磁法勘探是通过观测和分析由岩石、矿石（或其它勘测对象）的磁性所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源（或其它探测对象）的分布规律的地球物理勘探方法[1]。

早在两千年前，我国就知道并利用了天然磁石的吸铁性和指极性。国外，到1600年英国人威廉·吉尔伯特（William·Gilbert）开始研究地磁现象的起因，通过实验提出，地球类似一个大磁铁。1936年苏联人阿·阿·罗加乔夫（A·A·Логачев）试制成功感应式航空磁力仪，大大提高了磁测速度和磁测范围，使磁法勘探工作进入一个新的阶段。随着现代科学技术的发展，磁法勘探仪器的精度越来越高。电子计算机的发展，使磁场观测方式，数据整理，观测结果的处理和解释精度得到很大提高，磁法勘探应用更广泛。[1][1]

现代地磁场强度的比值，即磁化率，表示其受磁化的难易程度。在岩石形成过程中，岩石、矿石受到当时地磁场的磁化而获得磁性，称为剩余磁化强度。岩石、矿石磁性的差异是磁法勘探藉以解决地质找矿问题的基础[1]。

磁测工作按照观测磁异常的空间地域不同，分为地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁测

[1]

。磁异常的观测数据需做适当的处理和改正，主要有正常场改正、日变改正、仪器的温度系数和零点漂移改正。作大面积磁测时，正常场的改正中，还应包括纬度改正。由此获得准确的异常值，常用等值线平面图和剖面图来表示。常用的磁法勘探仪器有磁秤、磁通门磁力仪和质子旋进磁力仪。北京地区岩石磁性特征

2.1 侵入岩的磁场特征

北京地区的燕山期侵入岩体不论埋深大小，均能引起规模较大，形态规则，峰值在500nT以上的磁异常。他们的平面形态一般为圆形或椭1 磁法勘探方法

岩石磁性主要取决于铁磁性矿物的包裹体，最常见的铁磁性矿物有磁铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿和磁赤铁矿。岩石、矿石的磁性由感应磁化强度和剩余磁化强度两部分组成[1]。岩石、矿石受现代地磁场的磁化而产生感应磁化强度与 [1]

圆形，有些呈方向性很强的条带形。一般在外围不存在伴生负异常，有些仅在北侧有很小规模的负值出现[2]。

2.2 火山岩沉积地层的磁场特征 由于火山岩多以似层状迭加产出，且具一定埋深（百米至上千米），一般可在地表引起几十至400nT左右的跳跃异常场，异常平面形态不甚规则。有些地质体由于受北东向构造的影响，异常也显示出北东轴向或线状较好的条带状。由于多层磁性体互相干扰和本身磁性不均匀造成曲线形态复杂，大部分边界形态复杂，一般在正异常一侧或四周出现伴生负异常。2.3 变质岩的磁性

变质岩的磁化率和天然剩余磁化强度变化范围很大。按磁性变质岩可分为铁磁—顺磁性和铁磁性两类。由沉积岩变质生成的岩石称为水成变质岩，其磁性特性一般具有铁磁—顺磁性。由岩浆岩变质生成的岩石称火成变质岩，其磁性有铁磁—顺磁性与铁磁性两种。磁性差异和原岩的矿物成分以及变质作用的外来性或原生性有关。2.4 沉积岩的磁性

沉积岩包括碎屑岩和碳酸盐岩，它们不具有磁性或仅具微弱磁性。

图1

磁测△Z异常等值线平面图 2003年根据兴热-1井和安定地热井的资料做了岩性探测等物探工作后，在兴热-1井南测1200m处设计了兴热-7地热井。兴热-7推测地层结构为第四系层底350m、第三系层底1000m、长城系内2200m终孔，长城系高于庄组白云岩为热储层。当时认为磁异常由西北向东南略有增加，数值相对较高，在600—650nT之间，深部发育有规模较大的岩体，岩体的厚度有从西北向东南变厚的趋势。但是，由于受两眼井之间的礼贤——夏垫断裂带的影响，推测兴热-7井见岩体比兴热—1井深。而实际兴热—7井揭露第四3 磁法勘探在地热井中的应用

3.1大兴榆垡地热井分析

从榆垡地区磁测△Z异常等值线平面图（图1）看，磁测等值线总体走向北东，异常中心在榆垡——东董各庄一带，分布范围较大，磁异常最大值为800nT，榆垡镇的兴热-1地热井处磁异常数值为550nT，区内没有负异常。兴热-1钻探揭露第四系层底354m、第三系层底874 m、长城系层底1728m，以下为变质岩，终孔于2074m。长城系高于庄组为热储层，出水温度38℃，出水量1080m/d，降深达到200m。另外，在榆垡东北18km的安定地热井在1925m也见到变质岩，其地面磁场值为400nT。由于本区第四系、第三系和长城系地层均无磁性，故推测引起磁化率的地层为变质岩。3[3]

系层底340 m、第三系层底1478m、长城系层底1810m、以下为变质岩，终孔1940 m无水成为废井。这是因为第三系变厚而又提前见到了岩体，使得含水层长城系高于庄组变薄，只有332m厚，且不破碎，所以没水。

推测失误的原因是因为未对磁性体埋深进行定量计算，磁测数值变大说明岩体的埋藏深度变小，而礼贤——夏垫断裂更使得第三系变厚，断裂的通过并没有影响变质岩的存在，长城系高于庄组白云岩含水层变薄，裂隙也不太发育故而无水。

3.2 延庆小鲁庄地热井磁测分析[4] 从（图2）可以看出，图上红色区域为磁场值较高的区域，解释为磁异常区。它是由延庆西北侧山区出露的大海坨花岗岩体延续到平原区的广积屯——中羊坊——郎庄一带在地下2000米左右深度侵入引起的。图上蓝色区域为低值磁异常区，属于延庆盆地，地层顺序为第四系、第三系、侏罗系和蓟县系雾迷山组，它们都是无磁性地层。

延庆小鲁庄地热井没有进行前期地热勘探可行性论证，盲目施工结果造成了大的风险。小鲁庄井终孔于2238m，其中第四系层底620m、侏罗系层底1000m、蓟县系雾迷山组层底2202m，下伏为花岗岩侵入体。其出水温度只有38℃，水量80m3/h，主要是蓟县系雾迷山组上部出水，下部的地层被岩体侵入，有温度无水。如果当时做了前期勘探，认真分析磁法勘探的资料，孔位的设计应该向南移500m即可避开花岗岩侵入体，则同样的钻探深度，出水温度可达到60℃以上。如延庆县城内圣世苑两眼2500米地热井出水温度均为68℃；延庆监狱一眼2000m、一眼2300m的地热井出水温度都达到70℃。这些井都处于地磁场低值区（或负异常区），结果孔内未钻遇岩体。

形，分布范围较大，异常中心在海淀区苏家坨东，六里屯西北，极大值为3000nT。异常范围内的山区出露阳坊花岗岩体。平原部分多个钻孔打到黑云母闪长岩、辉石闪长岩等偏基性的岩浆岩，最浅钻孔在100米左右见到。

温热—1井位于岩体中心的西南侧白家疃村北，磁异常值为800nT。经过前期直流电阻率测深、微动测深、磁法勘探、水文地质和地热地质调查等工作之后，设计地热井第四系层底200m、奥陶系层底360m、寒武系层底840m、青白口系层底1700m、蓟县系铁岭组层底2000m、洪水庄组层底2100m下伏雾迷山组，终孔2600m，出水量500m3/d，出水温度40℃以上。而实钻时揭露第四系180m、下伏为奥陶系灰岩和闪长岩、花岗岩互层，上面（1600m以上）以灰岩为主，裂隙比较发育，水层比较好但温度低；下面（1600m以下）灰岩裂隙被闪长岩花岗岩侵入体为主填充，地层有温度无水，终孔深度2773.6m。除第四系与奥陶系的分界明显外，由于火成岩侵入、蚀变强烈没有发现标志层，下部地层时代难以确定。该井上部地层出水，出水温度30℃，出水量1000m3/d，没有达到设计指标。该井失误的原因是没充分考虑到岩体外接触带的复杂性和后期处理措施的不得当。

图2

磁测△Z异常等值线平面图 3.3 温泉镇温热-1井分析[5]

从图3看，该磁异常等值线平面形态近似圆

图3

磁测△Z异常等值线平面图 3.4 来广营西的来热-2地热井分析

从图4看磁异常呈北东向条带状分布，不是 3 很规则，来广营东南北东向密集带为顺义断裂带通过的位置。顺义断裂东南侧磁异常为零，第四系下伏白垩系、侏罗系、蓟县系雾迷山组，地层不含有磁性，地热井成井深度较浅，一般为2500m左右。而顺义断裂西北侧，磁异常数值较高，最大值为350nT，第四系下伏为侏罗系，厚度在3000m左右，且天竺西侧几个地热井在3000m左右的深度都没有穿透该地层，这几个地热井的取水层为侏罗系裂隙水，只有朝来农艺园来热—2井穿透侏罗系。

据钻孔岩样鉴定认为该地区磁异常是由侏罗系安山岩引起。朝来农艺园来热—2地热井第四系层底245m、侏罗系层底3450m、石炭-二叠系层底3620m、下伏为奥陶系，4051m终孔，出水温度为78℃，出水量1400m3/d。侏罗系上部岩性以安山质火山角砾岩、凝灰质砂岩、复成分灰质、砾岩为主；下部2442—3414m为凝灰质砂岩、安山质角砾岩、安山岩，它们组成了三个爆发相——溢流相喷发韵律互层。该井侏罗系地层厚度为3265m，引起地面磁异常的地层为安山岩。虽然该井的最终成果比较不错，但由于其钻探和后期洗井处理事故的时间总共将近三年，给施工方造成了巨大的资金损失，说明钻探的风险极大。

通过对在几个高磁异常区钻探不成功的地热井的分析，认为地面磁异常数值的大小直接反映磁性地层埋藏深浅。特别是有花岗岩侵入体的地区，岩浆在运移过程中很容易侵入到碳酸岩盐地层中，充填碳酸岩盐地层的裂缝，使该处地层不含水，结果地热井的热储层有温度而没有水，从而造成投资几百万元的地热井成为废井。

因此，在北京个别地区，如延庆盆地北部、海淀温泉至阳坊北侧、大兴南固安北等，其高磁异常都是由花岗岩磁性地层引起的，在该类地区钻探地热井风险性极大，已经钻探的几个地热井都不太成功。

由侏罗系火山岩（如安山岩）引起的地面高磁异常区，侏罗系地层较厚，见热储层比较深，成井深度较深，钻井风险较大。如朝来农艺园地热井深度达到4051m，顺义天竺地区地热井在3000m一般都没有穿透侏罗系，因此，在地热井前期可行性论证时要充分收集磁法勘探资料，在花岗岩侵入体地区应适当补充磁法勘探，进行高精度磁测工作，将岩体的界线确定准确，避免将地热井布置在花岗岩侵入体上，造成不必要的损失。

参考文献：

[1] 应用地球物理教程—重力、磁法

地质出版社

1991年

罗孝宽

郭绍雍主编。

[2] 北京平原区1/5万磁法区域调查工作总结报告 北京

市地质矿产局物化探队

1986年12月

冉伟彦等。[3] 北京市大兴区榆垡地区地热资源勘查钻井前期论

证报告

北京市地质勘察技术院

2003年

赵连海等。

[4] 北京市延庆县平原区地热资源调查工作报告

北

图4

磁测△Z异常等值线平面图

京市地质勘察技术院

2002年

高宝忠等。[5] 北京市温泉镇温热1#井完井报告

北京市地质勘

察技术院

2000年

柯柏林等。4 结论

第三篇：《磁是什么》教案

磁是什么

【教学目标】

1、知识与技能：

⑴知道磁在日常生活、工业生产乃至高科技领域有着重要作用 ⑵知道磁体有吸铁性和指向性

⑶知道磁极间的相互作用规律，会判断物体是否有磁性 ⑷知道磁体周围存在着磁场和磁场具有方向性

⑸知道磁感线，能用磁感线形象描述磁场

2、过程与方法：

⑴通过观察、思考、讨论等学习过程知道磁在生活、生产中的应用

⑵通过实验探究的方法认识磁体的吸铁性和磁极间的相互作用规律，知道如何用磁感线描述磁场

3、情感、态度与价值观：

⑴通过实验探究，体会探究实验的魅力和乐趣 ⑵通过了解我国古代的磁学成就，增强民族自豪感 【教学重点】

⑴正确认识磁铁及磁极间的相互作用规律 ⑵感知磁场，并会用磁感线描述磁场 【教学难点】

感知磁体周围存在磁场并会用磁感线描述磁场 【教学方法】

演示实验与学生探究实验相结合、分析 归纳

【教学器材】

条形磁体、蹄形磁体、铁块、铜块、铝块、硬币，铁钉，塑料尺，大头针，罗盘、磁针、铁架台、磁场立体分布模型等。

【教学过程】

一、引入新课：

同学们对于磁的认识并不陌生，其实，中国就是磁的故乡，而且中国还是世界上最早发明指南针的国家，对于磁铁，你知道生活中有哪些妙用吗？

二、新

授：

[活动一]实验探究：磁铁能吸引哪些物体？

学生利用桌面上的器材动手实验，用磁铁吸引身边的一些物体，如小刀、铅笔、钢笔、橡皮……

师：说一说磁铁能够吸引哪些物体？ 生：小刀、钢笔、铁制铅笔盒……

师：磁铁除了吸引钢铁，还能吸引钴、镍以及含有铁、钴、镍的物体。总结：

1、磁铁能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。

2、具有磁性的物体叫磁体。

教师指出，永磁体可以分为天然磁体和人造磁体，并用课件展示生活中常见的各种人造磁体，条形、蹄形、环形、磁针等。

[活动二]实验探究：磁铁各部分磁性一样强吗？

学生动手实验，用条形磁体上不同部位去吸引大头针或铁屑，感受磁体上各部分磁性的强弱。

师：通过实验，你觉得磁体上各部分的磁性一样强吗？ 生：不一样，两头最强，中间最弱。

总结：磁体上磁性最强的部分叫做磁极。[活动三]实验探究：怎样表示磁体的两个极呢? 演示：磁体的指向性，把一个小磁针放在桌面上，静止时指示南北。师：任何磁体都有两个极。

两个磁极中一个指南，叫南极，用“S”表示； 两个磁极中一个指北，叫北极，用“N”表示； 师：指南针为什么要指示南北呢？ 生：地球是一个大磁体。

课件展示:地磁场的分布情况，同时，给学生介绍地磁的南北和地理的南北正好相反，但不完全重合，有一个夹角叫磁偏角，这是我国的宋代沈括首先发现的。

[活动四]实验探究：如果把两个磁极靠近，会有什么现象呢？ 师：请同学们利用桌面上的器材动手实验

师：你得到了什么结论？

总结：同名磁极相斥，异名磁极相吸

师：人们利用这个规律制造了磁浮列车，起重机等。教师用课件展示图片

[活动五]实验探究：怎样让磁体获得磁性？

师：请同学们先用自己的铅笔刀吸引铁屑，然后把小刀在磁体上摩擦，再去吸引铁屑，你有什么发现？

学生动手实验……

师：（实验后）有什么发现？

生：原来没有磁性的小刀获得了磁性。教师演示：

总结：使原来没有磁性的物体得到磁性的 过程叫磁化。

指出：铁可以被磁化，但磁性很容易消失，我们把这种磁体叫做软磁体，而钢具有保持磁性的性质，因此钢是制造永磁体的好材料。

教师通过课件展示我国古代磁化的方法以及去磁的方法。

[活动六]实验探究：磁体的周围有什么？ 演示：①用手指接触小磁针，使其转动；

②用磁铁与小磁针相互靠近

第二次实验中是什么使小磁针转动起来的？ 生：力的作用是小磁针转动起来。

师：两个磁铁它们相互靠近并未接触，它们之间是怎样发生力的作用的呢？ 在磁体周围一定有东西在对小磁针起作用，这种东西是什么呢？ 由此引入磁场的概念。⑴磁场：磁体周围空间存在磁场

⑵磁场的基本性质：对放入其中的磁体产生磁力的作用。师：磁体周围的磁场是什么样呢？

学生动手实验，在条形磁体的周围放若干小磁针，观察小磁针静止时的指向。并且用笔把北极的指向画出来。

师：你观察到了什么？如果我们想在多画几条曲线，怎么办？

生：在磁体的周围画出了有方向的曲线，如果想多画，可以增加小磁针的数量。

师：小磁针的数量多了放不下，不可能无限制的增加，因此，我们可以把小磁针变小，小到一个个铁粉……

演示：磁感线的分布

师：用笔把这些曲线画出来，就是磁感线。磁感线的特征：

①磁体周围的磁感线是有方向的，即北极出来，回到磁体的南极；

②磁感线可形象地描述空间的磁场的分布情况，磁感线的密疏程度反应了磁场的强弱；

③磁感线上每一点的磁场方向都跟该点的磁场方向一致； ④磁感线是不相交曲线。

⑤磁感线是立体分布的。（利用模型给学生演示）

教师指出：磁场是客观存在的，我们看不见也摸不着，但是我们可以通过它的一些现象来认识它、研究它。这正是科学的力量所在，这种研究物理问题的方法，我们叫转换法。

三、小

结：

本节课你有哪些收获？

四、作

业：

两个形状和大小完全相同的条形钢棒，一个有磁性，一个无磁性，不借助任何器材，如何知道哪个是有磁性的钢棒？

第四篇：电磁式电压互感器铁磁谐振现象浅析论文

摘要：某燃机电厂发生了电磁式电压互感器铁磁谐振现象，针对该现象I简要分析产生电压互感器铁磁谐振的原因及铁磁谐振的危害，并总结了限制电压互感器铁磁谐振的一些措施。

关键词：电压互感器;铁磁谐振;消谐电阻

一、绪论

铁磁谐振(也叫非线性谐振)是指发生在含有非线性电感(如铁芯电感元件)的振荡回路。

铁磁谐振是由铁芯电感元件，如发电机、变压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等和系统的电容元件，如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件，激发持续的谐振，使系统产生谐振过电压的过程。引起铁磁谐振的种类很多，电磁式电压互感器引起的铁磁谐振是一种。当由于外界原因造成互感器铁芯不同程度的饱和时，系统就会产生谐振现象。下面为一个电压互感器铁磁谐振的例子。

某燃机电厂有三台机组，均为调峰用机组，机组启动时由静止变频器(SFC)拖动，转速达到700rpm(每分钟700转)时，燃机点火，后再经SFC拖动到自持转速2000rpm左右，然后SFC退出，燃机可自行升速到3000rpm。

该厂每台发电机出口接有三组电磁式电压互感器(PT)，其中第一组PT和第二组PT-次绕组中性点直接接地，第三组PT中性点接至发电机中性点并且经单相电压互感器接地。该厂燃机在启动时要经SFC带动，带动过程发电机从盘车状态3rpm升速到2000rpm，在这个过程中，发电机工作在低频工况，发电机电压同时又存在谐波，容易发生铁磁谐振。2007年，该厂一台机组启动过程中，出现了PT铁磁谐振现象，导致两组PT严重烧毁。

二、电磁式电压互感器铁磁谐振产生的原因

电压互感器二次侧负载很小，接近空载，高压侧的励磁感抗则很大。在合闸或接地故障消失时，会引起互感器铁芯不同程度的饱和，图1给出了铁芯原件的非线性特性曲线。

图1(a)所示铁芯线圈，其磁链妒及电感随线圈中电流f变化关系曲线如图1(b)所示。由图可知，当电流较小时，可以认为磁链妒与E rTiibrC正比，反映这一关系的电感值L=妒li基本保持不变。随着电流的逐渐增加，铁芯中的磁通也逐渐增加，铁芯开始饱和，磁链与电流的关系呈现非线性，电感值不再是常数，而是随着电流(磁链)的增加而减小。由于谐振回路中的铁芯电感会因磁饱和程度不同而相应有不同的电感量，所以铁磁谐振的自振角频率也不是固定的。研究表明，在不同的条件下，铁磁谐振回路可产生三种谐振状态：工频谐振;分频谐振;高频谐振a以下简要说明产生的原因。

(一)工频谐振

在中性点不接地系统中，为了监视绝缘，发电厂、变电所的母线上通常接有L接线的电磁式电压互感器，如图2所示，其一次绕组接成星型，中性点直接接地，因此各相对地励磁电感L,，L，L3与母线对地电容Co间各自组成独立的振荡回路。由于系统中性点不接地，K接线的电磁式电压互感器的高压绕组就成为系统三相对地的唯一金属通道。

在正常运行条件下，励磁电感Li=L。=L，=L。故各相对地导纳Yi=E= Y3：Yo，三相对地负荷是平衡的，电网的中性点处在零电位，即不发生位移现象。但是，当电网发生冲击扰动时，例如开关突然合闸，或母线发生瞬间弧光接地现象等，都可能是一相或两相的对地电压瞬间提高。假设由于扰动的原因，A相对地电压瞬间提高，这使得A相互感器的励磁电流突然增大而发生饱和，其等值励磁电感厶相应减小，以致K≠Yo，这样，三相对地负荷不平衡，中性点发生位移，导纳K决定于励磁电感厶和电容Co的大小，如果正常状态下扰动结束使L1减小，可能使新的y_.lL >c.o Co。在这种情况下，总导纳∑y显著减小，中性点位移电压显著增加。如果参数配合得当，扰动后的∑河能接近于零，这就产生了严重的谐振现象。

(二)分频谐振和高频谐振

假设系统电源的三相电动势中不含谐波分量，维持电路谐波谐振的电源是非线性电感元件的非线性效应将工频电源能量转化为谐波能量而供给的。其等效电路是等效谐波发生器和电感、电容的串联电路，当系统对地电容很大时，回路自振角频率很低，可能出现分频谐振。反之，电容很小时，自振角频率很高，则可能出现高频谐振。

产生谐振时，系统中性点位移电压是谐波电压，而不是工频电压。无论系统中性点位移电压是工频电压还是谐波电压，均属零序电压。所以电压互感器开口三角绕组电压能直观地反映谐振电压的大小和频率。由大量实验数据表明，三相电路中最易产生接近1/2次谐波的分频谐振，其谐振频率是系统频率1/2的96%-100%，一般偏低些。

三、铁磁谐振产生后的危害

(一)中性点不接地系统中，其运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间，一般为2小时不引起用户断电。但随着中低压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，电缆线路的逐渐增多，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄灭必然产生电弧过电压，一般为3-5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并且在过电压的作用下极易造成第二点接地发展为相间短路造成设备损坏和停电事故，严重威胁电网安全运行。

(二)在发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。如果电流尚未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧损。

总之，铁磁谐振的产生会威胁电网的安全运行，严重时会烧毁电压互感器，影响设备的安全运行，还可能出现不正确的接地指示。

四、限制电压互感器铁磁谐振的措施及优缺点

一般来讲，消除谐振应从两方面着手，即改变电感电容参数以破坏谐振条件和吸收与消耗谐振能量以抑制谐振的产生，或使其受阻尼而消失。常见的措施有如下几种。

(一)加装非线性消谐电阻

PT的一次侧中性点串入消谐装置，该装置是一种特别配置的非线性复合电阻，它的接入相当于在PT-次侧每相对地都接入电阻，能够起到抑制PT过电压，过电流和抑制谐波的作用。

前述例子中针对启动过程中的谐振现象，该厂在#1PT和#2PT-次中性点加装了非线性消谐电阻，在机组启动过程中，即SFC拖动过程，经消谐电阻接地，拖动结束后，合上刀闸，使消谐电阻短接，#1PT和样2PT中性点直接接地，其安装后如图2。

加装消谐电阻后对抑制谐振有很大作用，但加装消谐电阻后，电压互感器开口三角出现三次谐波电压，这主要会对发电机保护有一定影响。为消除此影响，通过调整适当的保护定值或改变接线来消除三次谐波的影响。经过长时间的运行表明，此种方法满足了抑制谐波的作用，同时又没有使保护误动。

(二)采用励磁特性较好的电压互感器

在电压互感器选型时尽量采用采用励磁特性较好的电压互感器。电压互感器伏安特性非常好，如每台电压互感器起始饱和电压为1.5倍额定电压，使电压互感器在一般的过电压下还不会进入饱和区，从而不易构成参数匹配而出现谐振。从某种意义上来说，这是治本的措施。但电压互感器的励磁特性越好，产生电压互感器谐振的电容参数范围就越小。虽可降低谐振发生的概率，但一旦发生，过电压、过电流的可能更大。

(三)电压互感器二次侧开口三角绕组接阻尼电阻

在三相电压互感器一次侧中性点串接单相电压互感器或在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻，用于消耗电源供给谐振的能量，能够抑制铁磁谐振过电压，其电阻值越小，越能抑制谐振的发生。

(四)中性点经消弧线圈接地

中性点经消弧线圈接地可以消除瞬间单相接地故障，保证系统不断电，永久单相接地故障时，消弧线圈动作可维持系统运行一定时间。系统单相接地时，消弧线圈动作可有效避免电弧接地过电压，对全网电力设备起保护作用。由于接地电弧的时间缩短，使其危害受到限制，能有效抑制谐振。

五、小结

电磁式电压互感器发生谐振的原因很复杂，其预防措施各有优缺点，所以在预防谐振时，应选择适合的措施抑制谐振。当系统的铁磁谐振发生后，会引起设备过电压事故，严重时会造成设备损坏，因此操作人员应根据具体情况分析，破坏谐振的条件，使危害减到最小。

参考文献：

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第五篇：磁功能复合材料

1．磁功能复合材料简介

磁性产品种类繁多，应用广泛，在军事装备电子化及高新技术产业发展中起着重要作用，磁功能复合材料仅是其中的一个分支。磁功能复合材料一般由粉末材料填充形成，体积含量为2~98%，而基体可以为金属、玻璃、聚合物等。磁功能复合材料可将磁能转化为机械能，也可以将机械能转化为磁能。从磁功能复合材料组成看，它是一种介于高分子材料和磁性材料之间的功能型材料，对于这类材料的研究我们称之为边缘科学或交叉科学。

磁功能复合材料是20世纪70年代发展起来的一种新型高分子功能材料，是现代科学技术领域的重要基础材料之一。磁功能复合材料按组成可分为结构型和复合型两种，结构型磁功能复合材料是指聚合物本身具有强磁性的磁体；复合型磁功能复合材料是指以橡胶或塑料为粘合剂与磁性粉末混合粘结加工而制成的磁体。

磁功能复合材料的主要优点是：密度小、耐冲击强度大，制品可进行切割、钻孔、焊接、层压和压花纹等加工，而且使用时不会发生碎裂。它可以采用一般塑料通用的加工方法（如注射、模压、挤出等）进行加工，易于加工成尺寸精度高、薄壁、复杂形状的制品，可成型带嵌件制品，对电磁设备实现小型化、轻量化、精密化和高性能化的目标起着关键的作用，因而越来越多为人们所重视，是一种很有前途的基础功能材料。

1.1结构型高分子磁性材料

作为结构型高分子磁性材料的磁功能复合材料最早是由澳大利亚的科学家合成的PPH聚合物(聚双-2,6-吡啶基辛二腈)。它具有耐热性好，在空气中加热至300℃亦不会分解的特点，但它不溶于有机溶剂，且加工成型比较困难。后来，美国科学家用金属钒和四氟乙烯塑料聚合制成磁性高分子，它可以在不高于77℃的温度下保持稳定的磁性，但这类聚合物尚处于探索阶段，离实用化还有一定的距离。

此类聚合物的设计有两条途径：（1）根据单畴磁体结构，构筑具有大磁矩的高自旋聚合物；（2）参考α-Fe、金红石结构的铁氧体，对低自旋高分子进行调整，从而得到高性能的磁性聚合物。常见的有聚苯硫醚-SO3体系、聚乙炔-AsF5体系以及二茂铁金属高分子有机磁性材料。日本东京大学物性研究所野忠教授等合成的“PPH·硫酸铁”有机高分子强磁性材料，是在澳大利亚科学家合成的PPH的基础上经改进制得的，能显示出较强的磁性。

我国对结构型高分子磁性材料的研究始于20世纪80年代中期，科研人员利用新型磁功能复合材料已研制出功率分配器、射频振荡器等15种磁性元器件，这些元器件具有高频信号损失小、温度系数低、相对密度低、体积小、易加工等特点，是电子信息领域较具有发展潜力的新型磁性材料。

1.2复合型高分子磁性材料 复合型磁功能复合材料现在已经实现商业化，它主要是由树脂及磁粉构成。其中树脂起粘结作用，磁粉是磁性的主要受体，目前用于填充的磁粉主要是铁氧体磁粉和稀土永磁粉。复合型功能复合材料特性又可分为两大类。

一类是磁性粒子最大易磁化方向是杂乱无章排列的，称为各向同性磁功能复合材料，这种复合材料的磁性能较低，一般有钡铁氧体类粘结磁体和Nd-Fe-B类稀土粘结磁体；另一类是在加工过程中通过外加磁场或机械力，使磁粉的最大易磁化方向顺序排列，称为各向异性磁功能复合材料，使用较多的是锶铁氧体磁功能复合材料。在相同材料及配比条件下，各向同性磁功能复合材料的磁性能仅为各向异性磁功能复合材料的1/2~1/3。（1）铁氧体类磁功能复合材料：制作各向异性功能复合材料的方法主要有磁场取向法和机械取向法。磁场取向法是将特定的磁粉与树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂等混合后，在混炼机中进行混炼、造粒，然后使用挤出机或注射剂成型，在成型的同时，外加一强磁场，使得磁粉发生旋转顺序排列，制成各向异性磁功能复合材料制品。机械取向法是应用特定的片状磁粉与树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂等混炼塑化后，用压延机使磁粉在机械力的作用下发生顺序排列取向。

（2）稀土类磁功能复合材料：填充稀土类磁粉制作的磁功能复合材料属于稀土类磁功能复合材料。稀土磁粉出现后，树脂粘结磁体飞速发展。作粘结剂的高分子主要是橡胶、热固性树脂和热塑性树脂。橡胶类粘结剂包括天然橡胶和合成橡胶，主要用于柔性复合磁体的制造，但与塑料相比，一般成型加工困难。热塑性粘结剂主要为聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯等。聚酰胺（PA）类最为常见，综合考虑机械加工性、耐热性、吸湿性，目前最常见的PA基体是尼龙

6、尼龙66等。日本一项专利用尼龙与聚烯烃复合树脂作基体粘结稀土磁粉所得材料，其熔体流动性有所增强，可以加工成形状相当复杂、磁性能也相当优越的磁体。

1983年日本开发了性能优良的稀土永磁材料Nd-Fe-B，几乎同时美国GM公司开发了用快淬法生产各项同性Nd-Fe-B磁粉的新工艺。之后该公司又与日本大同制钢公司合作，在原有MQP-A磁粉基础上，通过添加少量Nd，成工地开发出一种能用于180℃的超耐热磁粉，大大提高了Nd-Fe-B磁粉的工作温度。1990年，日本三菱材料公司利用稀土金属间化合物吸氢的特性开发出一种建立在全新构思基础上的HDDR法，用这种方法制得的粉末具有800KA/m以上的矫顽力，晶粒尺寸约为0.3μm。同时该方法通过在合金中添加Ga、Zr和Hf等微量元素，生产出各向异性磁粉，由该磁粉制成的粘结磁体，最大磁能积可达144KJ/m3。

Nd-Fe-B粘结磁体的成型工艺主要有：压缩成型、注射成型、挤出成型和压延法。其中应用最多的是压缩成型，其主要工艺过程是：将稀土磁粉进行表面包覆处理后与热固性树脂混合均匀，用750MPa的压力压缩成型，在150~170℃固化。通常使用液态双组份环氧树脂或酚醛树脂作粘结剂。稀土类磁功能复合材料与烧结稀土磁体相比，虽然在磁性和耐热性方面要差一点，但其成型性和力学性能优良，组装及使用方便，废品率低，这是烧结磁体无法比拟的。稀土类磁功能复合材料性能虽不如烧结稀土磁体，但却优于铁氧体磁体，而且各向异性Nd-Fe-B粘结磁体在尺寸、质量和性能等方面均较铁氧体类粘结磁体有明显优势。例如，HDD主轴电机改用Nd-Fe-B粘结磁体，等效质量可降低9/10以上。

2．磁功能复合材料的种类

磁功能复合材料可分为磁性橡胶、磁性塑料、磁性高分子微球、磁性薄膜等。磁性橡胶、磁性塑料在技术上已较为成熟，广泛用于电子仪表、通讯、日用品等诸多领域，对电磁设备实现小型化、轻量化、精密化和高性能化的目标起着关键的作用。磁性高分子微球、磁性聚合物膜是目前研究的热点。

2.1磁性塑料

磁性塑料是一种重要的功能材料。通过改变高分子聚合物基体和磁性填充物的种类，可以充分体现各组分的特性及整体效应，获得满足不同应用要求的磁性塑料。直接填充法是制备磁性塑料最常用的方法，操作简单，经济实用。但用该法制备纳米磁性物质/高分子聚合物复合材料时，极易形成较大粒径的团聚体，这样磁性塑料中的纳米物质很难发挥其独特作用。可通过以高分子微球的形式，将纳米铁氧体引入到高分子聚合物基体中，组成新的磁性物质填充体系，赋予纳米铁氧体在聚合物基体中更佳分散性。

同传统烧结型磁性材料相比，磁性塑料具有如下特点：

（1）磁性塑料在成型加工中，制品收缩率小，可以生产高精度的产品，不需再用机械加工，即可直接使用，而且磁性稳定、易于装配，在生产小型化、轻量化、密度化和高性能化的电磁设备中起着关键的作用。

（2）加工性能好，可生产齿轮、螺纹、异型孔和薄壁型等外观复杂的产品，可整体成型。

（3）生产工艺简单，经济效益好，成本低，其价格仅为烧结磁体的1/3左右。

（4）由于合成树脂包裹着磁性材料，使磁体有较高的抗冲击强度、弹性和韧性。与传统的烧结材料相比，其拉伸强度、弯曲强度和压缩强度也有很大的提高。由于质量轻，所以能使制品轻量化，可减少运输等费用，并且其磁性能可以调节。

2.2磁性高分子微球

磁性高分子微球是将高分子与磁性无机物通过包埋、单体聚合等方法结合形成的具有磁性、粒径为几纳米到几百微米不等的特殊结构微球，具有超顺磁特性，即在外部磁场作用下，磁性微球可迅速从分散介质中分离出来；撤去外部磁场，磁性微球又可重新悬浮于分散介质中，无残余磁性。它具有高分子微球的特征，可通过聚合、表面修饰等在磁球表面引入各种不同性质的官能团，广泛应用于分子生物学、体外临床诊断、环境与食品分析等领域。

纳米磁性高分子微球按结构大致可分为两类：核-壳结构和三明治结构。核-壳式纳米磁性高分子复合微球的核可以是聚合物也可以是无机磁性材料；三明治结构外层和内层为聚合物，而中间为无机磁性材料。由于核为磁性无机物，壳为聚合物的纳米磁性高分子复合微球制备相对容易，且可通过共聚、表面改性等手段在聚合物表面接上多种反应性功能基团，因此研究报道较多。

龚荣洲等曾采用原位生成法制备出酞氰钴/纳米铁微球，比饱和磁化强度为76.3Am2/kg，矫顽场为4.15KA/m，热稳定性高于150℃，与甲基硅油组成的磁流变液有良好的抗沉降性。Wan等对γ-Fe2O3/PANI和Fe3O4/PANI纳米复合物的制备及性能进行了研究，但所制备的复合物室温电导率低（10-4~10-5S/cm），矫顽场低（Hc=0），由于合成方法的原因其结构和性质也很难控制。Deng等在此基础上曾将磁性氧化铁粒子用PANI包裹制成具有核-壳结构的电磁纳米复合材料，但发现将该复合物侵入3mol/L的硫酸时，由于PANI结构的无内聚（不粘结）力，氧化铁磁核要脱落。随后提出的改进合成方法是分散有Fe3O4纳米微粒的水溶液中原位聚合苯胺单体和苯胺-甲醛缩聚物（AFC）得到核-壳结构的Fe3O4-交联聚苯胺（CLPANI）复合物，分析表明该复合物表现出铁磁行为，具有高饱和磁化强度（Me=4.22~19.22emu/g），高矫顽场（Hc=2~8Oe）, 其电导率取决 于Fe3O4含量和掺杂程度，且由于Fe3O4粒子和CLPANI间存在某种相互作用使得复合物的热稳定性增加。

2.3磁性聚合物膜

大块磁性材料多以薄膜形式出现。磁性聚合物膜材料既具有磁记录、磁分离、吸波、缩波等磁特性，又具有质轻柔韧、加工性能优越等特点，可用作高磁记录密度的高分子磁膜、分离膜、电磁屏蔽膜，从而在功能性记忆材料、膜分离材料、隐身材料、微波通 讯材料等多种军用、民用领域获得重要用途。

早期复合膜的应用，主要是讲超细铁氧体磁粉和聚合物基复合再涂覆在聚酯薄膜上形成记录用磁带。随着人们对尖端膜材料、先进成膜技术的发展，对膜结构的控制，及对膜的物理、化学行为的深入研究，将膜作为提供特异的反应场、信息传递场、能量转化场等特异功能的功能材料的研究和应用增多。

镍铁合金磁性材料通过电镀嵌入聚硅烷弹性薄膜，在外加磁场作用下，膜中磁性部分产生扭转力矩导致膜的变形。该磁性膜器可用作微流系统中的微泵装置、高分辨率轻小光学镜面及磁开关。利用电沉积技术结合模板合成法制备的磁性微米、纳米膜可用作高密度可擦写磁记录材料、微波基板材料。在基体膜上涂覆压电磁性材料。当机械压力施加于膜，膜的压电磁特性能引起磁导率变化，与微型螺线圈构成磁心电感器，用于远程传感。运用在水分散相中制备铁磁纳米粒子的技术，结合多分子层自组装技术，可制成有机-无机多层复合膜，它综合了磁性纳米粒子的特性及聚合物的可加工性，具有独特的机械、电、光、磁性质，可用于发光二极管、抗蚀保护层、膜传感器、导电层、非线性光学器件及气体分离膜。

3．磁功能复合材料发展概况和应用

由于磁功能复合材料的生产可采用多种复合技术，因此在高聚物成型加工技术高度发达的今天，磁功能复合材料得到了迅速地发展。

磁功能复合材料中产量增长最快的是各向同性Nd-Fe-B粘结磁体，它是稀土类功能复合材料所占份额最大的一种材料。在过去的20年中，Nd-Fe-B粘结磁体已成工地占据了市场，现已广泛地应用于家用电器和办公用品，预计今后其在计算机外设中的应用还会继续增长。

我国的磁功能复合材料发展较晚，20世纪80年代初随着电冰箱生产的发展，从国外引进电冰箱门封条生产线。随后国内进行了仿制，年产磁条约3000t，除供国内电冰箱使用外，还有部分出口。但对于微电机及彩色电视机显像管会聚组件用磁功能复合材料等性能较高的塑料磁体研究较少。目前国内应用较多的是铁氧体磁功能复合材料和稀土类磁功能复合材料。铁氧体磁功能复合材料价格低廉磁性能较低，稀土类磁功能复合材料性能较高，价格昂贵，适用于小型器件。

铁氧体磁性材料有一个重要的特性是不导电，因而适用于具有高频磁场的地方。同时它可选择不同性质的塑料作为基材制成刚性或柔性制品，使得产品的设计较较烧结磁体更为灵活。其市场要求情况如下所示。

（1）直流微电机用磁体：直流微电极中必须有一个磁场，通常微型直流电机的磁场是永磁体产生的。我国微电机年产量上亿台，仅大连万宝至公司每月产量就达600万支，每种型号年需求磁功能复合材料条7200万条。

（2）气动元件磁环：气动元件磁环是用于气缸中与磁性传感器协作控制气缸动作的元件。目前国内有气动元件厂136家。另外日本SMC公司在北京建立了北京工厂，年需磁环5000万支，韩国丹海公司年需磁环360万支，中国台湾金器公司年需磁环1000万支。

（3）汽车仪表磁环：随着我国汽车工业的发展，仪表工业也迅速发展起来。北京仪表厂从日本引进了仪表生产线为北京吉普车配套，上海也引起生产线为桑塔纳配套。

（4）装饰减震磁体：国外高档汽车对车内的宁静度有较高的要求，据资料报道，每辆车中需要几公斤的磁体分别安装在顶、边、门上，从而改变板金结构的震动频率，提高车内的安静度。由此可见，磁功能复合材料是一技术含量高、市场急需、效益较好的高新技术产品，生产磁功能复合材料具有广泛的市场，一定能取得极好的经济效应。

磁功能复合材料和导电塑料作为新型功能材料，以其固有的特性而广泛用于电子、电气、仪器仪表、通讯、文教、医疗卫生以及日常生活中的诸多领域中，其产量和需求量正在不断地增加，生产技术日益完善。虽然目前磁功能复合材料的研究及应用在我国尚处于在发展的初级阶段，但在某些新的领域，已经得到应用，具有很大的发展潜力，尤其是稀土粘结磁体。因为随着全球信息产业的飞速发展，在未来的20年，我国IT产业将发生翻天覆地的变化，计算机产业，汽车产业和消费类电子产品市场对粘结Nd-Fe-B的需求将呈现猛烈的增大。目前，全球汽车产量日益增多，每辆车需用永磁材料3kg以上，随着小型轻量化发展，部分将采用粘结Nd-Fe-B磁体。

4．磁功能复合材料发展前景

磁功能复合材料的研究已经取得了很大进展，但以下几个问题需深入研究：

（1）磁性机制的研究。如除结构表征外，磁性高分子微球的磁性起源、结构和性能的关系；无机物、聚合物对磁性的贡献；无机物间、无机物与聚合物间磁性相互作用等。

（2）探索新的制备方法。包括对传统方法的改造，多种方法结合使用，与生物技术、激光技术新技术的结合等。纳米微粒在基材中的有效、可控、稳定分散和纳米微粒的稳定性，一直以来是纳米复合材料制备过程中最大的问题。

（3）探索新性能，扩展应用空间。如将纳米磁性无机粒子、导电聚合物符合于一体，有可能呈现出新的性质和功能，从而在微波、电磁屏蔽方面具有更广阔的应用前景，特别是在军事目标和武器的兼容隐身中具有重要价值。

随着纳米技术在航空航天、电子信息、生物医药等各领域的应用，磁功能复合材料还将在新理论、新机理基础上朝着特殊化、功能化、多元化、高级化的方向发展。