第十九讲 自感与互感（课件）《电工技术基础与技能）高教版·第3版

19.自感与互感 《电工技术基础与技能》高教版·第3版 电工技术基础与技能 1 一 【自感】 目录 CONTENTS 电工技术基础与技能 【互感】 二 2 电工技术基础与技能 　　一、自感 　　1．自感现象 　　当线圈中的电流变化时，线圈本身就产生了感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的变化。这种由于线圈本身电流发生变化而产生电磁感应的现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 3 电工技术基础与技能 　　考虑自感电动势与线圈中电流变化的定量关系。当电流流过回路时，回路中产生磁通，称为自感磁通，用 L 表示。当线圈匝数为 N 时，线圈的自感磁链 　　同一电流流过不同的线圈，产生的磁链不同，为表示各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链与电流的比值称为线圈的自感系数，简称电感，用 L 表示 　　即 L 是一个线圈通过单位电流时所产生的磁链。电感的单位是 H(亨) 以及mH(毫亨) 、H(微亨) ，它们之间的关系为 1 H = 103 mH = 106 H L = N L 　　2．自感系数 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 4 电工技术基础与技能 ，将 由电磁感应定律可得，自感电动势 代入，则　　　 　　自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比。当线圈中的电流在 1s 内变化 1A 时，引起的自感电动势是 1V，则这个线圈的自感系数就是 1H 。 　　3．自感电动势 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 5 电工技术基础与技能 　　自感现象在各种电气设备和无线电技术中有着广泛的应用。荧光灯的镇流器就是利用线圈自感的一个例子。如右上图是荧光灯的电路图。 荧光灯电路图 　　4．自感现象的应用 　　 　　(1)结构：荧光灯主要由灯管、镇流器和启辉器组成。镇流器是一个带铁心的线圈，启辉器的结构如右下图 所示。 启辉器结构图 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 6 电工技术基础与技能 　　（2）工作原理 　　当开关闭合后，电源把电压加在启辉器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长，跟静触片接触而使电路接通，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过。 　　电路接通后，启辉器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然断开的瞬间，镇流器的两端产生一个瞬时高压，这个电压和电源电压都加在灯管两端，使灯管中的汞蒸气开始导电，于是荧光灯管成为电流的通路开始发光。在荧光灯正常发光时，与灯管串联的镇流器就起着降压限流的作用，保证荧光灯的正常工作。 荧光灯电路图 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 7 电工技术基础与技能 　　自感现象也有不利的一面。在自感系数很大而电流又很强的电路中，在切断电源瞬间，由于电流在很短的时间内发生了很大变化，会产生很高的自感电动势，在断开处形成电弧，这不仅会烧坏开关，甚至会危及工作人员的安全。因此，切断这类电源必须采用特制的安全开关。 　　4．自感的危害 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 8 电工技术基础与技能 　　5．磁场能量 　　电感线圈也是一个储能元件。线圈中储存的磁场能量 　　当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量，通过线圈的电流越大，储存的能量就越多。在通有相同电流的线圈中，电感越大的线圈，储存的能量越多，因此线圈的电感也反映了它储存磁场能量的能力。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 9 电工技术基础与技能 　　与电场能量相比，磁场能量和电场能量有许多相同的特点： 　　 (1) 磁场能量和电场能量在电路中的转化都是可逆的。线圈和电容器一样是储能元件，电阻是耗能元件。 (2) 磁场能量的计算公式，在形式上与电场能量的计算公式相同。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 10 电工技术基础与技能 二、互感 1.互感现象 由于一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。在互感现象中产生的感应电动势，叫互感电动势。 实验： （1）当把电路A 的开关闭合时，电路B中电流表有电流； （2）当把电路A的开关断开时，电路B中电流表也有电流。 A B 分析：在开关闭合和断开的瞬间，通过线圈A的电流要发生变化，线圈A产生的磁通量也就随之改变，其中必然有一部分磁通穿过线圈B，所以在线圈B中产生感应电动势，从而在线圈B回路中产生了感应电流。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 11 电工技术基础与技能 2.互感系数 在两个有磁交链(耦合)的线圈中,互感磁链与产生此磁链的电流比值,称为这两个线圈的互感系数(或互感量),简称互感,用符号M表示,即 互感系数的单位和自感系数一样,也是H。通常互感系数只和这两个回路的结构、相互位置及媒介质的磁导率有关，而与回路中的电流无关。只有当媒介质为铁磁性材料时,互感系数才与电流有关。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 12 电工技术基础与技能 3. 互感电动势 互感电动势： 上式说明，线圈中的互感电动势，与互感系数M和另一线圈中电流的变化率 的乘积成正比。 对比自感： 自感是一个线圈发生的电磁感应现象； 互感是两个或者多个线圈发生的电磁感应现象。但本质是一样。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 13 电工技术基础与技能 课堂练习 1.在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则（ ） A.在电路甲中，A将渐渐变亮 B.在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗 C.在电路乙中，A将渐渐变亮 D.在电路乙中，A将渐渐变暗 A 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 14 电工技术基础与技能 课堂练习 2. a、b两金属环上下相隔一很小间距按图示方式放置,O1、02分别是a环、b环的圆心,其中b环面的一半面积刚好与固定a环正对,b环可在其所在平面内自由运动,在a环中开关S合上的瞬间,下列说法正确的是(    ) A.b环中没有的感应电流 B.b环中有顺时针方向的感应电流 C.b环会沿O1指向O2连线方向运动 D.b环会沿O2指向O1连线方向运动 C 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 15 电工技术基础与技能 课堂练习 3.如图所示的电路中,两线圈的电感分别为L1=200mH和L2，它们之间的互感为M=80mH,同名端已在图中标出。现电感为L1的线圈与电动势 E=5V的直流电源相连,已知在开关S突然接通的瞬时,回路中的电流为零,问此时电压表正偏还是反偏?如正偏则其读数为多少? 解：根据电源极性,当S接通时,线圈L、中产生自感电动势。“.”处为正极性。又根据同名端的意义可判定线圈L中互感电动势的极性,“.”处也是正极性,故电压表正偏。 当S接通的瞬时,因回路中无电流,故电阻R上亦无电压,此时自感电动势应与电源电动势相等,即 于是求出瞬时电流i的变化率 从而可以求出这个瞬间电压表的读数,即L2中互感电动势的数值为 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 16 电工技术基础与技能 感谢观看 17 $$