周绍敏《电工技术基础与技能》PPT——6电磁感应.ppt

周绍敏电工技术基础与技能PPT6 电磁感应 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-date高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿6电磁感应电磁感应 1用楞次定律判断感应电流和感应电动势方向。用楞次定律判断感应电流和感应电动势方向。2自感现象、互感现象及有关计算。自感现象、互感现象及有关计算。教学重点教学重点1理解电磁感应现象，掌握产生电磁感应的条件及感应电理解电磁感应现象，掌握产生电磁感应的条件及感应电流方向的判断。流方向的判断。2理解感应电动势的概念，掌握电磁感应定律及有关的计理解感应电动势的概念，掌握电磁感应定律及有关的计算。算。3理解自感、互感现象及自感系数、互感系数的概念，了理解自感、互感现象及自感系数、互感系数的概念，了解自感现象和互感现象在实际中的应用。解自感现象和互感现象在实际中的应用。4理解互感线圈的同名端概念，掌握互感线圈的串联。理解互感线圈的同名端概念，掌握互感线圈的串联。5理解电感器的储能特性及在电路中能量的转化规律，了理解电感器的储能特性及在电路中能量的转化规律，了解磁场能量的计算。解磁场能量的计算。教学难点教学难点高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿学时分配学时分配序号 内 容学时1 6.1电磁感应现象 12 6.2感应电流的方向 13 实验 6.1楞次定律 24 6.3电磁感应定律 15 6.4自感现象 16 6.5互感现象 17 6.6互感线圈的同名端和串联 18 6.7涡流和磁屏蔽 19 本章小结110 本章总学时 10高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿6电磁感应电磁感应 第一节第一节 电磁感应现象电磁感应现象第二节第二节 感应电流的方向感应电流的方向第三节第三节 电磁感应定律电磁感应定律第四节第四节 自感现象自感现象第五节第五节 互感现象互感现象本章小结本章小结第六节第六节 互感线圈的同名端和串联互感线圈的同名端和串联第七节第七节 涡流和磁屏蔽涡流和磁屏蔽高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿6.1 6.1 电磁感应现象电磁感应现象一、磁感应现象一、磁感应现象二、磁感应条件二、磁感应条件高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿在发现了电流的磁效应后，人们自然想到：既然电能够产生磁，在发现了电流的磁效应后，人们自然想到：既然电能够产生磁，磁能否产生电呢？磁能否产生电呢？ 由实验可知，当闭合回路中一部分导体在磁场中做切割磁感线由实验可知，当闭合回路中一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中就有电流产生。运动时，回路中就有电流产生。一、电磁感应现象一、电磁感应现象高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿当穿过闭合线圈的磁通发生变化时，线圈中有电流产生。当穿过闭合线圈的磁通发生变化时，线圈中有电流产生。在一定条件下，由磁产生电的现象，称为在一定条件下，由磁产生电的现象，称为电磁感应现象电磁感应现象，产，产生的电流称为生的电流称为感应电流感应电流。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿上述几个实验，其实质上是通过不同的方法改变了穿过闭合回上述几个实验，其实质上是通过不同的方法改变了穿过闭合回路的路的磁通磁通。因此，产生电磁感应的条件是：。因此，产生电磁感应的条件是：当穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生。当穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生。 二、磁感应条件二、磁感应条件高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿6.2 6.2 感应电流的方向感应电流的方向一、右手定则一、右手定则二、楞次定律二、楞次定律三、右手定则与楞次定律的一致性三、右手定则与楞次定律的一致性高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿当闭合回路中一部分导体作切割磁感线运动时，所产生的感应当闭合回路中一部分导体作切割磁感线运动时，所产生的感应电流方向可用电流方向可用右手定则右手定则来判断。来判断。 伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指即为感应让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指即为感应电流的方向。电流的方向。一、右手定则一、右手定则高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿当磁铁插入线圈时，原磁通在增加，线圈所产生的感应电流当磁铁插入线圈时，原磁通在增加，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反，即感应电流的磁场总是阻碍的磁场方向总是与原磁场方向相反，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的增加；原磁通的增加；当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的感应电流当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总是阻碍的磁场方向总是与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的减少。原磁通的减少。因此，得出结论：因此，得出结论：当将磁铁插入或拔出线圈时，线圈中感应电流所产生的磁场，当将磁铁插入或拔出线圈时，线圈中感应电流所产生的磁场，总是阻碍原磁通的变化。这就是总是阻碍原磁通的变化。这就是楞次定律楞次定律的内容。的内容。根据楞次定律判断出感应电流磁场方向，然后根据安培定则，根据楞次定律判断出感应电流磁场方向，然后根据安培定则，即可判断出线圈中的感应电流方向。即可判断出线圈中的感应电流方向。1 1楞次定律楞次定律高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿2判断步骤判断步骤 由于线圈中所产生的感应电流磁场总是阻碍原磁通的变化，由于线圈中所产生的感应电流磁场总是阻碍原磁通的变化，即阻碍磁铁与线圈的相对运动，因此，要想保持它们的相对运即阻碍磁铁与线圈的相对运动，因此，要想保持它们的相对运动，必须有外力来克服阻力做功，并通过做功将其他形式的能动，必须有外力来克服阻力做功，并通过做功将其他形式的能转化为电能，即线圈中的电流不是凭空产生的。转化为电能，即线圈中的电流不是凭空产生的。 感应电流方向感应电流方向 )(1增增加加或或减减少少原原磁磁通通变变化化方方向向原原磁磁场场 B)(12相相同同或或相相反反与与方方向向感感应应电电流流磁磁场场BB安安培培定定则则愣愣次次定定律律3楞次定律符合能量守恒定律楞次定律符合能量守恒定律高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿右手定则和楞次定律都可用来判断感应电流的方向，两种右手定则和楞次定律都可用来判断感应电流的方向，两种方法本质是相同的，所得的结果也是一致的。方法本质是相同的，所得的结果也是一致的。 右手定则适用于判断导体切割磁感线的情况，而楞次定律右手定则适用于判断导体切割磁感线的情况，而楞次定律是判断感应电流方向的普遍规律。是判断感应电流方向的普遍规律。三、右手定则与楞次定律的一致性三、右手定则与楞次定律的一致性高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿6.3 6.3 电磁感应定律电磁感应定律一、感应电动势一、感应电动势二、电磁感应定律二、电磁感应定律三、说明三、说明高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿注意注意：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。 在电源内部，电流从电源负极流向电源正极，电动势的方向在电源内部，电流从电源负极流向电源正极，电动势的方向也是由负极指向正极，因此也是由负极指向正极，因此感应电动势的方向感应电动势的方向与感应电流的方向与感应电流的方向一致，仍可用右手定则和楞次定律来判断。一致，仍可用右手定则和楞次定律来判断。一、感应电动势一、感应电动势1感应电动势感应电动势电磁感应现象中，闭合回路中产生了感应电流，说明回路电磁感应现象中，闭合回路中产生了感应电流，说明回路中有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势称为中有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势称为感应电感应电动势动势。产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源，如在磁。产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源，如在磁场中切割磁感线的导体和磁通发生变化的线圈等。场中切割磁感线的导体和磁通发生变化的线圈等。2感应电动势的方向感应电动势的方向高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿感应电动势是电源本身的特性，即只要穿过电路的磁通发感应电动势是电源本身的特性，即只要穿过电路的磁通发生变化，电路中就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。生变化，电路中就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若电路是断开的，若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若电路是断开的，则电路中就没有感应电流，只有感应电动势。则电路中就没有感应电流，只有感应电动势。3感应电动势与电路是否闭合无关感应电动势与电路是否闭合无关高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿1电磁感应定律电磁感应定律tE 对于对于N 匝线圈，有匝线圈，有 tNNtNE12 式中式中N 表示线圈匝数与磁通的乘积，称为磁链，用表示线圈匝数与磁通的乘积，称为磁链，用 表示。表示。即即 tE 于是于是二、电磁感应定律二、电磁感应定律 = N 大量的实验表明：大量的实验表明：单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变化率化率 / t成正比，即成正比，即高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿 上式适用于上式适用于 的情况。的情况。 如图如图 6-2 所示，设速度所示，设速度 v 和磁场和磁场 B 之间有一夹角之间有一夹角 。将速。将速度度 v 分解为两个互相垂直的分量分解为两个互相垂直的分量 v 1、 v 2， v 1 = v cos 与与 B 平平行，不切割磁感线；行，不切割磁感线； v 2 = v sin 与与 B 垂直，切割磁感线。垂直，切割磁感线。 Bl vv图图 6-2 B 与与 v 不垂直时的感应电动势不垂直时的感应电动势 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿如图如图 6-1 所示，所示，abcd 是一个矩形线圈，它处于磁感应强度为是一个矩形线圈，它处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，线圈平面和磁场垂直，的匀强磁场中，线圈平面和磁场垂直，ab 边可以在线圈平面边可以在线圈平面上自由滑动。设上自由滑动。设 ab 长为长为 l，匀速滑动的速度为，匀速滑动的速度为 v，在，在 t 时间内，时间内，由位置由位置 ab 滑动到滑动到 a b ，利用电磁感应定律，利用电磁感应定律，ab 中产生的感应电中产生的感应电动势大小动势大小vvBlttBltSBtE vBlE 即即图图 6-1导线切割磁感线产生的感应电动势导线切割磁感线产生的感应电动势高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿上式表明，在磁场中，运动导线产生的感应电动势的大上式表明，在磁场中，运动导线产生的感应电动势的大小与磁感应强度小与磁感应强度 B、导线长度、导线长度 l、导线运动速度、导线运动速度 v 以及导线运以及导线运动方向与磁感线方向之间夹角的正弦动方向与磁感线方向之间夹角的正弦 sin 成正比。成正比。用右手定则可判断用右手定则可判断 ab 上感应电流的方向。上感应电流的方向。若电路闭合，且电阻为若电路闭合，且电阻为 R，则电路中的电流，则电路中的电流REI 因此，导线中产生的感应电动势因此，导线中产生的感应电动势 E B l v2 B l v sin 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿三、说明三、说明1利用公式利用公式 计算感应电动势时，若计算感应电动势时，若 v 为平均速度，为平均速度，则计算结果为平均感应电动势；若则计算结果为平均感应电动势；若 v 为瞬时速度，则计算结果为为瞬时速度，则计算结果为瞬时感应电动势。瞬时感应电动势。 2利用公式利用公式 计算出的结果为计算出的结果为 t 时间内感应电动势时间内感应电动势的平均值。的平均值。vlBE tE 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿【例【例6-1】在图】在图 6-1中，设匀强磁场的磁感应强度中，设匀强磁场的磁感应强度 B 为为 0.1 T，切割磁感线的导线长度，切割磁感线的导线长度l 为为 40 cm，向右运动的速，向右运动的速度度 v 为为 5 m/s，整个线框的电阻，整个线框的电阻 R为为 0.5 ，求：，求：( (1) )感应电动势的大小；感应电动势的大小；( (2) )感应电流的大小和方向；感应电流的大小和方向；( (3) )使导线向右匀速运动所需的外力使导线向右匀速运动所需的外力;( (4) )外力做功的功率；外力做功的功率；( (5) )感应电流的功率。感应电流的功率。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿解解: ( (1) )线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势( (2) )线圈中的感应电流线圈中的感应电流由右手定则可判断出感应电流方向为由右手定则可判断出感应电流方向为 abcd 。V2 . 0V54 . 01 . 0 vBlE( (3) )由于由于 ab 中产生了感应电流，电流在磁场中将受到安培力中产生了感应电流，电流在磁场中将受到安培力的作用。用左手定则可判断出的作用。用左手定则可判断出 ab 所受安培力方向向左，与速度所受安培力方向向左，与速度方向相反，因此，若要保证方向相反，因此，若要保证 ab 以速度以速度 v 匀速向右运动，必须施匀速向右运动，必须施加一个与安培力大小相等方向相反的外力。所以，外力大小加一个与安培力大小相等方向相反的外力。所以，外力大小 N016. 0N4 . 04 . 01 . 0 BIlF外力方向向右。外力方向向右。 A4 . 0A5 . 02 . 0 REI高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿(4) 外力做功的功率外力做功的功率W08. 0W5016. 0 FvP(5) 感应电流的功率感应电流的功率 W08. 0W4 . 02 . 0 EIP可以看到，可以看到，P = P ，这正是能量守恒定律所要求的。，这正是能量守恒定律所要求的。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿【例【例6-2】在一个】在一个 B = 0.01 T 的匀强磁场里，放一个面积为的匀强磁场里，放一个面积为 0.001 m2 的线圈，线圈匝数为的线圈，线圈匝数为 500 匝。在匝。在 0.1 s 内，把线圈平面内，把线圈平面从与磁感线平行的位置转过从与磁感线平行的位置转过 90，变成与磁感线垂直，求这，变成与磁感线垂直，求这个过程中感应电动势的平均值。个过程中感应电动势的平均值。解：解： 在在0.1 s 时间内，穿过线圈平面的磁通变化量时间内，穿过线圈平面的磁通变化量Wb101Wb001. 001. 00512 BS 感应电动势感应电动势 V05. 0V1 . 01015005 tNE 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿6.4 6.4 自感现象自感现象一、自感现象一、自感现象二、自感系数二、自感系数三、电感的计算三、电感的计算四、自感电动势四、自感电动势五、自感现象的应用五、自感现象的应用六、自感的危害六、自感的危害七、磁场能量七、磁场能量高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿当线圈中的电流变化时，线圈本身就产生了感应电动势，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。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。在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。一、自感现象一、自感现象高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿 考虑自感电动势与线圈中电流变化的定量关系。当电流流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，称为过回路时，回路中产生磁通，称为自感磁通自感磁通，用，用 L 表示。当线表示。当线圈匝数为圈匝数为 N 时，线圈的时，线圈的自感磁链自感磁链 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为线圈的自感系数自感系数，简称，简称电感电感，用，用 L 表示表示ILL 即即 L 是一个线圈通过单位电流时所产生的磁链。电感的单是一个线圈通过单位电流时所产生的磁链。电感的单位是位是 H(亨亨) 以及以及mH(毫亨毫亨) 、 H(微亨微亨) ，它们之间的关系为，它们之间的关系为 1 H = 103 mH = 106 H二、自感系数二、自感系数 L = N L高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿这里介绍环形螺旋线圈电感的计算方法。这里介绍环形螺旋线圈电感的计算方法。假定环形螺旋线圈均匀地绕在某种材料做成的圆环上，线假定环形螺旋线圈均匀地绕在某种材料做成的圆环上，线圈的匝数为圈的匝数为 N ，圆环的平均周长为，圆环的平均周长为 l ，对于这样的线圈，可近，对于这样的线圈，可近似认为磁通都集中在线圈的内部，而且磁通在截面似认为磁通都集中在线圈的内部，而且磁通在截面 S 上的分布上的分布是均匀的。当线圈通过电流是均匀的。当线圈通过电流I时，线圈内的磁感应强度时，线圈内的磁感应强度 B 与磁通与磁通 分别分别 为为,lNIHB lNISBS 由由 N = LI 可得可得lSNINL2 三、电感的计算三、电感的计算高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿说明：说明：( (1) ) 线圈的电感是由线圈本身的特性所决定的，它与线圈线圈的电感是由线圈本身的特性所决定的，它与线圈的尺寸、匝数和媒介质的磁导率有关，而与线圈中有无电流及的尺寸、匝数和媒介质的磁导率有关，而与线圈中有无电流及电流的大小无关。电流的大小无关。( (2) ) 其他近似环形的线圈，在铁心没有饱和的条件下，也其他近似环形的线圈，在铁心没有饱和的条件下，也可用上式近似计算线圈的电感，此时可用上式近似计算线圈的电感，此时l是铁心的平均长度。若线是铁心的平均长度。若线圈不闭合，不能用上式计算。圈不闭合，不能用上式计算。( (3) ) 由于磁导率由于磁导率 不是常数，随电流而变，因此有铁心的不是常数，随电流而变，因此有铁心的线圈其电感也不是一个定值，这种电感称为非线性电感。线圈其电感也不是一个定值，这种电感称为非线性电感。 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿，将，将 LIL 由电磁感应定律可得，自感电动势由电磁感应定律可得，自感电动势 tEL 代入，则代入，则tILtLILItELLL 1212 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。当线圈中的电流在的电流在 1s 内变化内变化 1A 时，引起的自感电动势是时，引起的自感电动势是 1V，则这个线，则这个线圈的自感系数就是圈的自感系数就是 1H 。四、自感电动势四、自感电动势高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿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。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。如图荧光灯的镇流器就是利用线圈自感的一个例子。如图 6-3 是荧是荧光灯的电路图。光灯的电路图。五、自感现象的应用五、自感现象的应用图图 6-3荧光灯电路图荧光灯电路图 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿荧光灯主要由灯管、镇流器荧光灯主要由灯管、镇流器和和启辉启辉器组成。镇流器是一个带器组成。镇流器是一个带铁心的线圈，启辉器的结构如图铁心的线圈，启辉器的结构如图 6-4 所示。所示。1结构结构图图 6-4启辉器结构图启辉器结构图 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿启辉器是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装有两个电启辉器是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装有两个电极，一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的极，一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的 U 形触片。形触片。灯管内充有稀薄的汞蒸气，当汞蒸气导电时，就发出灯管内充有稀薄的汞蒸气，当汞蒸气导电时，就发出紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的光。由于激发紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的光。由于激发汞蒸气导电所需的电压比汞蒸气导电所需的电压比 220 V 的电源电压高得多，因此的电源电压高得多，因此荧光灯在开始点亮之前需要一个高出电源电压很多的瞬时荧光灯在开始点亮之前需要一个高出电源电压很多的瞬时电压。在荧光灯正常发光时，灯管的电阻很小，只允许通电压。在荧光灯正常发光时，灯管的电阻很小，只允许通过不大的电流，这时又要使加在灯管上的电压大大低于电过不大的电流，这时又要使加在灯管上的电压大大低于电源电压。这两方面的要求都是利用跟灯管串联的镇流器来源电压。这两方面的要求都是利用跟灯管串联的镇流器来达到的。达到的。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿2工作原理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。就有电流通过。电路接通后，启辉器中的氖气停止放电，电路接通后，启辉器中的氖气停止放电，U形触片冷却收形触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然断开的瞬间，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。器就起着降压限流的作用，保证荧光灯的正常工作。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿自感现象也有不利的一面。在自感系数很大而电流又很强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。类电源必须采用特制的安全开关。 六、自感的危害六、自感的危害高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿电感线圈也是一个储能元件。经过高等数学推导，线圈中电感线圈也是一个储能元件。经过高等数学推导，线圈中储存的磁场能量储存的磁场能量221LIWL 当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量，通过线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，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。它储存磁场能量的能力。七、磁场能量七、磁场能量高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿与电场能量相比，磁场能量和电场能量有许多相同的特点：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。例磁场能量和电场能量在电路中的转化都是可逆的。例如，随着电流的增大，线圈的磁场增强，储入的磁场能量增多；如，随着电流的增大，线圈的磁场增强，储入的磁场能量增多；随着电流的减小，线圈的磁场减弱，磁场能量通过电磁感应的随着电流的减小，线圈的磁场减弱，磁场能量通过电磁感应的作用又转化为电能。因此，线圈和电容器一样是储能元件，而作用又转化为电能。因此，线圈和电容器一样是储能元件，而不是电阻类的耗能元件。不是电阻类的耗能元件。( (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。式相同。 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿6.5 6.5 互感现象互感现象一、互感现象一、互感现象二、互感系数二、互感系数三、耦合系数三、耦合系数四、互感电动势四、互感电动势高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿动画动画M6-8 互感现象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，称为势的现象，称为互感现象互感现象。在互感现象中产生的感应电动势，。在互感现象中产生的感应电动势，叫叫互感电动势互感电动势。一、互感现象一、互感现象高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿 如图如图 6-5 所示，所示，N1、N2 分别为两个线圈的匝数。当线圈分别为两个线圈的匝数。当线圈中有电流通过时，产生的自感磁通为中有电流通过时，产生的自感磁通为 1 11，自感磁链为，自感磁链为 11 = N1 11。 11 的一部分穿过了线圈的一部分穿过了线圈 ，这一部分磁通称为互感磁，这一部分磁通称为互感磁通通 21。同样，当线圈。同样，当线圈通有电流时，它产生的自感磁通通有电流时，它产生的自感磁通 22 有有一部分穿过了线圈一部分穿过了线圈，为互感磁通，为互感磁通 12。二、互感系数二、互感系数图图 6-5 互感互感高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿设磁通设磁通 21 穿过线圈穿过线圈的所有各匝，则线圈的所有各匝，则线圈的互感磁链的互感磁链 由于由于 21是线圈是线圈中电流中电流i1产生的，因此产生的，因此 21是是i1的函数，即的函数，即 M21称为线圈称为线圈对线圈对线圈的的互感系数互感系数，简称，简称互感互感。 21 = N2 21 21 = M21 i1高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿同理，互感磁链同理，互感磁链 12 = N1 12 是由线圈是由线圈中的电流中的电流 i2 产生，产生，因此它是因此它是i2的函数，即的函数，即 可以证明，当只有两个线圈时，有可以证明，当只有两个线圈时，有1221212121MiiMM 在国际单位制中，互感在国际单位制中，互感 M 的单位为亨利的单位为亨利 ( (H) )。 互感互感 M 取决于两个耦合线圈的几何尺寸、匝数、相对位置取决于两个耦合线圈的几何尺寸、匝数、相对位置和媒介质。当媒介质是非铁磁性物质时，和媒介质。当媒介质是非铁磁性物质时，M 为常数。为常数。 12 = M12 i21高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿研究两个线圈的互感系数和自感系数之间的关系。研究两个线圈的互感系数和自感系数之间的关系。 设设 K1、K2 为各线圈产生的互感磁通与自感磁通的比值，即为各线圈产生的互感磁通与自感磁通的比值，即 K1、K2 表示每一个线圈所产生的磁通有多少与相邻线圈相交链。表示每一个线圈所产生的磁通有多少与相邻线圈相交链。 21112111122111211NNNNK 111121LiMi 、 由于由于 211211112111211NLMNNiLNMiNNK 同理得同理得12222122NLMNK 三、耦合系数三、耦合系数高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press电工技术基础与技能电工技术基础与技能演示文稿演示文稿K1 与与 K2 的几何平均值叫做线圈的的几何平均值叫做线圈的交链系数交链系数或或耦合系数耦合系数，用用 K表示，即表示，即2112221121LLMNLMNNLMNKKK 耦合系数用来说明两线圈间的耦合程度，因为耦合系数用来说明两线圈间的耦合程度，因为 111211 K122