第5章纯电感电路及LC、RL电路详解电子线路课件优秀PPT.ppt
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1、第第5章章 纯电感电路及纯电感电路及LC、RL电路详解电路详解本章主要介绍磁路的一些基本概念,相识本章主要介绍磁路的一些基本概念,相识电感器及电感器的特征,简洁介绍了磁路的基电感器及电感器的特征,简洁介绍了磁路的基本定律,要学会电路的一般分析方法,学会分本定律,要学会电路的一般分析方法,学会分析纯电感电路和由电感、电容器、电阻器三种析纯电感电路和由电感、电容器、电阻器三种元件组成的混合电路。电感器虽然在电子电路元件组成的混合电路。电感器虽然在电子电路中运用的量少,但是对它的电路分析有时会相中运用的量少,但是对它的电路分析有时会相当困难。当困难。本章提要本章提要本本章章内内容容5.1 电磁学基本
2、概念电磁学基本概念5.2 相识电感器相识电感器5.3 电感器的主要特征电感器的主要特征5.4 电感电路详解电感电路详解5.5 LC谐振电路详解谐振电路详解5.6 RL暂态电路详解暂态电路详解5.7 RL移相电路详解移相电路详解本本章章教教学学目目标标能相识电感器和其主要特征能相识电感器和其主要特征能驾驭正确检测电感器的方法能驾驭正确检测电感器的方法会分析电感电路、会分析电感电路、LC谐振电路详解、谐振电路详解、RL暂暂态电路、态电路、RL移相电路。移相电路。教学重点与难点:教学重点与难点:能驾驭正确检测电感器的方法能驾驭正确检测电感器的方法5.1 电磁学基本概念电磁学基本概念(1)磁性和磁体能
3、够吸引金属等物质的性质称为磁性,具有磁性的物体叫磁体。(2)磁极磁铁两端磁性最强的区域称为磁极。(3)磁力S极与N极之间存在着相互吸引力,这一作用力称为磁力。5.1.1 5.1.1 常用概念常用概念(4)磁场磁体四周存在的磁力作用的空间称为磁场。(5)磁力线为了便利和形象地描述磁场,就人为地引入磁力线。(6)磁力线说明磁力线是闭合的,又是有方向的,规定在磁体外部,由N极指向S极,内部则由S极指向N极。磁力线的方向可以用来表示磁场方向,可以表示磁场强度。还可以称为磁感线或磁通线。5.1 电磁学基本概念电磁学基本概念电流四周存在磁场。磁场总是伴随着电流而存在,电流恒久被磁场所包围。(1)直导线电流
4、磁场(2)环形电流磁场5.1.2 电流磁场电流磁场5.1.3 磁通和磁感应强度磁通和磁感应强度(1)磁通磁通通过与磁场方向垂直的某一截面积上的磁力线总数。适用条件适用条件:匀强磁场匀强磁场 B B S S单位单位:韦伯韦伯,简称韦简称韦(Wb)(Wb)5.1.3 磁通和磁感应强度磁通和磁感应强度(2)磁感应强度磁感应强度垂直通过单位面积上的磁力线数,称为磁感应强度。B/S说明:说明:磁感应强度也称磁通密度。磁感应强度也称磁通密度。磁感应强度是一个矢量,不仅表示了磁场中某点的磁磁感应强度是一个矢量,不仅表示了磁场中某点的磁场强弱,也表示了该点磁场的方向。场强弱,也表示了该点磁场的方向。磁场中各点
5、的磁感应强度大小和方向都相同时,称为磁场中各点的磁感应强度大小和方向都相同时,称为匀整磁场。匀整磁场。(1)磁介质的磁化磁介质的磁化有些物质放在磁场中会显示出磁性能,产生附加磁场,这种现象称为物质的磁化,把这种能够被磁化的物质,称为磁介质。磁介质按其性能可以分成三大类:反磁性物质、顺磁性物质和铁磁性物质。5.1.4 磁导率和磁场强度磁导率和磁场强度(2)磁导率磁导率磁导率是反映磁介质导磁性质的物理量。用磁导率是反映磁介质导磁性质的物理量。用表表示,单位为亨利示,单位为亨利/米(米(H/m)。真空的磁导率用)。真空的磁导率用0来表示,经试验测定:公式来表示,经试验测定:公式0=410-7H/m把
6、其它磁介质的磁导率与真空的磁导率的比值称把其它磁介质的磁导率与真空的磁导率的比值称为相对磁导率。用为相对磁导率。用r来表示,那么,公式来表示,那么,公式r=/0反磁性物质,反磁性物质,r1;顺磁性物质,;顺磁性物质,r1;铁磁;铁磁性物质,性物质,r1。5.1.4 磁导率和磁场强度磁导率和磁场强度(3)磁场强度)磁场强度 把用来表达磁场强弱的物理量,称为磁场强度,把用来表达磁场强弱的物理量,称为磁场强度,用用H来表示,单位为安来表示,单位为安/米(米(A/m)。磁场强度只与)。磁场强度只与产生磁场的宏观传导电流大小及导体的形态有关,产生磁场的宏观传导电流大小及导体的形态有关,而与磁介质无关。而
7、与磁介质无关。磁场中某一点磁感应强度磁场中某一点磁感应强度B与磁场中磁介质磁导与磁场中磁介质磁导率率的比值,就是该点磁场强度的比值,就是该点磁场强度H。5.1.4 磁导率和磁场强度磁导率和磁场强度(1)磁化)磁化凡是使原来没有磁性的物质,具有磁性的过程称为磁化。凡是使原来没有磁性的物质,具有磁性的过程称为磁化。(2)磁性材料)磁性材料软磁材料:磁化后保留磁性的实力差,不能用来作为磁软磁材料:磁化后保留磁性的实力差,不能用来作为磁记录材料。记录材料。硬磁材料:磁化后保留磁性的实力强,比如:录像带、硬磁材料:磁化后保留磁性的实力强,比如:录像带、录音带。录音带。矩磁材料:只要有很小的磁场就能磁化,
8、但一经磁化就矩磁材料:只要有很小的磁场就能磁化,但一经磁化就能达到饱和。能达到饱和。5.1.5 磁化、磁性材料和磁路磁化、磁性材料和磁路我们把由铁磁物质组成的,能使磁通集中通过的路径称为磁路。把沿铁心闭合的磁通称为主磁通,用表示;把经过铁心外闭合的磁通称为漏磁通,用s表示。5.1.5 磁化、磁性材料和磁路磁化、磁性材料和磁路5.1.6 电磁感应和电磁感应定律电磁感应和电磁感应定律 电流能够产生磁场,人们很自然会利用逆向思维思索:既然电流能够产生磁场,人们很自然会利用逆向思维思索:既然电流能够产生磁场,反过来,磁场是不是也能产生电流呢?电流能够产生磁场,反过来,磁场是不是也能产生电流呢?法拉弟起
9、先法拉弟起先设想:把想:把绕在磁在磁铁上的上的导线和和电流表流表连接起来接起来组成一个成一个闭合合电路,路,结果果发觉指指针不偏不偏转,不能,不能产生生电流,流,换用用强的磁的磁铁或或换用更灵敏用更灵敏电流表,也没有流表,也没有电流(流(电路路图)。)。怎样才能产生电流呢?怎样才能产生电流呢?试验结论一:闭合电路的一部分在磁场中做切割磁力线运试验结论一:闭合电路的一部分在磁场中做切割磁力线运动时,导体中会产生电流。动时,导体中会产生电流。试试验验一一 试验二试验二 试验结论二:不论是导体运动,还是磁体运动,只要闭合电路试验结论二:不论是导体运动,还是磁体运动,只要闭合电路的一部分导体切割磁感线
10、,电路中就有电流产生。的一部分导体切割磁感线,电路中就有电流产生。试验三试验三 试验结论三:试验结论三:A A螺线管中的磁场发生变更时,闭合电路螺线管中的磁场发生变更时,闭合电路B B中磁中磁通量发生变更,闭合电路通量发生变更,闭合电路B B中就有电流发生。中就有电流发生。三个试验有个共同特点:三个试验有个共同特点:穿过闭合回路的磁通量均发生变更,这样产生了电流。穿过闭合回路的磁通量均发生变更,这样产生了电流。总结总结 不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变更,不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变更,闭合电路就有电流产生。闭合电路就有电流产生。电磁感应现象:电磁感应现象:利用
11、磁场产生电流的现象叫做电磁感应,产生的电流叫感应电流。利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应,产生的电流叫感应电流。产生感应电流的条件产生感应电流的条件 。穿过闭合回路的磁通量发生变更。穿过闭合回路的磁通量发生变更。5.1.6 电磁感应和电磁感应定律电磁感应和电磁感应定律(2)电磁感应定律电磁感应定律定律内容:感应电动势的大小与穿过线圈磁通的定律内容:感应电动势的大小与穿过线圈磁通的变更率成正比,即磁铁插入线圈中的速度愈快,磁通变更率成正比,即磁铁插入线圈中的速度愈快,磁通变更率愈高。变更率愈高。此定律只能说明感应电动势的大小,不能说明感此定律只能说明感应电动势的大小,不能说明感应电动势的方向。应
12、电动势的方向。5.1.6 电磁感应和电磁感应定律电磁感应和电磁感应定律(3)楞次定律楞次定律定律内容:定律内容:“线圈中磁通变更会引起感应电动势,线圈中磁通变更会引起感应电动势,它的方向总是企图使其产生的感应电流阻碍原磁通的它的方向总是企图使其产生的感应电流阻碍原磁通的变更。变更。”即:原磁通增加,感应电动势企图产生的新即:原磁通增加,感应电动势企图产生的新磁通的方向与原磁通方向相反;原磁通削减,感应电磁通的方向与原磁通方向相反;原磁通削减,感应电动势企图产生的新磁通的方向与原磁通方向相同。动势企图产生的新磁通的方向与原磁通方向相同。5.1.6 电磁感应和电磁感应定律电磁感应和电磁感应定律5.
13、1.7 5.1.7 自感和互感现象自感和互感现象1.自感自感如图所示,闭合线圈通以电流后在其四周产生磁通,如图所示,闭合线圈通以电流后在其四周产生磁通,磁通的变更可以使其四周的线圈产生感应电动势。当磁通的变更可以使其四周的线圈产生感应电动势。当线圈中的电流发生变更时,由于线圈自身电流变更而线圈中的电流发生变更时,由于线圈自身电流变更而使线圈自身产生的感应电动势,称为自感电动势。使线圈自身产生的感应电动势,称为自感电动势。5.1.7 5.1.7 自感和互感现象自感和互感现象5.1.7 5.1.7 自感和互感现象自感和互感现象1.自感自感说明:说明:(1)自感电动势与线圈本身的电感量成正比关系。)
14、自感电动势与线圈本身的电感量成正比关系。(2)自感电动势还与线圈中电流的变更率成正比关系。)自感电动势还与线圈中电流的变更率成正比关系。(3)对某一个具体线圈而言,)对某一个具体线圈而言,L的大小反映了线圈产的大小反映了线圈产生自感电动势的实力。生自感电动势的实力。(4)线圈中通过单位电流所产生的自感磁链称为自感)线圈中通过单位电流所产生的自感磁链称为自感系数。系数。2.互感电动势的产生互感电动势的产生 现有两个相邻的线圈,如图所示。当其中一个线现有两个相邻的线圈,如图所示。当其中一个线圈的电流变更时,必定使通过相邻线圈的磁通发生变圈的电流变更时,必定使通过相邻线圈的磁通发生变更,从而在相邻的
15、线圈内产生感应电动势,这个感应更,从而在相邻的线圈内产生感应电动势,这个感应电动势被称为互感电动势。而这两个相邻线圈被称为电动势被称为互感电动势。而这两个相邻线圈被称为耦合线圈。耦合线圈。5.1.7 5.1.7 自感和互感现象自感和互感现象3.互感线圈的同名端互感线圈的同名端如图所示。把这种在同一变更电流的作用下,感如图所示。把这种在同一变更电流的作用下,感应电动势极性相同的一端叫同名端,感应电动势极性应电动势极性相同的一端叫同名端,感应电动势极性相反的一端叫异名端。相反的一端叫异名端。5.1.7 5.1.7 自感和互感现象自感和互感现象4.互感线圈的联接互感线圈的联接 互感线圈的串联及化简互
16、感线圈的串联有两种形式,把两个互感线圈的异名端串联在一起,叫做顺向串联,如图(a)所示。把两个互感线圈的同名端串联在一起,就叫做反向串联,如图(b)所示。5.1.7 5.1.7 自感和互感现象自感和互感现象 互感线圈的并联两个互感线圈的并联也有两种形式,两个互感线圈并联时,同名端在同一侧的,叫做同侧并联,如图(a)所示。两个互感线圈异名端在同一侧的,叫做异侧并联,如图(b)所示。5.1.7 5.1.7 自感和互感现象自感和互感现象5.1.8 5.1.8 自感电动势极性的判别方法自感电动势极性的判别方法留意:(1)自感电动势产生的电流总是阻碍原电流的变更。当原电流增大时,自感电动势产生的电流要使
17、之减小;当原电流减小时,自感电动势产生的电流要使之增大。(2)自感电动势产生在线圈两端,线圈两端的内部是自感电动势的内电路,在内电路中自感电动势所产生的电流是从负极流向正极。当电感中通过直流电流时,其四周只呈现固定的磁力线,不随时间而变更;当在线圈中通过沟通电流时,其四周将呈现出随时间而变更的磁力线。依据法拉弟电磁感应定律磁生电来分析,变更的磁力线在线圈两端会产生感应电势,此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时,此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻挡原来磁力线的变更的。由于原来磁力线变更来源于外加交变电源的变更,因此电感线圈有阻挡沟通电路中电流
18、变更的特性。在电学上取名为“自感应”,通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间,会发生火花,这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。总结总结总之,当电感线圈接到沟通电源上时,线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变更着,致使线圈不断产生电磁感应。这种因线圈本身电流的变更而产生的电动势,称为“自感电动势”,由此可见,电感量只是一个与线圈的圈数、大小形态和介质有关的一个参量,它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。在电子线路中,电感线圈对沟通有限流作用,它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等;变压器可以进行沟通耦合、变压、变流和阻抗变换等。电容:充放电原理,通交阻直特性,电
19、压不突变,耦合、旁路、滤波等作用。电感:电磁感应原理,通直阻交特性,电流不突变,滤波、振荡、延迟、陷波等作用。总结总结5.2 5.2 相识电感器相识电感器5.2 5.2 相识电感器相识电感器1.电感器的作用与电路图形符号电感器的作用与电路图形符号(1)电感器的电路图形符号)电感器的电路图形符号电感器是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架电感器是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制成的一组串联的同轴线匝,它在或磁心、铁心上绕制成的一组串联的同轴线匝,它在电路中用字母电路中用字母“L”表示,下图是其电路图形符号。表示,下图是其电路图形符号。(2)电感器的作用)电感器的作用电感器的
20、主要作用是对沟通信号进行隔离、滤波或电感器的主要作用是对沟通信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。与电容器、电阻器等组成谐振电路。电感器也是一种储能元件,它能把电能转变为磁场能,并电感器也是一种储能元件,它能把电能转变为磁场能,并在磁场中储存能量。电感器用符号在磁场中储存能量。电感器用符号L表示,它的基本单位表示,它的基本单位是亨利(是亨利(H),常用毫亨(),常用毫亨(mH)为单位。它常常和电容)为单位。它常常和电容器一起工作,构成器一起工作,构成LC滤波器、滤波器、LC振荡器等。另外,人们振荡器等。另外,人们还利用电感的特性,制造了阻流圈、变压器、继电器等。还利用电感的特性,
21、制造了阻流圈、变压器、继电器等。电感器的特性恰恰与电容的特性相反,它具有阻挡沟通电感器的特性恰恰与电容的特性相反,它具有阻挡沟通电通过而让直流电通过的特性。电通过而让直流电通过的特性。5.2 5.2 相识电感器相识电感器2.电感器的种类电感器的种类(1)按结构分类)按结构分类电感器按其结构的不同可分为线绕式电感器和非线绕式电感器电感器按其结构的不同可分为线绕式电感器和非线绕式电感器(多层片状、印刷电感等),还可分为固定式电感器和可调式(多层片状、印刷电感等),还可分为固定式电感器和可调式电感器。按贴装方式分:有贴片式电感器,插件式电感器。同电感器。按贴装方式分:有贴片式电感器,插件式电感器。同
22、时对电感器有外部屏蔽的成为屏蔽电感器,线圈袒露的一般称时对电感器有外部屏蔽的成为屏蔽电感器,线圈袒露的一般称为非屏蔽电感器。为非屏蔽电感器。固定式电感器又分为空心电子表感器、磁心电感器、铁心电感固定式电感器又分为空心电子表感器、磁心电感器、铁心电感器等,依据其结构外形和引脚方式还可分为立式同向引脚电感器等,依据其结构外形和引脚方式还可分为立式同向引脚电感器、卧式轴向引脚电感器、大中型电感器、小巧玲珑型电感器器、卧式轴向引脚电感器、大中型电感器、小巧玲珑型电感器和片状电感器等。和片状电感器等。可调式电感器又分为磁心可调电感器、铜心可调电感器、滑动可调式电感器又分为磁心可调电感器、铜心可调电感器、
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