《电工技术》项目四教学指南.doc

项目四观察电磁感应现象本章教学提要【技能目标】1. 掌握磁场对电流的作用力及方向的判定方法；2掌握感生电流产生条件及方向的判定；3学会互感线圈同名端的判定方法；4能识别与检测常用的电感元件，并能识读出其主要参数；5能熟练判别感应电动势的方向，会计算感应电动势的大小。【知识目标】1了解磁场及其特性；2掌握磁感应强度、磁通等物理量；3了解磁场强对电流的作用，掌握左手定则；4理解电感的概念，了解电感器的外形、参数、分类及影响电感量的因素；5了解电磁感应现象，掌握产生感应电流和感应电动势的条件。任务一 认识磁场相关知识一、 常见的磁现象日常生活中常见的磁铁吸引铁屑，古代的指南针在航海事业中的运用、电磁灶和磁卡电话的使用都是与磁有关的现象。二、 磁场的基本性质1磁场产生的源能够产生磁场的源主要有两大类：一类是磁体，一类是带电物体。2磁场的定义磁场是客观存在于磁体、运动电荷周围的一种特殊物质。3磁场的性质磁场对处于其中的磁体、电流、运动电荷能够产生力的作用。4磁场的方向磁体上磁性最强的部分称为磁极。磁极分为北（N）极和南（S）极，并且是成对出现。磁场是有方向的，规定在磁场中任意一点的小磁针静止时，N极所指的方向为该点的磁场方向。三、 磁力线1磁力线的定义在磁场中画一些曲线，使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同（且互不交叉），这些曲线叫做磁力线。磁力线是闭合曲线。在磁体外部，磁力线从N极到S极；在磁体内部，磁力线从S极到N极。2常见磁场的磁力线常见的磁场有条形磁铁、马蹄形磁铁、同名磁极、异名磁极、直线电流和通电螺线管形成的磁场。3匀强磁场的磁力线匀强磁场是指在磁场区域内，磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同。四、 磁场的基本物理量 1磁通量通过与磁场方向垂直的某一面积的磁力线总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母F表示，单位为韦伯（Wb）。2磁感应强度垂直通过单位面积的磁力线数目，叫做磁感应强度。在均匀磁场中，磁感应强度的表达式为： 。在磁场中，垂直于磁场方向上的通电导体，导线长度为L，通过的电流为I，如果所受的磁场力为F，那么F与乘积IL的比值称为通电导体所在处的磁感应强度，表达式为：将磁通密度定义式作一简单变换，可得磁场对电流的作用的安培力公式为： 五、铁磁材料含有铁、钴、镍及其合金的材料称为铁磁性材料，铁磁材料具有很强的磁化特性。任务二 观察电磁感应现象相关知识一、人类认识电磁感应的发展史 奥斯特发现了电能生磁、菲涅耳实验宣称把磁铁放在螺旋线圈里能够产生电、法拉第成功发现了电磁感应现象。二、电磁感应现象感应电流产生的条件有两种情况：1. 导体与磁力线间发生相对切割运动；2. 线圈中的磁通量发生变化。三、感应电流的方向1. 右手定则具体方法：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，且在同一平面内，让磁力线垂直穿过手心，大拇指指向导体切割磁力线的方向，则其余四指所指的方向就是感应电流的方向。 2楞次定律具体步骤： （1）明确原磁场的方向，确定穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少。（2）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向，穿过闭合回路的磁通量增加，则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相反；若穿过闭合回路的磁通量减少，则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相同。（3）根据安培定则，由感应电流的磁场方向，确定感应电流的方向。四、电磁感应定律电路中感应电动势的大小与穿过电路的磁通量的变化率成正比，这就是电磁感应定律。单匝线圈产生的感应电动势为：则N匝线圈产生的感应电动势为： 导体做切割磁力线运动时的感应电动势为： 任务三 认识电感器一、电感器电感器俗称线圈，最简单的电感器就是将导线绕几圈，而带磁芯的电感器是将导线绕在磁芯上。符号用L表示，单位是亨 (H)。二、电感器的分类电感器按照不同的分类标准可以分成不同的种类，下面是常见的几种电感器。1按电感形式可分为固定电感、可变电感。 2按外形可分为空芯线圈、实芯线圈。3按工作性质可分为天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。4按绕线结构可分为单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。三、电感的主要参数 1感抗：电感线圈对交流电流呈现出的一种特殊的阻碍作用。感抗的计算公式为： 2标称电流：又称额定电流，指电感器在正常工作时所允许通过的最大电流。3品质因数：是衡量线圈品质好坏的一个物理量，用字母表示。4分布电容：是线圈匝与匝之间、线圈与屏蔽罩之间、线圈与底板间存在的电容。四、电感器的识别常用的电感器标称方法有三种：直标法、色标法及数码法。电感量的基本单位是亨利（H）；常用单位有毫亨（mH）、微亨（H），它们之间的换算关系如下：1H=103mH =l06H（1）直标法：即将电感量直接印在电感器上。（2）色标法：即用色环表示电感量，第一、二位表示有效数字，第三位表示倍率，第四位为误差。数字与颜色的对应关系和色环电阻标注法相同，单位为mH。如：四道环分别为棕、黑、金、金 ，表示是1mH、5%的电感。（3）数码法：标称电感值采用三位数字表示，前两位数字表示电感值的有效数字，第三位数字表示0的个数，单位为mH。如：104表示10104mH，即0.1H。任务四 认识线圈的自感和互感一、自感现象及自感电动势1. 自感现象由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象，简称自感。2. 自感电动势 自感电流的方向可以用楞次定律判断，即线圈中的外电流i 增大时，感应电流的方向与外电流i的方向相反；外电流i减小时，感应电流的方向与外电流i的方向相同，自感电动势的计算公式为： 二、互感现象及互感电动势1. 互感现象所谓互感现象，是指一个线圈中电流的变化引起与它相近的其他线圈产生感应电动势的现象。互感现象示意图2. 同名端同名端是指绕在同一铁芯上的线圈，由于绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的端点，在电路图中用“ ” 或“*”表示。如图1、4、5端点是一组同名端；2、3、6端点是另一组同名端。 互感电动势的同名端3. 互感电动势互感电动势的大小正比于穿过线圈磁通的变化率，或正比于另一线圈中电流的变化率。任务五 认识变压器一、变压器的基本结构变压器主要由铁芯和绕在铁芯上的原、副线圈组成。1铁心铁心是变压器中最主要的部件，它构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。2绕组绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。一次绕组主要是输入电能；二次绕组主要是输出电能。二、变压器的分类及外形1变压器的分类（1）按用途可分为电力变压器、仪用互感器、特种变压器（如：调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）。（2）按绕组数目分：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器。（3）按铁心结构分：心式变压器、壳式变压器。（4）按相数分：单相变压器、三相变压器、多相变压器。（5）按冷却介质和冷却方式分：油浸式变压器、干式变压器、充气式变压器。（6）电力变压器按容量大小通常分：小型变压器（容量为10630kVA）、中型变压器（容量为8006300kVA）、大型变压器（容量为800063000kVA）、特大型变压器（容量在90000kVA及以上）。2.常见变压器的外形常见变压器的外形如图所示。 电力变压器 电焊变压器 双绕组变压器 三绕组变压器 多绕组变压器 心式变压器 壳式变压器 单相变压器 三相变压器常见变压器的外形三、变压器的工作原理1单相变压器基本工作原理变压器工作原理是在原绕组N1上加交变电流，然后在磁路里会产生交变的磁通；在副绕组N2里也会产生交变的磁通，则副绕组受感应而产生电。单相变压器的工作原理图2变压器的空载运行及变压器的变压比ku变压器空载运行是指原绕组接交流电源，副绕组不带负载时的运行状况。四、变压器的主要参数及型号1变压器的主要参数（1）额定容量（KVA）：表示在额定使用条件下变压