自感电动势与自感系数

1、13-6自感电动势与自感系数、教学目的： 1 1、了解自感现象和自感系数的概念 2 2、了解自感电动势的大小与什么因素有关，掌握自感电动势的方向判定。二、教学重点：能够运动自感电动势判定，解决工作中的实际问题。三、教学用具：日光灯一套、万用表、测电笔等。四、教学过程:y1-a1 1、自感现象：通过如图 3-283-28 所示的实验来观察两种自感现象3-2自瞬电路在图3阚職枷mmrn28a28a 电路中，HL1HL1、HL2HL2 是两只完全相同的小灯泡，R R 为电阻，L L 是一个 电感较大的铁心线圈，并且选择线圈的电阻和HL2HL2 支路的串联电阻 R R 相等。当开关 S S 闭合瞬间，

2、通过线圈的电流发生了由无到有的变化，线圈 中的磁通呈增加的趋势。根据楞次定律可知，线圈中的感应电动势要阻 碍电流的增加，因此灯泡 HL1HL1 发生逐渐变亮现象。但 HL2HL2 支路因串联的 是一线性电阻而不会发生上述过程，因而灯泡 HL2HL2 在接通电源后立即就 亮。(2(2)在图 3 3 28b28b 电路中线圈 L L 和灯泡 HLHL 并联在直流电源上。当开关S闭合 后，灯亮。但当开关S突然断开时，会发现灯泡并不是立即熄灭，而是 猛然更亮了一下，然后才熄灭。这是因为电源被切断瞬间，线圈产生一 个很大的感应电动势，加在灯泡两端，在回路中形成很强的感应电流， 使灯泡发出短暂的强光。鬥I

3、-to2上述两种现象虽然不同，但本质却是相同的，都是由于线圈自身电流发生变 化而引起的。我们把这种由于流过线圈本身的电流发生变化而产生感应电动势 的现象叫做自感应现象，简称自感。由自感现象产生的电动势称自感电动势。2、 自感系数：当一个空心线圈通过电流后，这个电流产生的磁场使每匝线圈 具有的磁通叫自感磁通。使N匝线圈具有的磁通叫自感磁链。我们把线圈中通过单位电流所产生的自感磁链称为自感系数，也称自感 量。简称电感。电感量是衡量线圈通过单位电流时能够产生自感受磁链的物理量。当线圈通过1A的电流能够产生1Wb b 的自感磁链，则该线圈的电感量就是 IHoIHo电感的大小不但与线圈的匝数以及几何形状

4、密切关系。对有铁心线圈，L L不是常数，对空心线圈，因其媒体介质是空气，而空气磁导率是恒定不变的， 当其结构一定时， L L 是常数。 我们把 L L 为常数的线圈称做线性电感， 把线圈统 称电感线圈，也称电感器或电感。电感这个名词包含了双重意思，一方面它表 示一种电器元件，另一方面它又是一个电气参数。3 3、 自感电动势：(1 1)自感电动势的大小：自感是电磁感应的形式之一。对于一个具有N N 匝的空心线圈而言，当忽略其绕线电阻时，可视为线性电感，根据电磁感应 定律，其感应电动势 eLeL 的大小为：|eL|=|L|eL|=|Lx Ai/i/t|t|(3-183-18)式中 L L线圈的电感

5、受量，H;Ai/i/At t 电流对时间的变化率， A/sA/s。式(3 3 1818)就是线圈自感电动势与线圈中电流的关系式。它表明，线圈 的自感电动势 eLeL 与线圈的电感 L L 和线圈中电流的变化率Ai/i/At t 的乘积成正 比。当线圈的电感量一定时，线圈的电流变化越快，自感电动势越大；线圈的 电流变化越慢，自感电动势越小；线圈的电流不变就没有自感电动势。反之， 在电流变化率一的情况下，若线圈的电感量L L 越大，自感电动势越大；若线圈3的电感量 L L 越小，自感电动势越小。所以电感量 L L 也反映了线圈产生自感电动 势的能力(2(2)自感电动势的方向：自感电动势的方向仍可以

6、根据楞次定律来判断。自龄卜一 *b)感电动势的方向总是和原电流变化的趋势(增大或减小)相反，如图 3 3 2 29 9所示。图 3 3 29a29a 中原电流 i i 的变化趋势是增大的，自感电动势 产生的电流iLiL 就要阻碍原电流的增大而与原电流方向相反。图3-29b3-29b中由于原电流 i i 的变化趋势是减小的，因而自感电动势产生的电流就会 与原电流方向相同。知道了自感电流的方向，就很容易得出自感电动势 的方向，因为自感电流是由自感电动势作用产生的。自感电动势的极性 如图中所示。应该注意的是，在判断时要把产生自感电动势的线圈看成感应电源。如果规定自感电动势的参考方向与自感磁通的参考方

7、向之间符合右手螺旋定则，即 eLeL 的方向与 i i 的方向一致，这时有：eL=-LeL=-L ( i/i/ t t)(3-19)(3-19)式中的负号是由楞次定律决定的，它表明自感电动势总是企图阻碍电流的变化。4 4、自感现象的应用：在电工技术中，很多电器都是利用自感作用进行工作的， 以下仅举几例加以说明。(1 1)最常用的电光源一一日光灯，就是利用自感电动势来点燃灯管，并使日光灯正常工作的。日光灯采用普通的照明电源(交流 220220，但它的工作电压低于电源电压（220V220V）,而“点燃”电压又高于电源电压。如图 3-303-30 所示，将镇流器（一个 带图329自感电动婷的方向图3

8、-30日扯灯电路4铁心的线圈）与日光灯串联，在启辉器断电的瞬间，镇流器产生一个很高的 自感电动势，与电源电压一起加在日光灯的两端，使灯管内气体导通而发光。 日光灯点燃后正常工作时，镇流器又起到分压的作用，使灯管的工作电压低于 电源电压。把日光灯散件，一件件展示给学生，并把启辉器、镇流器外壳取下来，展示其内部结构。直观讲解各件原理和故障现象及处理方法。日光灯出现噪声，即“哼哼”声，在夜深人静时特别烦人，出现这种情况，一般都是镇流器线圈 与铁芯之间出现缝隙，或线圈没有固定好产生的。日光灯不能启动（灯管两头 闪光或只亮不闪，整个灯管点不亮），如果灯管两端不出现黑头，一般是启辉器 故障，需要更换启辉器

9、；如果灯管两端发黑，可能是灯管老化，需要更换灯管。让学生自己动手组装日光灯，并找出故障问题。注意用电安全。（2 2） 图 3 33131 所是常见整流设备中的滤波器电路，它也是利用铁心线圈的自感作用完成滤波的。滤波器由铁心线圈 L L 和电容器 C1C1、C2C2 组成，它的作用 是将整流后得到的脉动电流中的交流成分滤除掉， 而得到接近理想的直流电压， 以供给负载工作。当交流成分的电流流过铁心线圈时，就会在线圈中产生自感 电动势，自感电动势产生的自感电流总是力图阻碍交流成分的电流通过。当直 流成分的电流通过铁心线圈时，由于电流恒定不变（变化率为零），因而不会产 生在阻碍作用的电动势和电流，直流

10、成分就能顺利通过铁心线圈。当然，自感现象也有不利的一面，在一些电工设备中，由于自感现象的存 在，会造成不必要的过电压、过电流，使电气设备受到危害。如含有大电感受 的电路在与电源切断的瞬间，会在电感两端产生很高的自感电动势，使开关的 刀闸和固定夹片之间的空气电离形成电弧，可能烧坏开关，甚至危及工作人员 安全。这些情况在工作中都要尽量避免。所以通常在含有大电感的电路中都有 灭弧装置。最简便的办法是在开关或电感两端并接一个适当的电阻或电容，让 自感电流在刀闸动作后有一通路。5 5、电感线圈中的磁场能量：在图 3 3 28a28a 的自感现象实验中，当开关 S S 闭合时, 灯泡 HL1HL1 逐渐变亮。这说明在接通电源过程中，电源供给的电能不是全部转变 光能和热能。那么，还有一部分能量到哪里去了呢？实验证明，这部分能量以 磁能的形式储存在线圈中。所以电感线圈是一个储能元件。电感线圈中通过的 电流越大，磁场5越强，磁场能量就越大，这说明利用线圈就可以将电能转换成 磁能。实验和理论分析可以证明，磁场能量与通过线圈的电流的平方成正比， 与线圈的电感量成正比，即W=1/2W=1/2X(LI(LI2) )(3_20)(3_20)式中 W W磁场能量，J;J;L L 自感系数，H;H;I I 线圈的