6.4电工基础教案_自感现象

1、第四节自感现象第四节自感现象 q 一、自感现象 q 二、自感系数q 三、电感的计算q 四、自感电动势q 五、自感现象的应用q 六、自感的危害q 七、磁场能量一、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叫自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，叫自感电动势。动画M6-7 自感现象二、自感系数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，叫自感磁通，用 L表示。当线圈匝数为N时，线圈的自感磁链为 L = N L 同一电流流过不同的线圈，产生的磁链不同，为表

2、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ILL即L是一个线圈通过单位电流时所产生的磁链。电感的单位是亨利(H)以及毫亨(mH)、微亨(H)，它们之间的关系为 1 H = 103 mH = 106 H 三、电感的计算 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，线圈的匝数为N，圆环的平均周长为l，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S上的分布是均匀的。当线圈通过电流I时，线圈内的磁感应强度B与磁通分别 为,lNIHBlNISBS由N = LI可得lSNINL2 (1) 线

3、圈的电感是由线圈本身的特性所决定的，线圈的电感是由线圈本身的特性所决定的，它与它与线圈的尺寸、匝数和媒介质的磁导率有关，而与线线圈的尺寸、匝数和媒介质的磁导率有关，而与线圈中有圈中有无电流及电流的大小无关。无电流及电流的大小无关。 (2) 其他近似环形的线圈，在铁心没有饱和的条其他近似环形的线圈，在铁心没有饱和的条件下，件下，也可用上式近似计算线圈的电感，此时也可用上式近似计算线圈的电感，此时l是铁心的平是铁心的平均长度；均长度；假设线圈不闭合，不能用上式计算。假设线圈不闭合，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，因不是常数，随电流而变，因此有铁心此有铁心的线圈

4、其电感也不是一个定值，这种电感称为非线的线圈其电感也不是一个定值，这种电感称为非线性电感。性电感。 说明：说明：四、自感电动势 ,将 由电磁感应定律，可得自感电动势 tELLIL代入，则tILtLILItE121L2LL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1 s内变化1 A时，引起的自感电动势是1 V，那么这个线圈的自感系数就是1 H。五、自感现象的应用 自感现象在各种电器设备和无线电技术中有着广泛的应用。日光灯的镇流器就是利用线圈自感的一个例子。如图6-3是日光灯的电路图。 图 6-3 日光灯电路图 日光灯主要由灯管、镇流器和起动器组成。镇流器是一个带铁心的线圈，起动

5、器的结构如图6-4所示。 图 6-4 起动器结构图 1结构结构 起动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U形触片。 灯管内充有稀薄的水银蒸汽，当水银蒸汽导电时，就发出紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的光。由于激发水银蒸汽导电所需的电压比220 V的电源电压高得多，因此日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。在日光灯正常发光时，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源电压。这两方面的要求都是利用跟灯管串联的镇流器来到达的。 当开关闭合后，电源把电压加在起动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光

6、，辉光产生的热量使U形片膨胀伸长，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。电流接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，两个触片别离，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，使灯管中的水银蒸汽开始导电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光。在日光灯正常发光时，与灯管串联的镇流器就起着降压限流的作用，保证日光灯的正常工作。2工作原理工作原理六、自感的危害 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平安。因此，切断这类电源必须采用特制的平安开关。 七、磁场能量 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为 2L21LIW 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。 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。例如，随着电流的增大，线圈的磁场