《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》課件 第19講 自感與互感

提高安全意識?加強安全學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)系列課程《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》第十九講

自感與互感目錄CONTENTS課堂目標(biāo)重點突破03課堂引入01課堂小結(jié)04內(nèi)容講解02學(xué)習(xí)本節(jié)課要具備的知識：

①已掌握電磁感應(yīng)定律；

②熟悉生活中的某些自感互感現(xiàn)象。本節(jié)課學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容為：

①自感、自感系數(shù)和磁場能；

②互感現(xiàn)象及同名端。本節(jié)課的重點是：準(zhǔn)確描述自感互感的原理及應(yīng)用學(xué)完本節(jié)課，同學(xué)們要能達(dá)到：

①能準(zhǔn)確描述自感互感的原理及應(yīng)用；

②會判定互感同名端。

我們先來觀察兩個實驗現(xiàn)象，實驗1：如圖所示，電路中當(dāng)開關(guān)S,閉合瞬間，我們看到與電阻R串聯(lián)的燈泡HL2立刻發(fā)光，而與電感線圈串聯(lián)的燈泡HL1逐漸變亮，這是為什么呢？

同時我們再來觀察另一個電路，如圖所示，當(dāng)開關(guān)S斷開瞬間，燈泡不是立即熄滅，而是發(fā)出很強的光，然后再慢慢熄滅。實驗2：手機耳機線與螺線管L1兩端相連接，發(fā)送音頻信號給線圈L1，螺線管L2與一個有源揚聲器相連。此時手機播放音樂并插上耳機的一端，L1靠近L2的時候可逐漸聽到揚聲器有音樂放出，音樂聲音大小隨著線圈的靠近逐漸增大，隨著線圈遠(yuǎn)離而逐漸減小。這又是什么原因呢？對于實驗1.

當(dāng)開關(guān)S閉合瞬間，通過線圈的電流逐漸增大，穿過線圈的磁通也隨之增加，線圈中必然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個感應(yīng)電動勢將阻礙線圈中電流的增大，從而使通過燈泡HL1的電流只能逐漸增大，HL1只能逐漸變亮。

而當(dāng)S斷開瞬間，通過線圈的電流突然減少，穿過線圈的磁通也隨之減少，在線圈中產(chǎn)生與原電流方向相同的感應(yīng)電動勢。此時，由于電源已經(jīng)斷開，但線圈L與燈泡HL組成閉合電路，在這個電路中有感應(yīng)電流流過，所以燈泡不會立即熄滅。

這種由于線圈本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為自感電動勢。對于實驗2.

手機發(fā)送音頻信號（變化的電流）給線圈1，線圈2靠近的時候會因為互感現(xiàn)象產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流經(jīng)過揚聲器放大，進而在揚聲器播放音樂。

這種由于一個線圈的電流變化導(dǎo)致另一個線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。在互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為互感電動勢。

自感和互感現(xiàn)象在各種電子技術(shù)和電氣設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。(一）自感應(yīng)用

如圖a所示的實際電路就是由電感線圈和電容器組成的濾波電路。

如圖B所示，是日光燈的鎮(zhèn)流器，它就是利用自感現(xiàn)象獲得點燃燈管所需要的高壓。

自感現(xiàn)象也有不利的一面，在自感系數(shù)較大且電流很強的電路中。在開關(guān)閉合瞬間，由于自感的作用容易產(chǎn)生電弧，不僅會危及設(shè)備的安全也可能會危及工作人員的安全，因此切斷這類電路需要用特制的安全開關(guān)，如圖C所示，就是帶有完善滅弧裝置的高壓斷路器。

自感電動勢的大小與其他電動勢一樣，多與磁通變化的快慢有關(guān)。線圈的磁場是由電流產(chǎn)生，所以穿過線圈磁通變化的快慢與電流的變化快慢有關(guān)。

對于同一個線圈來說，電流變化越快，它的磁通變化也就越快，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢就越大；電流變化越慢，產(chǎn)生的自感電動勢就越小。我們用自感系數(shù)來表示線圈的這種特性，簡稱電感，用字母L表示。

電感的單位是亨利，常用單位有毫亨、微亨。

線圈的電感是由線圈本身的特性決定的，它與線圈的尺寸、匝數(shù)和媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，而與線圈中有無電流及電流的大小無關(guān)。線圈的橫極面積越大，線圈的匝數(shù)越多，它的電感就越大。有鐵芯線圈的電感比空心線圈要大得多。工程上常在線圈中放置鐵芯或磁芯來獲得較大的電感。

與電容器相似，電感線圈也是一個儲能元件，線圈的電感反映了線圈儲存磁場能量的能力。

理論和實驗證明，線圈中儲存的磁場能量與通過線圈的電流的平方成正比，與線圈的電感成正比，用公式表示為Wl等于1/2L*L。

磁場能量和電場能量在電路中的轉(zhuǎn)化都是可逆的，線圈和電容器一樣都是儲能元件而不是耗能以元件。磁場能量的計算公式在形式上與電場能量的計算公式也是相似的。（二）互感應(yīng)用

常見的電力變壓器、電源變壓器、電流互感器、電壓互感器等都是利用互感原理工作的。

當(dāng)然，互感現(xiàn)象也有不利的一面。

在電子技術(shù)中，若線圈位置放置不當(dāng)，各個線圈之間可能會因為互感而產(chǎn)生互相干擾的現(xiàn)象，因此需要利用磁屏蔽灶進行磁屏蔽。

在工程上，由對兩個或兩個以上的電磁耦合線圈，常常需要知道互感電動勢的極性。互感線圈由于電流變化而產(chǎn)生的自感電動勢的極性和互感電動勢的極性始終保持一致的端點稱為同名端，反之稱為異名端。在電路中，同名端一般加點號加以表示，如圖所示。

如果沒有標(biāo)注同名端，我們可以根據(jù)下列方法來判斷。

一是根據(jù)線圈的繞向判定。

如圖所示，線圈L1通有電流，并且電流隨著時間而增加。由于磁通的變化，線圈L1中要產(chǎn)生自感電動勢，線圈L2中要產(chǎn)生互感電動勢。以磁通作為參考方向，根據(jù)安培定則我們可以判斷。AOE產(chǎn)生的自感電動勢極性，A端點為正極性點。B端點為負(fù)極性點。L2產(chǎn)生的互感電動勢C端點為正極性點，D端點為負(fù)極性點。由此我們可以判斷A與C,B與D點極性相同。

同樣道理，當(dāng)電流I減小時，A與C,B與D的極性仍然相同。

因此，無論電流從哪一端流入，線圈大小變化如何，A與C,B與D端的極性都保持一致即線圈繞向一致的A與C,B與D端為同名端。如果線圈的繞線未知，我們可以用實驗法來判斷。

如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時，電流從線圈的端點1流入，且電流隨時間增加而增大，若此時電流表的指針向正方向偏轉(zhuǎn)，說明1與3為同名端，否則1與3是異名端。課堂小結(jié)

這一講我們學(xué)習(xí)了自感現(xiàn)象、自感系數(shù)和磁場能。同時詳細(xì)介紹了互感現(xiàn)象和同名端的概念。

由于線圈本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢稱為自感電動勢。自感系數(shù)簡稱電感，用字母L表示。線圈儲存的磁場能Wl等于1/2L*L。

互感現(xiàn)象是由于一個線圈的變化引起另一