关于自感和互感在现实生活中的应用与防护.docx
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关于自感和互感在现实生活中的应用与防护
关于自感和互感在现实生产生活中的应用与防护
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摘要:
自1831年法拉第发现了电磁感应现象后,也标志着人类生活电气化时代的到来。
在电工技术中的自感与互感现象在现代生产生活中的应用更是日益广泛。
本论文将从自感与互感现象的本质出发来讨论自感与互感现象在现实生产生活中的应用与防护。
关键字:
自感、互感、应用、防护
I.自感的本质
1.1.自感现象与自感电动势
自感现象是电磁感应现象中的一种特殊情形。
如果流过导线或线圈的电流发生变化,电流所产生的磁通也发生变化,于是在导线或线圈中因交链的磁通变化而产生感应电动势。
这种由于流过线圈本身电流变化引起感应电动势的现象,称为自感现象。
这个感应电动势称为自感电动势。
在这里,磁通与回路中的电流成正比,即
Li
(1)
式中的比例系数L叫做回路的自感系数(简称自感),它取决于回路的大小、形状、线圈的匝数以及它周围的磁介质的分布。
另外,带有铁芯的线圈比没有铁芯的线圈的自感系数大得多。
可以用下面的图片形象的说明。
图1
在国际单位制中,自感系数的单位是:
亨利,简称亨,符号是H。
常用单位:
毫亨(mH)微亨(μH)
由电磁感应定律可以得到,在L一定的情况下,自感电动势为
L=-
(2)
由上式可以知道,自感电动势的方向总是要使它阻碍回路本身电流的变化。
(注意:
“阻碍”不是“阻止”,电流原来怎么变化还是怎么变,只是变化变慢了,即对电流的变化起延迟作用)。
这个我们可以通过实验来演示:
自感现象实验演示
如图二所示,当K闭合后,A灯比B灯先亮,就是因为在合上开关后,A,B两支路同时接通,但B灯的支路中有一自感线圈,自感系数较大,因而电流增长较慢,因此,A灯比B灯先亮;在图三中打开K时,灯泡突然强烈地闪亮一下然后再熄灭,这是因为多匝线圈支路中的较大的电流在K打开后通过灯泡而又逐渐消失的缘故。
以上两实验能够充分的表现“阻碍”的含义。
2.自感现象的应用与危害
2.1自感现象应用:
自感现象在各种电器设备和无线电技术等领域有着广泛的应用。
其中,日光灯的镇流器就是利用线圈自感现象的一个例子。
日光灯的电路图主要由灯管、镇流器和启辉器组成。
镇流器是一个带铁心的线圈。
启辉器它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。
日光灯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。
日光灯得的工作原理
当电路图开关闭合后,首先接通的是由镇流器和启辉器所组成的电路。
电源电压加在启辉器的两极之间,使氖气放电而发出辉光,辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长,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有电流通过。
电路接通后,启辉器中的氖气停止放电,U形触片冷却收缩,两个接触片分离,电路自动断开。
在电路断开的瞬间,由于自感现象,镇流器的两端就产生一个瞬间高电压,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,于是接通了日光灯和镇流器所组成的电路,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降压限流作用,保证日光灯的正常工作。
2.2自感现象的危害:
在大型电动机的定子绕组中,定子绕组的自感系数很大,而且定子绕组中流过的电流又很强,当电路被切断的瞬间,由于电流在很短的时间内发生很大的变化,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,甚至危及工作人员的安全。
因此,切断这类电路时必须采用特制的安全开关。
.互感
1互感的本质
当其中的电流随时间变化时,它周围的磁场也随时间变化,在它附近的导体回路中就会产生感应电动势。
这种感应电动势叫做互感电动势这种现象也被称作互感现象。
由毕奥-萨伐尔定律可知,电流i1产生的磁场正比于i1,因而通过L2所围成面积的、由i1所产生的全磁通21也应该和i1成正比,即
21=M21i1
(2)其中的比例系数M21叫做回路L1对回路L2的互感系数,它取决于两个回路的几何形状、相对位置、它们各自的匝数以及它们周围磁介质的分布。
可以证明,对于一对导体回路,有M12=M21=M,M就叫做这两个导体回路的互感系数,简称它们的互感。
和自感类似,在国际单位制中,互感单位名称是亨利,符号H。
2互感的应用与防护
2.1互感现象的应用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈,因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。
变压器就是利用互感现象制成的。
变压器是利用互感现象制成的一种电气设备,在电力系统和电子线路中广泛应用。
大家收录机常用的稳压电源,就是变压器的一种。
变压器与电源相联的称为一次绕组,与负载相联的称为二次绕组。
一次绕组、二次绕组的匝数分别为N1和N2,并且靠得很近。
当变压器的一次绕组接上交流电压U1时,一次绕组中便有电流i1通过。
电流i1所产生得磁通
,有一部分穿过二次绕组,用
表示,它在二次绕组中产生磁链
。
磁通
随i1的变化而变化,磁链
也随之变化,从而在二次绕组中产生感应电动势。
如果二次绕组接有负载,有负载电流i2产生。
互感现象-应用
互感现象在电子和电子技术中应用很广,通过互感,线圈可以使能量或信号由一个线圈很方便的传递到另外一个线圈。
利用互感现象原理我们可以制成变压器,感应圈等。
在电流互感器中应用
一、电流互感器结构原理
1电流互感器的结构较为简单,由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。
其工作原理与变压器基本相同,一次绕组的匝数(N1)较少,直接串联于电源线路中,一次负荷电流通过一次绕组时,产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流;二次绕组的匝数(N2)较多,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路,普通电流互感器由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数,I1N1=I2N2,电流互感器额定电流比。
电流互感器实际运行中负荷阻抗很小,二次绕组接近于短路状态,相当于一个短路运行的变压器。
2穿心式电流互感器结构原理穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组,载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。
二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路,穿心式电流互感器结构由于穿心式电流互感器不设一次绕组,其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定,穿心匝数越多,变比越小;反之,穿心匝数越少,变比越大,额定电流比:
式中I1——穿心一匝时一次额定电流;n——穿心匝数。
3特殊型号电流互感器
3.1多抽头电流互感器。
这种型号的电流互感器,一次绕组不变,在绕制二次绕组时,增加几个抽头,以获得多个不同变比。
它具有一个铁心和一个匝数固定的一次绕组,其二次绕组用绝缘铜线绕在套装于铁心上的绝缘筒上,将不同变比的二次绕组抽头引出,接在接线端子座上,每个抽头设置各自的接线端子,这样就形成了多个变比,多抽头电流互感器例如二次绕组增加两个抽头,K1、K2为100/5,K1、K3为75/5,K1、为50/5等。
K4此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比,调换二次接线端子的接线来改变变比,而不需要更换电流互感器,给使用提供了方便。
3.2不同变比电流互感器。
这种型号的电流互感器具有同一个铁心和一次绕组,而二次绕组则分为两个匝数不同、各自独立的绕组,以满足同一负荷电流情况下不同变比、不同准确度等级的需要,不同变比电流互感器例如在同一负荷情况下,为了保证电能计量准确,要求变比较小一些(以满足负荷电流在一次额定值的2/3左右),准确度等级高一些(如1K1、1K2为200/5、0.2级);而用电设备的继电保护,考虑到故障电流的保护系数较大,则要求变比较大一些,准确度等级可以稍低一点(如2K1、2K2为300/5、1级)。
3.3一次绕组可调,二次多绕组电流互感器。
这种电流互感器的特点是变比量程多,而且可以变更,多见于高压电流互感器。
其一次绕组分为两段,分别穿过互感器的铁心,二次绕组分为两个带抽头的、不同准确度等级的独立绕组。
一次绕组与装置在互感器外侧的连接片连接,通过变更连接片的位置,使一次绕组形成串联或并联接线,从而改变一次绕组的匝数,以获得不同的变比。
带抽头的二次绕组自身分为两个不同变比和不同准确度等级的绕组,随着一次绕组连接片位置的变更,一次绕组匝数相应改变,其变比也随之改变,这样就形成了多量程的变比,带抽头的二次独立绕组的不同变比和不同准确度等级,可以分别应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等,以满足各自不同的使用要求。
例如当电流互感器一次绕组串联时1K1、1K2,1K2、1K3,2K1、2K2,2K2、2K3为300/5,1K1、1K3,2K1、2K3为150/5;当电流互感器一次绕组并联时(图5-5b),1K1、1K2,1K2、1K3,2K1、2K2,2K2、2K3为600/5,1K1、1K3,2K1、2K3为300/5。
(a)一次串联(两匝)(b)一次并联(一匝)一次绕组匝数可调、二次多绕组的电流互感器原理图
3.4组合式电流电压互感器。
组合式互感器由电流互感器和电压互感器组合而成,多安装于高压计量箱、柜,用作计量电能或用作用电设备继电保护装置的电源。
组合式电流电压互感器是将两台或三台电流互感器的一次、二次绕组及铁心和电压互感器的一、二次绕组及铁心,固定在钢体构架上,浸入装有变压器油的箱体内,其一、二次绕组出线均引出,接在箱体外的高、低压瓷瓶上,形成绝缘、封闭的整体。
一次侧与供电线路连接,二次侧与计量装置或继电保护装置连接。
根据不同的需要,组合式电流电压互感器分为V/V接线和Y/Y接线两种,以计量三相负荷平衡或不平衡时的电能,两台电流互感器和电压互感器V/V接线三台电流互感器和电压互感器Y/Y接组合式电流电压互感器、电流互感器。
2.2互感的防护
因为互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且也可发生于任何两个相互靠近的电路之间。
所以在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作,这时要设法减小电路间的互感。
如下图所示的电路板
中的情况,如果电路中互感现象太严重,电路将会烧毁。
由此我们可以知道在现实生活中预防互感的危害有多么的重要。
综上,我们可以发现自感和互感在现实生活中应用是非常广泛的。
但是在享受它们带来的方便的同时,我们也要注意防护。
参考文献:
XX百科《大学物理学》张三慧第三版论文网
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- 关 键 词:
- 关于 自感 互感 现实生活 中的 应用 防护