《高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 第2節(jié) 自感 自感與互感在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用及防護素材 魯科版選修3-2（通用）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 第2節(jié) 自感 自感與互感在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用及防護素材 魯科版選修3-2（通用）（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、自感與互感在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用及防護 自感現(xiàn)象 自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它是由于線圈本身電流變化而引起的。 流過線圈的電流發(fā)生變化，導致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的自感電動勢，總是阻礙線圈中原來電流的變化，當原來電流在增大時，自感電動勢與原來電流方向相反；當原來電流減小時，自感電動勢與原來電流方向相同。因此，“自感”簡單地說，由于導體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫做自感現(xiàn)象。 自感的應(yīng)用 自感現(xiàn)象在各種電器設(shè)備和無線電技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。渦流、日光燈的鎮(zhèn)流器、各種自感式傳感器、自感線圈、電焊機等等，都采用了自感原理。 1、在日光燈中的應(yīng)用 日光燈電路中的

2、鎮(zhèn)流器就是利用自感現(xiàn)象制成的。日光燈是怎樣工作的呢？當開關(guān)閉合后，電源把電壓加在起動器的兩極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光。輝光產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接觸而把電路接通。于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過。電路接通后，起動器中的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開。在電路突然中斷的瞬間，在鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個很高的自感電動勢，方向與原來電壓的方向相同，這個自感電動勢與電源電壓加在一起，形成一個瞬時高電壓，加在燈管兩端，使燈管中的水銀蒸氣開始放電，于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光。在日光燈正常發(fā)光時，由于交變電流不斷通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中就有自感電動

3、勢，它總是阻礙電流變化的，這時鎮(zhèn)流器起著降壓限流作用，保證日光燈的正常工作。 2、渦流 為什么電動機、變壓器等的鐵芯不是整塊金屬，而是用許多薄硅鋼片疊合而成呢？ 原來，把塊狀金屬放在變化的磁場中，或者讓它在磁場中運動時，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的旋渦，因此叫做渦電流，簡稱渦流。整塊金屬的電阻很小，所以渦流常常很強。們采用各種辦法減弱有害的渦流，但也可以利用渦流。如利用高頻感應(yīng)爐冶煉金屬，利用電磁灶加熱，利用電磁阻尼減小線圈（或指針）的擺動等。 3、感應(yīng)圈 　　感應(yīng)圈是工業(yè)生產(chǎn)和實驗室中用低壓直流電獲得交變高壓的一種裝置。它的主要部分是

4、兩個繞在鐵芯MM′上的絕緣導線線圈，如圖6－12所示。初級線圈直接繞在鐵芯上，是比較少的幾匝粗導線線圈，次級線圈則由多匝細導線組成。感應(yīng)圈的初級線圈中有節(jié)奏地通過斷續(xù)的直流電。因此，各種電流斷續(xù)器是感應(yīng)圈的重要部件。圖中畫出的是一種最簡單的斷續(xù)器，它就是一個鋼質(zhì)彈簧片D。彈簧片上裝有一小塊軟鐵P，稱為小錘；在小錘后面裝有一個螺絲釘W，當電路中無電流時，彈簧片與螺絲釘接觸。開關(guān)S接通電路后，電流流經(jīng)初級線圈，再經(jīng)小錘與螺絲釘，然后回到電池組的另一極，構(gòu)成閉合回路。這時，線圈中的鐵芯被磁化，并吸引小錘。于是，電流中斷。電流一停止，鐵芯就失去磁性，彈簧片將小錘彈回原來的位置，電路又重新接通。如此反復

5、，小錘使初級線圈中的電流在1秒鐘內(nèi)斷續(xù)許多次。電流每次斷開時，次級線圈中出現(xiàn)某個方向的感應(yīng)電動勢；而在電路接通時，次級線圈又出現(xiàn)相反方向的感應(yīng)電動勢。 在小錘式斷續(xù)器中，當電路開斷時，小錘與螺絲釘之間出現(xiàn)火花，這火花使電流持續(xù)一段時間。因此，開斷時間也就延長了。為了減小火花，縮短開斷時間，在線路中加裝一個電容器C，將它的一個極與小錘連接，另一個極接到螺絲釘?shù)闹е?。電路開斷的瞬間產(chǎn)生的感應(yīng)電流集中到電容器里。電容器兩極板帶電，減小了裂口處的火花，電路開斷就會進行得很快。由于電磁感應(yīng)，感應(yīng)圈初級線圈斷續(xù)地通過直流電流時，次級線圈就感應(yīng)出幾千伏乃至上萬伏的交變高電壓。 4、自感式料位數(shù)字傳感器

6、 大型鋼廠（如寶鋼）除塵器粉塵料倉中料位的檢測技術(shù)一直是該領(lǐng)域內(nèi)的一項難題。目前一般采用電容物位控制器或阻旋式物位控制器。料倉中的料位需檢測出上、中、下三個位置，所以，在料倉中一般都采用3只物位控制器進行料位的檢測。電容式物位檢測器在陰雨季節(jié)由于潮氣及粉塵粘連等原因極易誤報警，可靠性差。阻旋式物位控制器，由于采用機械阻轉(zhuǎn)方式報警，壽命低，安裝與維護性能較差。為了達到壽命長、報警可靠，國內(nèi)某公司不得不采用價格昂貴且有輻射污染的雷達射線式料位計。 針對鋼廠粉塵具有磁質(zhì)性質(zhì)這一特性，設(shè)計出自感式數(shù)字信號報警傳感器，適用于鋼廠除塵器設(shè)備上粉塵料位的檢測。 自感在傳感器的利用中，還有很多種。比如自

7、感式電感傳感器。自感式電感傳感器可以用于測量位移和尺寸，也可以測量能夠轉(zhuǎn)換為位移量的其他參數(shù)，如力、張力、壓力、壓差、應(yīng)變、轉(zhuǎn)短、速度和加速度等。 自感的防護 自感現(xiàn)象也有不利的一面，在自感系數(shù)很大而電流有很強的電路（如大型電動機的定子繞組）中，在切斷電路的瞬間，由于電流強度在很短的時間內(nèi)發(fā)生很大的變化，會產(chǎn)生很高的自感電動勢，使開關(guān)的閘刀和固定夾片之間的空氣電離而變成導體，形成電弧。所產(chǎn)生的電弧火花容易燒壞開關(guān)，甚至危人員安全。因此，切斷這段電路時必須采用特制的安全開關(guān)。 互感現(xiàn)象 由一個線圈中的電流發(fā)生變化而使其它線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象。 它的基本原理就是磁的耦合。無

8、論在何處，只要存在兩個電流回路，就會有互感。一個回路的電流產(chǎn)生一個磁場，而該磁場會影響第二個回路。兩個回路相互作用，其相互作用的系數(shù)隨距離的增加快速地減小。兩個電路之間的互感耦合相當于一個連接在電路A和電路B之間的微小變壓器。無論何處，對于兩個相鄰電流回路的相互作用，可以看成是一個變壓器的初級和次級，從面得到互感。 互感現(xiàn)象在電子和電子技術(shù)中應(yīng)用很廣，通過互感，線圈可以使能量或信號由一個線圈很方便的傳遞到另外一個線圈。利用互感現(xiàn)象原理我們可以制成變壓器，感應(yīng)圈等。 1、互感器的作用 　　為保證電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行，需要對電力系統(tǒng)及其電力設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進行測量，以便對其進行必要的計量、

9、監(jiān)控和保護?；ジ衅饔蛇B接到電力傳輸系統(tǒng)一次和二次之間的一個或多個電流或電壓傳感器組成，用以傳輸正比于被測量的量，供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。 　　互感器的主要作用有以下幾個方面。 　?。?）將電力系統(tǒng)一次側(cè)的電流、電壓信息傳遞到二次側(cè)與測量儀表和計量裝置配合，可以測量一次系統(tǒng)電流、電壓和電能。 　　（2）當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，互感器能正確反映故障狀態(tài)下電流、電壓波形，與繼電保護和自動裝置配合，可以對電網(wǎng)各種故障構(gòu)成保護和自動控制。 　?。?）通常的測量和保護裝置不能直接接到高電壓、大電流的電力回路上?；ジ衅鲗⒁淮蝹?cè)高壓設(shè)備與二次側(cè)設(shè)備及系統(tǒng)在電氣方面隔離，從而保證了二次設(shè)備

10、和人身安全，并將一次側(cè)的高電壓、大電流變換為二次側(cè)的低電壓、小電流，使計量和繼電保護標準化。 互感器技術(shù) 互感器是按比例變換電壓或電流的設(shè)備?；ジ衅鞯墓δ苁菍⒏唠妷夯虼箅娏靼幢壤儞Q成標準低電壓（100V）或標準小電流（5A或1A，均指額定值），以便實現(xiàn)測量儀表、保護設(shè)備及自動控制設(shè)備的標準化、小型化?；ジ衅鬟€可用來隔開高電壓系統(tǒng)，以保證人身和設(shè)備的安全。 2、納米晶精密電流互感器技術(shù) 　　對于大電流、高精度的電流互感器，磁芯材料的磁特性是產(chǎn)生誤差的一個很大的影響因素。以往較常用的材料是坡莫合金，但坡莫合金高昴的價格限制了其大規(guī)模應(yīng)用。納米晶軟磁材料是目前最為理想的制造大電流、高精度電

11、流互感器磁芯的材料。納米晶軟磁材料的高磁導率（初始磁導率μ0≧60000）和低損耗特性很好地滿足了電流互感器對比值差和相位差的要求。 　　磁芯材料的溫度穩(wěn)定性對測量精度有很大的影響。對納米晶軟磁材料進行溫度穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，在工作磁感應(yīng)強度低于0.8T、使用溫度低于120℃時，磁芯的μ值隨溫度的升高而略有增加，這有利于減小互感器的測量誤差。采用納米晶軟磁材料生產(chǎn)的精密電流互感器不僅重量要比坡莫合金輕1/3，而且精度可達0.2s級水平。納米晶精密電流互感器可用于變電站、電度表、UPS電源等中。 　　納米晶精密電流互感器的材料與制備技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在材料與器件性能上具有比傳統(tǒng)軟磁材料更加突出的

12、優(yōu)勢，市場應(yīng)用范圍廣闊，具有較好的產(chǎn)業(yè)化和市場化優(yōu)勢。 3、光電互感器的應(yīng)用 光電互感器是智能電網(wǎng)必須的一個設(shè)備，我國的光電互感器產(chǎn)品已經(jīng)具有世界水平，國內(nèi)此類產(chǎn)品應(yīng)用比較成熟，在應(yīng)用上領(lǐng)先于國外。這是廣州中鈺科技有限公司的數(shù)字化變電站事業(yè)部總經(jīng)理葉繼紅在“第二屆中國國際智能電網(wǎng)建設(shè)分布式能源及儲能技術(shù)設(shè)備展覽會”上接受我們的采訪中談到的。作為變電站智能化最重要的產(chǎn)品，隨著國家智能電網(wǎng)發(fā)展需求的擴大，作為廣東經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的民營企業(yè)，比其他國有企業(yè)機制更靈活，電子互感器市場迎來了發(fā)展新機遇。 4、大功率電動機中過載保護的電流互感器的應(yīng)用 電流互感器將大電流變成小電流的互感器。在正常使用情

13、況下其比差和角差都應(yīng)在允許范圍內(nèi)。電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。交流電流的測量設(shè)備是否運行在額定電流值，設(shè)置電流測量裝置是必要的技術(shù)措施。有關(guān)規(guī)定40KW以上的設(shè)備，必須裝設(shè)電流表進行監(jiān)控。交流電流的測量有直接測量和經(jīng)電流互感器擴大測量的

14、方式。直接測量就是將適當?shù)碾娏鞅泶与娏骰芈?。交流電度的測量為了擴大交流電度表的量程，工廠最常用的是采用電流互感器的方法來擴大量程。電力拖動線路中的保護大功率電動機中的過載保護，往往由于電流大，而無法購到相應(yīng)的熱繼電器，在這樣的情況下，一般采用加裝電流互感器的方法來解決。其實質(zhì)是將大電流變換成小電流用5A以內(nèi)的熱繼電器足可滿足過載保護的要求。 怎樣防護互感現(xiàn)象 互感現(xiàn)象，即由一個線圈中的電流發(fā)生變化而使其它線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。但是自感在某些情況下也會帶來不利的影響，在這種情況下我們應(yīng)該設(shè)法減少互感的耦合。連接器在運作的過程中很容易出現(xiàn)互感現(xiàn)象的發(fā)生，連接器互感現(xiàn)象的出現(xiàn)很容易導致電流

15、及信號系統(tǒng)的失控，值得關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，通過改變連接器接地有效減少互感現(xiàn)象。 我們說通過改變接地模式，可以減小特定線路之間的互感。如果將地線移至距離環(huán)路更遠的地方將會減小其互感?；ジ械淖兓c距離的對數(shù)值成正比。 額外增加的地會有更直接的效果。由于地線與環(huán)路X和Y緊密耦合，地線上的電流對環(huán)路Y有很大的影響。如果我們能將地線上的電流分為兩半，互感LX、Y幾乎會減少一半。通過在信號X上方增加一條地線，把地線上的電流分為兩半，電流將分為兩部分，分別流經(jīng)每一條地線。相應(yīng)地，互感LX、Y也會減小。增加更多的地線將進一步分散地線電流，但是不再像最初那樣將電流一分為二。 此外，在信號X和Y之間插入地線與在

16、它們之外增加地線有很大的差別。耦合到連接器上任意給定線路噪聲來自其他每個線。簡單地減少連接器上的信號個數(shù)就能減小總的串擾。另一方面，將連接器上的信號分成幾組。通過在各組之間插入地線即可減少其相互干擾。分組有效地減少了對特定的接收器產(chǎn)生嚴重串擾的線路數(shù)量，串擾基本上與地線之間的信號線數(shù)目成正比。 在連接器邊沿增加額外的地線減少串擾幾乎不起作用，在連接器邊沿采用大的接地效果也一樣。使用這些準則可以幫助估算連接器不同的接地排列時的性能，當提出不同的變更之后，我們可以預測將會發(fā)生什么情況，減少連接器互感現(xiàn)象的發(fā)生。 互感現(xiàn)象的發(fā)生最近在汽車召回事故分析中常有閃現(xiàn)，汽車連接器互感現(xiàn)象研究正成為當下的熱點話題。