1、電工技術基礎電工技術基礎 電子教案電子教案 幸文勝幸文勝 項目四 磁場及電磁感應的 認知 知識目標知識目標 1了解磁場的概念與描述磁場的基本物理量。 2掌握磁場對電流的作用力及方向判定。 3了解電磁感應現象，掌握感生電流產生的 條件及方向的判定。 4了解自感及互感現象及其在實際中的應用。 5了解電感元件的儲能特性，及其在電路中 的作用與電路中能量的轉換關系。 技能目標技能目標 1掌握磁場對電流的作用力及方向的判 定方法。 2掌握感生電流產生條件及方向的判定。 3學會互感線圈同名端的判定方法。 4能識別與檢測常用的電感元件，并能 識讀出其主要參數。 一、磁場的基本特征一、磁場的基本特征 人們把物

2、體能夠吸引鐵、鎳、鈷等金屬及其合 金的性質叫做磁性，把具有磁性的物體叫做磁 鐵，又稱磁體、磁鋼，俗稱吸鐵石，常見的磁 鐵的形狀如圖。 在磁鐵上磁性最強的部分 稱為磁極，一個磁鐵都有 兩個磁極，N極與S極，在 越靠近磁極的地方，磁性 就越強，在遠離磁極的地 方，磁性就弱。 磁場方向：在磁場中的任一點，小磁針N極受 力的方向，即小磁針水平靜止時N極所指的方 向，就是該點的磁場方向。 磁感線是在磁場中一系列假想曲線，曲 線上每一點的切線方向都與該點磁場方 向相同。磁感線的疏密表示磁場強弱： 磁感線密集處，磁場強；磁感線稀疏處， 磁場弱。磁感線在磁體外部由N極出來 進入S極，在磁體內部由S極指向N極，

3、 組成不相交的閉合曲線。如右圖是條形 磁鐵的磁感線。 直線電流的磁場 直線電流磁場的磁感線是一系列以導線上各點 為圓心的同心圓，這些同心圓都在與導線垂直 的平面上。可以看到，遠離導線地方，磁感線 稀疏一些，也就是說靠近導線的地方磁場強些， 遠離導線的地方磁場弱些。 安培定則（右手螺旋定則）： 用右手握住導線，讓伸直的 大拇指所指的方向與電流方 向一致，則彎曲的四指所指 方向就是磁感線環繞方向。 螺線管的磁場 通電螺線管外部，磁感線由N極出來進入S極； 在通電螺線管內部磁感線與螺線管軸線平行， 方向由S極指向N極，并與外部磁感線連成閉合 曲線。 用右手握住螺線管，讓彎曲的 四指所指方向與電流的方

4、向一 致，則拇指所指方向即為螺線 管內部的磁感線方向，即大拇 指所指為通電螺線管的N極。 二、磁場的基本物理量二、磁場的基本物理量 1、磁感應強度、磁感應強度 通過與磁場方向垂直的某一面積的磁力線總數， 叫做通過該面積的磁通量，簡稱磁通。用字母 表示。垂直通過單位面積的磁力線數目，叫磁 感應強度，又稱磁通密度。磁感應強度用字母 B表示，單位是T(特斯拉)。在均勻磁場中，磁 感應強度 ： S B 在磁場中垂直于磁場方向上的通電導體，所受 的磁場力F與電流I和導線長度L的乘積IL的比 值叫做通電導體所在處的磁感應強度，又稱磁 通密度，用字母B表示，即： 在國際單位制中，F單位為牛頓（N），I的單

5、位為安培（A），L的單位為米（m），B的單 位為特斯拉（T），簡稱特。 B是個矢量，是該點的磁場方向。 IL F B 磁場對電流的作用力：安培 力 磁場對電流的作用力稱為安培力，其計 算公式 ： 在上邊公式中，要求通電導體與磁場方 向相互垂直，若電流I與磁通密B成任一 角度時，公式則為： BILF sinBILF 左手定則 安培力的方向可用左手定則判定：伸出 左手，使大拇指與其余四指垂直，并且 與手掌在同一平面內，讓磁感 線垂直穿過手心，四指指向電 流方向，則大拇指所指方向為 通電導體所受安培力的方向。 磁導率磁導率 2、磁導率、磁導率 磁場的強弱不僅與電流和導體的形狀有關，還與磁場 中媒介質

6、的導磁性能有關。磁導率就是一個用來描述 媒介質導磁性能的物理量，和不同材料有不同電阻率 一樣，不同媒介質，有不同的磁導率。磁導率的單位 是亨/米（H/m）。 r 1的物質叫反磁性物質。 r 1的物質叫順磁性物質。 順磁性物質與反磁性物質的相對磁導率約等于1，統稱 為非鐵磁性物質。 r 1的物質叫鐵磁性物質。 3、磁場強度、磁場強度 磁場中某點的磁通密度B與媒介質磁導率的比值叫該 點的磁場強度。用H來表示，即： 在國際單位制中，B的單位是特斯拉，的單位是亨利/ 米，則H的單位是安培/米 。 磁場強度H也是矢量，在均勻媒介質中，其方向與磁通 密度B的方向一致。 0 r BB H 三、磁鐵磁極的認知

7、三、磁鐵磁極的認知 磁鐵上磁性最強的部分叫磁極。一個磁體無論 如何小都有兩個磁極，一個磁極叫北極（N）， 一個磁極叫南極（S）。磁極具有指向南北極 的性質。把小磁針自由懸掛，通常把指向南極 的磁極叫南極，用S表示；指向北極的磁極叫 北極，用N表示。同性磁極互相排斥，異性磁 極互相吸引，磁極之間的這種相互作用力叫磁 力；任何磁鐵都具有兩個磁極，無論把磁鐵怎 么小的分割總保持有兩個異性磁極，也就是說， N極和S極總是成對出現的。 磁鐵磁極的判斷磁鐵磁極的判斷 地球是一個大磁體，其N極在地理南極附近，S 極在地理北極附近。利用地地磁場的極性可以 判斷一個未知磁鐵的N、S極，把磁鐵用細線懸 掛起來，指

8、南的一端為南極（S極），另一端 為北極（N極）。也可以用一個已知磁極的磁 鐵去靠近磁鐵的一端，若相互排斥則它們的磁 極相同，否則相反。 四、電磁感應四、電磁感應 由導體切割磁力線或在閉合線圈中磁通量發生 變化而產生電動勢的現象，稱為電磁感應。 由電磁感應產生的電動勢稱為感應電動勢，由 感應電動勢產生的電流稱為感應電流或感生電 流。 產生電磁感應的條件是：一種情況是導體與磁 感線間發生相對切割運動，另一種情況是線圈 中的磁通量發生變化。 右手定則 感應電流的方向感應電流的方向 閉合電路中的部分導體做切割磁力線運動時產 生的感應電流的方向，可以用右手定則來判定： 伸開右手，使大拇指與其余四 指垂直

9、，并且在同一平面內， 讓磁感線垂直穿過手心，大拇 指指向導體切割磁感線的方向， 則其余四指所指的方向就是感 應電流的方向。 楞次定律 楞次定律：感應電流具有這樣的方向，它產生的磁場 總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。 應用楞次定律判定感應電流的方向的具體步驟是： （1）明確原磁場的方向，確定穿過閉合回路的磁通量 是增加還是減少。 （2）根據楞次定律確定感應電流的磁場方向，穿過閉 合回路的磁通量增加，則感應電流磁場的方向與原磁 場的方向相反；若穿過閉合回路的磁通量減少，則感 應電流磁場的方向與原磁場的方向相同。 （3）根據安培定則，由感應電流的磁場方向，確定感 應電流的方向。 電磁感應定律電磁

10、感應定律 電磁感應定律電磁感應定律 電路中感應電動勢的大小與穿過該電路的磁通 量的變化率成正比，這就是法拉第電磁感應定 律。 線圈有N匝，則可看做有N個單匝線圈串聯而成， 且每匝線圈內磁通量變化情況相同，所以N匝 線圈的感應電動勢大小是單匝時的N倍。 即： t Ke t Ne 導線切割磁感線時所產生的感應電動勢 的一般公式為： 導體運動速度與導體本身垂直，與磁感 線成角。 sinBlve 五、電感器五、電感器 用導線繞制而成的線圈就是一個電感器， 也稱電感元件，用文字符號L表示 ，電路 中符號如下： 電流通過電感線圈時產生磁場，磁場具 有能量，所以電感器與電容器一樣，也 是一種儲能元件。 電感

11、與電感與磁鏈 當電流I通過有N匝的線圈時，在每匝線圈中產 生磁通量 ，則該線圈的磁鏈為: 磁通量和磁鏈的單位都是韋伯（Wb），磁鏈 是導電線圈匝數與穿過該線圈各匝的平均磁通 量的乘積。 空心線圈的磁通量L和磁鏈與電流I成正比， 即 N I LLI L L 或 線圈的自感磁鏈 與電流I的比值稱為線圈的自感系數， 簡稱電感，用字母L表示。在國際單位制中，磁鏈 單位是韋伯（Wb），電流I單位是安培（A），則電感 L單位是亨利（H）簡稱亨。電感的單位還有毫亨（mH） 和微亨(H)。 電感的物理意義是：它在數值上等于單位電流通過線 圈時所產生的磁鏈，即表示線圈產生磁鏈（磁通）本 領的大小，線圈電感L越大

12、，通過相同電流時，產生的 磁鏈也越大。 電感L是線圈的固有特性，其大小只由線圈本身因素決 定，即與線圈匝數，幾何尺寸、有無鐵心及鐵心的導 磁性質等因素有關，而與線圈中有無電流或電流大小 無關。 電感的主要參數電感的主要參數 1、感抗：電感線圈對交流電流呈現出的一種特殊的阻礙作用。電 感器的感抗大小由電感量和頻率兩個因素確定，感抗的計算公式 2、標稱電流：又稱額定電流，是電感器的一個主要參數，指電感 器在正常工作時所允許通過的最大電流。使用中，電感器的實際 工作電流必須小于標稱電流，否則電感線圈將會嚴重發熱甚至燒 毀。 3、品質因數：是衡量線圈品質好壞的一個物理量，用字母“Q” 表示。值表示線圈

13、的品質，值越高，說明電感線圈的功率損 耗越小，效率越高。 4、分布電容：是線圈匝與匝之間、線圈與屏蔽罩之間、線圈與底 板間存在的電容稱為分布電容，它的存在使線圈的品質因數降低， 穩定性變差，所以分布電容越小越好。 fLX L 2 六、識別各種各樣的電感六、識別各種各樣的電感 鐵芯電感鐵芯電感空心電感空心電感可調電感可調電感 貼片電感貼片電感色環電感色環電感工字電感工字電感 電感器的標稱方法及參數：電感器的標稱方法及參數：常用電感器的標稱方法有三種： (1)直標法：即將電感量直接印在電感器上，如下圖。 (2)色標法：即用色環表示電感量，第一、二位表示有效數字，第 三位表示倍率，第四位為誤差。數字

14、與顏色的對應關系和色環電 阻標注法相同，單位為H。 如：四道環分別為棕、黑、金、金 表示1H、5%的電感。 (3)數碼法：標稱電感值采用三位數字表示，前兩位數字表示電感 值的有效數字，第三位數字表示0的個數，單位為H。 如：104表示10104H，即0.1H。 電感的測量及好壞判斷電感的測量及好壞判斷 常用的電感，其電感量是很小的，可用萬用表簡單判斷其好壞。 電感的問題可能有：斷路、短路、電感量減小（很少見的情況， 多是由于潮濕引起的）等，可以的用萬用表簡單判斷是否斷路或 短路，用R1檔，迅速測量其阻值，一般應有幾歐姆到幾十歐姆 阻值，可說明無斷路或短路的情況。但理想電感器的阻值很小 （接近于

15、0）的，若測出電阻為0，并不一定說明內部存在短路。 對于一些較大的電感，也可以用小燈泡、小電池和電感器串聯成 簡單的電路，用小磁針靠近電感器，小磁針應有所擺動，就說明 電感器是好的。 電感器的損壞可能表現為發燙或電感磁環明顯損壞。若電感線圈 不是嚴重損壞，而又無法確定時，可用電感表測量其電感量或用 替換法來判斷。 電感測量的兩類儀器：RLC測量儀（電阻、電感、電容三種都可 以測量）和電感測量儀。電感值的測量又分兩種情況：空載測量 （理論值）和在實際電路中的測量（實際值）。用RLC測量儀在 電感空載情況下的電感量的測量步驟如下： 1、熟悉儀器的操作規則（使用說明），及注意事項。 2、開啟電源，預

16、備1530分鐘。 3、選中L檔，選中測量電感量 4、把兩個夾子互夾并復位清零 5、把兩個夾子分別夾住電感的兩端，讀數值并記錄電感量 6、重復步驟4和步驟5，記錄測量值，測58個數據。 7、比較幾個測量值：若相差不大（0.2uH以下）則取其平均值， 記得電感的理論值；若相差過大（0.3 uH以上）則重復步驟2步 驟6，直到取到電感的理論值。 電力電感電力電感 在電力系統中所用的電感器又叫電抗器，它實質上是 一個無導磁材料的空心線圈。它可以根據需要，布置 為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統發 生短路時，會產生數值很大的短路電流。如果不加以 限制，要保持電氣設備的動態穩定和熱穩定是非常困

17、難的。因此，為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求， 常在出線斷路器處串聯電抗器，增大短路阻抗，限制 短路電流。由于采用了電抗器，在發生短路時，電抗 器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平 的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線 路上的用戶電氣設備運行的穩定性。 電抗器按用途分為七種： 限流電抗器。 并聯電抗器。 通信電抗器。 消弧電抗器。又稱消弧線圈。 濾波電抗器。 電爐電抗器。 起動電抗器。 七、自感現象七、自感現象 自感現象自感現象 這種由于流過線圈本身的電流發生變化，而引 起的電磁感應現象叫自感現象，簡稱自感。 自感電動勢的大小與線圈的電感及線圈中外電 流變化的快慢(變化率)

18、成正比。 自感對人們來說，既有利又有弊。 t i LeL 八、互感現象八、互感現象 互感現象，是指一個線圈中的電流變化而引起與它相 近的其它線圈產生感應電動勢的現象。 同名端，就是繞在同一鐵心上線圈，由于繞向一致而 產生感應電動勢的極性始終保持一致的端點叫線圈的 同名端，在電路圖中用“”或“*”表示。 互感電動勢的大小正比于穿過本線圈磁通的變化率， 或正比于另一線圈中電流的變化率。當兩個線圈互相 平行且第一個線圈磁通的變化全部影響到第二個線圈 時，互感電動勢最大；當兩個線圈互相垂直時，互感 電動勢最小。 和自感一樣，互感也有利有弊。 九、互感線圈的同名端的判九、互感線圈的同名端的判 定定 1、交流電壓法：如圖4.22所示將兩個線圈的任意兩端 聯在一起，其中的一個繞組的兩端加一個交流低電壓， 用交流電 壓表分 別測出端電壓U1、U2和 U3，若U3是兩個繞組的 電壓之差，即U3=U1-U2 則1、3為同名端，當然 2、4也為同名端。若U3 兩端電壓為兩繞組端電 壓之和。U3=U1+U2則 1、4為同名端，當然2、 3也為同名端。 2、