自感与互感在现代生产生活中的应用与防护论文

自感与互感在现代生产生活中的应用与防护内容摘要：自感和互感现象在生活中应用的非常广泛，其弊端也到处可见。因此，应在加强自感与互感在现实生活中应用的同时，也应该加强它在生活中的防护，将其弊端降到最低，实现应用和防护的最大化。关键词：自感互感应用防护一、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。当电流流过回路时，在回路内要产生磁通，此磁通称为自感磁通，用符号表示。当电流流过匝数为N的线圈时，线圈的每一匝都有自感磁通穿过，如果穿过线圈每一匝的磁通都一样，那么，这个线圈的自感磁链为当同一电流I通过不同的线圈时，所产生的自感磁链各不相同。为了表明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叫做线圈（或回路）的自感系数（或叫自感量），简称电感，用符号L表示，即L表示一个线圈通过单位电流所产生的磁链。根据法拉第电磁感应定律，可以写出自感电动势的表达式为将代入，得即二、互感现象与互感电动势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。（一）互感现象：如前所述，由变压器一次绕组电流i1产生的穿过二次绕组的那部分磁通，称为互感磁通，由它所产生的磁链，称为互感磁链。这种由于一个线圈流过电流所产生的磁通，穿过另一个线圈的现象，叫磁耦合。当i1随时间变化，磁链也随时间变化，并在二次绕组中产生感应电动势，这种现象叫互感现象。产生的感应电动势叫互感电动势。当二次绕组接负载后，二次绕组形成闭合回路，在互感电动势的作用下，在二次绕组回路中有电流i2过，它所产生的磁通，也会有一部分穿过一次绕组，产生互感磁链（）。当电流i2随时间变化时，也会在一次绕组中产生互感电动势。（二）互感系数：在两个有磁耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流比值，叫做这两个线圈的互感系数（或互感量），简称互感，用符号M示，即（3．10）由上式可知，两个线圈中，当其中一个线圈通有1A电流时，在另一线圈中产生的互感磁链数，就是这两个线圈之间的互感系数。互感系数的单位和自感系数一样，也是H。互感系数M取决于两个耦合线圈的几何尺寸、匝数、相对位置和磁介质。工程上常用耦合系数k示两个线圈磁耦合的紧密程度，耦合系数定义为（三）互感电动势：当线圈Ⅰ中的电流变化时，在线圈Ⅱ中产生变化的互感磁链，而的变化将在线圈Ⅱ中产生互感电动势。如果选择电流i1的参考方向以及与的参考方向都符合右手螺旋定则时，根据电磁感应定律，得（3．11）三、自感与互感在现代生产生活中的应用与防护（一）日光灯：1、日光灯的主要组成（如图）启动器灯管镇流器～220V（1）日光灯管.灯管内两端各有一个灯丝，内部充有微量的氩和稀薄气体.两灯丝间气体导电时发出紫外线，使管壁上的荧光粉发出可见光.启动时，要激发气体导电所需的电压比220V高得多.正常发光时灯管内只允许通过不大的电流，这时要求加在灯管上的电压低于电源电压.（2）镇流器是一个带铁芯的线圈，自感系数很大（3）启动器是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装有两个电极，一个是静触片，一个是由两个膨胀系数不同的金属制成的U形动触片.通常不接触，受热时，接触。2、启动器在电路中的作用当接通电键时，电源电压加在启动器的两电极之间，使启动器的氖管放电.放电使U形动触片受热膨胀与静触片接触，从而将电路自动接通，使灯丝和镇流器线圈中有电流流过。电路接通后，U形动触片遇冷收缩，要与静触片分离，自动切断电路.这以后启动器使命就已完成。3、镇流器在电路中作用启动阶段，当启动器的动触片与静触片接触时，镇流器的线圈中有了电流.当动触片与静触片分离时，电路突然中断，流过镇流器的电流急剧减少，线圈中会产生很大的自感电动势，电动势的方向与原电流方向相同.设这时B端为电源正极，A端为电源负极，则镇流器中产生的自感电动势D端相当于正极，C端相当于负极，如图所示，加在灯管两端EF上的电压相当于两同向串联电源的电压即UEF=E电源+E自感，使灯管点燃。SEFDCBA+--+日光灯点燃后，镇流器线圈中不断有变化的电流通过，因此同样产生自感电动势。对交流电来说它相当于一个电阻，与灯管组成串联电路，分担了一部分电压.因此说镇流器有分压限流作用。4、日光灯的启动日光灯启动可分为三个阶段：1.灯丝预热。2.灯管两端加高压点亮灯。3.正常发光。第一阶段：电键闭合后，启动器动触片与静触片接触，使灯丝和镇流器线圈中有电流流过，使灯丝预热。第二阶段：启动器的动触片与静触片分离时，使镇流器线圈中电流减小，产生很大的自感电动势，与电源电压相串联加在灯管两端点亮灯管。第三阶段：灯管点亮后，镇流器与灯管组成串联电路，镇流器起分压限流作用，使灯管正常发光。要点提示：1．日光灯工作时是靠紫外线激发荧光粉而发光，只有镇流器中有少量内能产生（电感的电阻很小），大部分电能都转化为光能。2．启动器并联在灯管两端而镇流器与灯管串联3．启动器在电路中起自动开关作用4．镇流器在日光灯的启动和工作过程中，都起着重要的作用，即启动时，产生瞬时高压，正常工作时起降压限流作用（二）变压器：变压器是电子电路，以及电力系统中常见的器件，变压器原理很简单顾名思义变压器的主要作用就是变压，也就是改变电压。变压器的原理是电磁感应技术,变压器有两个分别独立的共用一个铁芯的线圈。分别叫作变压器的次级线圈和初级线圈。电流的方向和大小随时间变化的,变压器初级通上交流电时,变压器的铁芯中产生了交变的磁场,（其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。）在次级就感应出频率相同的交流电压.变压器的初次级线圈的匝数比等于电压比。变压器只能改变交流电压,不能改变直流电压,因为直流电流是不会变化的,电流通过变压器不会产生交变的磁场，所以次级线圈只能在直接接通的一瞬间产生一个瞬间电流和电压。变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯。变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primarycoil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，吾人可以如是说，倘无变压器，则现代工业实无法达到目前发展的现况。电子变压器除了体积较小外，在电力变压器与电子变压器二者之间，并没有明确的分界线。一般提供60Hz电力网络之电源均非常庞大，它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容量。电子装置的电力限制，通常受限于整流、放大，与系统其它组件的能力，其中有些部份属放大电力者，但如与电力系统发电能力相比较，它仍然归属于小电力之范围。各种电子装备常用到变压器，理由是：提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提供低的阻抗;在不同的电位下，维持或修饰波形与频率响应。「阻抗」其中之一项重要概念，亦即电子学特性之一，其乃预设一种设备，即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时，其间即使用到一种设备-变压器。对于电子装置而言，重量和空间通常是一项努力追求之目标，至于效率、安全性与可靠性，更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显著百分比的重量和空间外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要项。因为上述与其它应用方面的差别，使得电力变压器并不适合应用于电子电路上。（三）谐振电路：在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流位相一般是不同的。如果我们调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们位相相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。在谐振状态下，电路的总阻抗达到极值或近似达到极值。研究谐振的目的就是要认识这种客观现象，并在科学和应用技术上充分利用谐振的特征，同时又要预防它所产生的危害。按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振两种。参考文献：《大学物理学·电磁学》第三版《物理电磁学》《电磁学》《普通物理·电磁学》《电磁学教程》第二版《电工基础入门》