非電氣專(zhuān)業(yè)人員光伏、風(fēng)電培訓(xùn)課件二(電路基礎(chǔ)2)-最終版

2014.10.25金勛非電氣專(zhuān)業(yè)人員光伏、風(fēng)電發(fā)電培訓(xùn)課件（二）電路基礎(chǔ)2

聲明：本課件數(shù)據(jù)內(nèi)容95%來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)信息，不能做為科研、論文、工作的依據(jù)。僅供參考。九江分布式能源站/531總目錄第一章電工基礎(chǔ)

第一節(jié)電的基本概念第二節(jié)電路第三節(jié)直流電路第四節(jié)電與磁第五節(jié)單相交流電路第六節(jié)三相交流電路第七節(jié)正弦交流電路中的諧振第二章電子電路第三章光伏發(fā)電第四章風(fēng)力發(fā)電第五章配電裝置（巡視、異常、事故、維護(hù)）第六章廠(chǎng)用電系統(tǒng)（低壓五線(xiàn)制系統(tǒng)）/532第七章

電氣主接線(xiàn)的形式和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介第八章

直流系統(tǒng)及交流不間斷電源UPS電氣運(yùn)行行的特點(diǎn)和任務(wù)要求電氣主設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行維護(hù)第一電動(dòng)機(jī)第一節(jié)變壓器第二篇電氣設(shè)備倒閘操作第三篇電氣工作票第五章發(fā)電機(jī)同期并列裝置第六章其他設(shè)備

化學(xué)變頻器/533第五篇繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置第一章電動(dòng)機(jī)保護(hù)第二章廠(chǎng)用變壓器保護(hù)第三章

發(fā)變組保護(hù)第四章110kV母線(xiàn)保護(hù)第五章110kV線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)第六章自動(dòng)裝置第七章ECS和NCS系統(tǒng)第七篇電氣運(yùn)行、檢修規(guī)程解析/534第四節(jié)電與磁電和磁是相互聯(lián)系不可分割的兩個(gè)基本現(xiàn)象，幾乎所有電氣設(shè)備的工作原理都與電和磁有密切的關(guān)系。

根據(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率μr值的不同，自然界的物質(zhì)大致可分為兩大類(lèi)：

1、非磁性物質(zhì)

如空氣、塑料、銅、鋁、橡膠等。這些物質(zhì)的導(dǎo)磁能力很差，磁導(dǎo)率均與真空的磁導(dǎo)率非常接近。非磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率可認(rèn)為是常量。

如鐵、鎳、鈷、鋼及其合金等。這些物質(zhì)的導(dǎo)磁能力非常強(qiáng)，其磁導(dǎo)率一般為真空的幾百、幾千乃至幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)倍。

如鑄鐵，其相對(duì)磁導(dǎo)率μr≈200～400；鑄鋼的相對(duì)磁導(dǎo)率μr≈500～2200；硅鋼的μr≈7000~10000。顯然，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常量，而是一個(gè)范圍，即隨外部條件變化。2、鐵磁性物質(zhì)一、導(dǎo)磁材料及特性/535鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，這些分子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加起來(lái)，就形成了一個(gè)個(gè)天然的小磁性區(qū)域—磁疇。

不同鐵磁物質(zhì)內(nèi)部磁疇的數(shù)量不同。通常情況下，鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無(wú)章，其磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。

鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性。是因?yàn)樵谄鋬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)—磁疇。這些磁疇相當(dāng)于一個(gè)個(gè)小磁鐵。顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。

有外磁場(chǎng)作用時(shí)磁疇在外界磁場(chǎng)的作用下，均發(fā)生歸順性轉(zhuǎn)向，使得鐵磁材料內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。

3、

鐵磁物質(zhì)的磁性能/536磁路的主要部分是由高導(dǎo)磁材料構(gòu)成，使得磁通被限制在磁路內(nèi)部，這就像電流被限制在電路中一樣，可以用類(lèi)似于電路分析方法來(lái)建立磁路分析方法。

由于變壓器和電機(jī)的鐵心多是由高導(dǎo)磁材料構(gòu)成的，因此磁路方法可用作分析變壓器和電機(jī)的重要工具。簡(jiǎn)單磁路4、磁路名詞：磁場(chǎng)強(qiáng)度-H=NI/LL有效磁路長(zhǎng)度。

磁感應(yīng)強(qiáng)度-B＝μHμ-導(dǎo)磁率：導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率。/537磁滯回線(xiàn)中H為零時(shí)B并不為零的現(xiàn)象說(shuō)明鐵磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線(xiàn)oa段是線(xiàn)性段ab段是上升段bc段是磁化曲線(xiàn)的膝部C點(diǎn)以后是飽和段

起始磁化曲線(xiàn)的ab段反映了鐵磁材料的高導(dǎo)磁性；c點(diǎn)以后說(shuō)明鐵磁材料具有磁飽和性，i大---。磁滯回線(xiàn)中B的變化總是落后于H的變化說(shuō)明鐵磁材料具有磁滯性。鐵磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線(xiàn)稱(chēng)為磁滯回線(xiàn)。5、鐵磁材料的磁飽和性、磁滯性和剩磁性Iuφ電路部分磁路部分B＝μH/538對(duì)于同一種鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)Hm進(jìn)行反復(fù)磁化，可測(cè)出一系列大小不同的磁滯回線(xiàn)。

如圖所示。再將所有磁滯回線(xiàn)在第一象限的頂點(diǎn)連接起來(lái)，所形成的曲線(xiàn)稱(chēng)為基本磁化曲線(xiàn)或平均磁化曲線(xiàn)。鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化的過(guò)程中要消耗一定的能量，這種功率損耗稱(chēng)為磁滯損耗。

6、磁滯特性及其損耗對(duì)于同一種鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)Hm進(jìn)行反復(fù)磁化，可測(cè)出一系列大小不同的磁滯回線(xiàn)。

鐵磁材料的磁滯損耗與磁滯回線(xiàn)的面積、電源頻率f，以及鐵心體積V成正比。

由此，為了降低磁滯損耗應(yīng)選用磁滯回線(xiàn)面積小的鐵磁材料，并盡量減少鐵心的體積。比如：硅鋼片的磁滯回線(xiàn)面積小，且因磁導(dǎo)率高可減小鐵心體積，常被選用作為電機(jī)和變壓器的鐵心材料。/539對(duì)于硅鋼片一類(lèi)具有導(dǎo)電性的鐵磁材料還有一個(gè)重要特性，即在交變磁場(chǎng)的作用下，鐵心中會(huì)出現(xiàn)渦流，并由此產(chǎn)生渦流損耗。

7、渦流特性及其損耗如圖所示，由于鐵心是導(dǎo)電的，在交變磁通的作用下，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)作用在導(dǎo)體上，就引起電流。這些電流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通形成旋渦狀流動(dòng)，故稱(chēng)為渦流。渦流在鐵心中要產(chǎn)生一定的能量損耗，稱(chēng)為渦流損耗。

渦流損耗與磁場(chǎng)頻率f、磁通密度Bm和硅鋼片的厚度成正比；與鐵心的電阻率成反比。

因此，為了降低渦流損耗，電機(jī)和變壓器的鐵心通常采用含硅量較高的薄硅鋼片（厚度為0.35~0.5mm）疊成。Φ1Φ2δ/5310硅鋼片渦流平面動(dòng)畫(huà)演示δδ/5311軟磁材料具有磁導(dǎo)率很高、易磁化、易去磁的顯著特點(diǎn)，適用于制作各種電機(jī)、電器的鐵心。軟磁材料：8、鐵磁材料的分類(lèi)和用途

鐵磁材料根據(jù)工程上用途的不同可以分為三大類(lèi)：硬磁材料的磁導(dǎo)率不太高、但一經(jīng)磁化能保留很大剩磁且不易去磁，適用于制作各種永久磁體。硬磁材料：矩磁材料磁導(dǎo)率極高、磁化過(guò)程中只有正、負(fù)兩個(gè)飽和點(diǎn)，適用于制作各類(lèi)存儲(chǔ)器中記憶元件的磁芯。矩磁材料：BH0軟磁性材料磁滯回線(xiàn)包圍的面積很小。BH0硬磁性材料磁滯回線(xiàn)包圍的面積很寬大。BH0/5312二、磁體和磁極人們把具有吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)稱(chēng)為磁性。

具有磁性的物體叫磁體。使原來(lái)不帶有磁性的物體具有磁性的過(guò)程，叫磁化

。天然存在的磁鐵（磁鐵礦）叫天然磁鐵。

經(jīng)過(guò)一定工藝磁化過(guò)的磁鐵，叫人造磁鐵。

在電氣設(shè)備上使用的絕大部分為人造磁鐵。NS/5313實(shí)例為什么指南針能指示南北呢？地球周?chē)嬖诖艌?chǎng)，叫做地磁場(chǎng)。交流討論地球是個(gè)巨大的磁體地球的地理兩極與地磁場(chǎng)的兩極并不重合，

磁針并非準(zhǔn)確地指南或指北，有個(gè)夾角，叫地磁偏角，簡(jiǎn)稱(chēng)磁偏角。/5314生活中的磁鐵冰箱門(mén)四周的密封條磁性文具盒指南針電磁起重機(jī)司南門(mén)吸/5315磁化與消磁電飯鍋跳閘的原理電飯鍋的中間有個(gè)磁鋼，磁鋼中的永磁鐵有這個(gè)特新在高溫的條件下會(huì)失去磁性。失去磁性的磁鐵，在重力的作用下就會(huì)掉下來(lái)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，也就是跳閘了，而這個(gè)高溫也就飯熟了的溫度。

磁不但能通過(guò)永久磁鐵產(chǎn)生，而且還可以通過(guò)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生。

只要有電流存在就有磁的存在，

電的磁效應(yīng)和熱效應(yīng)一樣，是在產(chǎn)生電流的同時(shí)隨之產(chǎn)生的。

磁鐵兩端磁性最強(qiáng)的區(qū)域我們稱(chēng)磁極。磁極分北極（N）和南極（S）。

磁極具有同性相拆，異性相吸的特性。

磁極間相互作用力我們稱(chēng)之為磁力。N極和S極總是相對(duì)存在的。/5317實(shí)驗(yàn)證明，如果把一條磁鐵分成幾段，折斷處會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)相異的磁性。繼續(xù)下去，會(huì)具有同樣現(xiàn)象，我們永遠(yuǎn)找不到一個(gè)單獨(dú)存在的磁極，也就是說(shuō)N極和S極總是相對(duì)存在的。二、磁場(chǎng)與磁力線(xiàn)磁場(chǎng)

磁體周?chē)嬖诖帕ψ饔玫目臻g稱(chēng)為磁場(chǎng)。

互相不接觸的磁體之間具有的相互作用力，就是通過(guò)磁場(chǎng)這一特殊物質(zhì)進(jìn)行傳遞的。（磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，都是一種特殊物質(zhì)，之所以被稱(chēng)為特殊物質(zhì)，是因?yàn)樗麄儾皇怯煞肿雍驮铀M成。）磁力線(xiàn)為了形象地描述磁場(chǎng)，人們抽象的引出磁力線(xiàn)這一概念。

規(guī)定，外磁場(chǎng)磁力線(xiàn)由N極指向S極，在磁場(chǎng)內(nèi)部是由S極指向N極，我們通常以磁力線(xiàn)方向表示磁場(chǎng)方向。/53181.磁力線(xiàn)是空間分布的2.磁力線(xiàn)是假想的曲線(xiàn)，不真實(shí)存在3.任意兩條磁力線(xiàn)不相交4.磁力線(xiàn)是閉合曲線(xiàn)，外部從N極指向S極內(nèi)部從S指向N(與電場(chǎng)線(xiàn)不同）磁力線(xiàn)的特點(diǎn)我們用磁力線(xiàn)根數(shù)的多少和疏密度來(lái)描繪磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。

圖中a、b磁場(chǎng)面積相同，圖b的磁力線(xiàn)根數(shù)多于圖a，而且圖b磁力線(xiàn)的密度也大于a，可以認(rèn)為圖b磁場(chǎng)強(qiáng)于a。三、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度前面講到磁場(chǎng)強(qiáng)度可以用磁力線(xiàn)的多少和疏密程度來(lái)描述，但它只能定性分析、相對(duì)比較，具體數(shù)量無(wú)法確定。為此引入了磁通這一物理量來(lái)定量描述磁場(chǎng)在一定面積上的分布情況。

NS圖aNS圖b/53-3-220磁通通過(guò)與磁場(chǎng)方向垂直的某一面積上的磁力線(xiàn)的總數(shù)，叫做通過(guò)該面積的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通，用字母Φ表示。它的單位是韋伯（Wb），簡(jiǎn)稱(chēng)韋。工程上常用比韋小的單位是麥（麥克斯韋），用Mx表示。

1韋（Wb）=108麥（Mx）S

當(dāng)面積一定時(shí)，通過(guò)該面積的磁通越多，磁場(chǎng)就越強(qiáng)。這一點(diǎn)在工程上有極其重要的意義。

如：變壓器、電磁鐵提高效率的重要因數(shù)之一就是減小漏磁通，也就是希望全部磁力線(xiàn)盡可能多的通過(guò)鐵芯的截面積，以減少漏磁損耗，提高效率。所以變壓器、電磁鐵的鐵芯都用高導(dǎo)磁材料制成，以降低磁阻，增加磁通量。

/5321磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱(chēng)磁通密度，是研究磁場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向的一物理量，用字母B表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度的具體內(nèi)容：垂直通過(guò)單位面積的磁力線(xiàn)數(shù)目（磁通）叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)磁感應(yīng)。在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度要表示為1m2式中：B：磁感應(yīng)強(qiáng)度（韋/米2）

Φ：磁通（韋）

S：面積（米2）

上式表明，通過(guò)單位面積的磁通數(shù)越多，磁力線(xiàn)越密，磁場(chǎng)也越強(qiáng)。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位常用的有：韋/米2（T）稱(chēng)做特斯拉，簡(jiǎn)稱(chēng)特。和麥/厘米2叫做高斯（Gs），簡(jiǎn)稱(chēng)高。它們間關(guān)系：

1特（T）=104高斯（Gs）

/5322磁感應(yīng)強(qiáng)度不但表示了磁場(chǎng)中某點(diǎn)的強(qiáng)弱，而且還能表示出該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，可以說(shuō)它是一個(gè)矢量。若磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向相同，我們稱(chēng)之為均勻磁場(chǎng)，在均勻磁場(chǎng)中，磁力線(xiàn)是等距離平行直線(xiàn)。

NS均勻磁場(chǎng)四、電流的磁場(chǎng)

磁場(chǎng)可通過(guò)兩種方式獲得：

一為永久磁鐵（石）；

二是通電導(dǎo)體，即，電流流過(guò)導(dǎo)體能產(chǎn)生磁場(chǎng)。

這就是我們常說(shuō)的電的磁效應(yīng)。只要導(dǎo)體中有電流通過(guò)，導(dǎo)體周?chē)捅厝划a(chǎn)生磁場(chǎng)。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的判定—安培定則（右手螺旋定則），這里我們分兩種結(jié)構(gòu)的通電導(dǎo)體來(lái)分析磁場(chǎng)方向。一個(gè)是直線(xiàn)導(dǎo)體，另一個(gè)是線(xiàn)圈。/53231、直線(xiàn)電流的磁場(chǎng)

可以根據(jù)電流方向判斷磁場(chǎng)（磁力線(xiàn)）方向。用右手握住通電直導(dǎo)線(xiàn)，讓母指指向電流方向，則彎曲的四指所指的就為磁場(chǎng)（磁力線(xiàn)）方向。

/5324電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象被廣泛應(yīng)用在電工、電子設(shè)備中，如接觸器、電動(dòng)機(jī)、變壓器等。2、環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)同樣也可以根據(jù)電流方向判斷磁場(chǎng)（磁力線(xiàn)）方向。右手握住螺線(xiàn)管，彎曲四指指向線(xiàn)圈電流方向，則母指方向就是磁場(chǎng)（磁力線(xiàn)）方向。/5325五、磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用力我們知道把兩塊磁體放在一起會(huì)有作用力，即同性相拆、異性相吸，相拆、相吸都是作用力的結(jié)果。

前面講到載流導(dǎo)體的周?chē)嬖诖艌?chǎng)，若將載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，也會(huì)受到力的作用。１、磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)體的作用將一根直導(dǎo)體懸掛在磁場(chǎng)中，并使導(dǎo)體垂直于磁力線(xiàn)，未通電導(dǎo)體不會(huì)運(yùn)動(dòng)，如接通電源，導(dǎo)體中有電流通過(guò)，導(dǎo)體就會(huì)運(yùn)動(dòng)。若改變電流方向?qū)w便向反方向運(yùn)動(dòng)。我們把載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受的作用力，稱(chēng)作電磁作用力，或電磁力，用字母Ｆ表示。

電磁力的大小與導(dǎo)體中通過(guò)的電流成正比，與均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度成正比，即：Ｆm＝ＢＩＬ

/5326/5327/5328Ｆm＝ＢＩＬ

式中：Ｆ：導(dǎo)體受到的電磁力（牛）Ｂ：均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（特）Ｉ：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度（安）

Ｌ：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度（米）上面公式是當(dāng)導(dǎo)體垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向時(shí)的電磁力情況，此時(shí)，導(dǎo)體受到的電磁力最大，

而平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，不受力的作用。當(dāng)導(dǎo)體既不垂直，也不平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，若導(dǎo)體與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成α角時(shí)，則可將導(dǎo)體分解成與磁感應(yīng)方向垂直的分量Ｌ┻，作為α角是時(shí)導(dǎo)體有效長(zhǎng)度。請(qǐng)看下面演示。平面動(dòng)畫(huà)演示BIlαF=BIlsinα單位：牛頓（N）α=90°，F(xiàn)最大α=0°，F(xiàn)為0電磁力的大小ＩαＬ┻ＬＢ：均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（特）Ｉ：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度（安）Ｌ：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度（米）式中：/5329電磁力的方向—左手定則判斷平展左手手掌，拇指與四指垂直并在一個(gè)平面上，讓磁力線(xiàn)穿過(guò)手心（手心對(duì)Ｎ極），四指指向電流方向，則拇指所指的方向就是導(dǎo)體受力方向。舉例：試標(biāo)出導(dǎo)體受力方向或電流方向。NSINFINNSFNSFSNNSF×/53302、磁場(chǎng)對(duì)通電線(xiàn)圈的作用研究磁場(chǎng)對(duì)通電線(xiàn)圈的作用更有其實(shí)際意義，因?yàn)槌Ｓ玫拇烹娛絻x表都是根據(jù)這一原理制成。ＮＳabcdF1F2１）通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)在均勻磁場(chǎng)中放置一通電矩形線(xiàn)圈abcd，當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁力線(xiàn)平行時(shí)，ad和bc邊與磁力線(xiàn)平行不受磁場(chǎng)的作用力。但ab和cd邊因與磁力線(xiàn)垂直將受到磁力的作用，即F1和F2，而且F1=F2=BIL，受到作用力的兩個(gè)邊叫有效邊。兩有效邊所受到的作用力不僅大小相等（兩有效邊電流相等，長(zhǎng)度相同，同處一均勻磁場(chǎng)），而且根據(jù)左手定則可知，受力方向相反（電流方向相反），因而構(gòu)成一對(duì)偶力，將線(xiàn)圈繞軸作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。/53312）通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)矩設(shè)ab=cd=L1，ad=bc=L2，ab邊和cd邊所受的作用力分別為F1和F2。

根據(jù)物理學(xué)中，力偶矩（轉(zhuǎn)矩）M等于其中任一個(gè)力與力偶臂的乘積，

因而，此時(shí)的轉(zhuǎn)矩為：M=F1L2

因?yàn)镕1=BIL1，所以M=BIL1L2，又因?yàn)長(zhǎng)1L2=S（線(xiàn)圈的面積），

所以，M=BIS式中：B：均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（特）I：線(xiàn)圈中的電流（安）S：線(xiàn)圈的面積（米2）ＮＳabcdF1F2/5332線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)矩M的作用下旋轉(zhuǎn)，有效邊不可能始終與磁力線(xiàn)保持90o，當(dāng)線(xiàn)圈平面的法線(xiàn)與磁力線(xiàn)的夾角為α?xí)r，則線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)矩為：

M=BISsinα

以上所述為單匝線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，實(shí)際磁電式儀表的動(dòng)圈為多匝，對(duì)于有N匝的動(dòng)圈，所受到的轉(zhuǎn)矩為單匝的N倍，即：

M=NBISsinααF1F2SNＮＳＦ1Ｆ290oＮＳＦ1Ｆ20o上述得知，當(dāng)線(xiàn)圈與磁力線(xiàn)平行時(shí)，α=90o，sin90o=1，此時(shí)的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大M=NBI，

當(dāng)線(xiàn)圈垂直于磁力線(xiàn)時(shí)，α=0o，sin0o=0，這時(shí)的轉(zhuǎn)矩M=0。/5333六、電磁感應(yīng)英國(guó)科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)：當(dāng)導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或線(xiàn)圈中的磁通發(fā)生變化時(shí)，都有感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，

若導(dǎo)體或線(xiàn)圈是閉合回路的一部分，則導(dǎo)體或線(xiàn)圈將產(chǎn)生感生電流，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，俗稱(chēng)動(dòng)磁生電。

發(fā)電機(jī)和變壓器等都是根據(jù)這一原理制成的。

1、右手定則（發(fā)電機(jī)定則）直導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則來(lái)判斷。根據(jù)磁力線(xiàn)方向及導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向可確定感生電動(dòng)勢(shì)方向。具休做法：展開(kāi)右手掌，四指與拇指成90o并平行，手心對(duì)磁力線(xiàn)方向（即N極），拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則四指所指的為感生電動(dòng)勢(shì)方向。電能生磁，磁也能生電，這是自然界的規(guī)律。/5334磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)體的電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示SABN直導(dǎo)體G導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)，導(dǎo)體中有電動(dòng)勢(shì)E產(chǎn)生。EN/5335右手定則——判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向NS運(yùn)動(dòng)方向磁力線(xiàn)方向感生電動(dòng)勢(shì)方向NS運(yùn)動(dòng)方向磁力線(xiàn)方向感應(yīng)電勢(shì)方向/5336實(shí)驗(yàn)：線(xiàn)圈中NSN極

向下插入拔出感應(yīng)電流方向（俯視）逆時(shí)針順時(shí)針穿過(guò)回路磁通量的變化增大減小原磁場(chǎng)

方向向下向下感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向向上向下NS_+_+2、楞次定律/53371、導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)，產(chǎn)生感生電流-右手。2、感生電流產(chǎn)生磁場(chǎng)-右手。磁力線(xiàn)方向楞次定律NS線(xiàn)圈GE線(xiàn)圈中的磁通發(fā)生變化，線(xiàn)圈中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通和原磁通的方向相反。楞次定律/5338判斷感生電動(dòng)勢(shì)或感生電流方向的方法。NSG1.確定原磁通的方向；3.根據(jù)楞次定律確定感生磁通的方向：原磁通增加，方向相反；原磁通減少，方向相同。4.根據(jù)安培定則判斷線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向。E－＋E－＋2.確定原磁通的變化趨勢(shì)；/5339注意：觀察電流方向。楞次定律（磁通變化）第一，導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流的條件是：導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或線(xiàn)圈中的磁通發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體或線(xiàn)圈就會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，若導(dǎo)體和線(xiàn)圈是閉合的，就會(huì)產(chǎn)生感生電流。第二、感生電流的磁場(chǎng)總是阻止原磁場(chǎng)的變化，也就是說(shuō)，線(xiàn)圈中的磁通要增加時(shí)，感生電流就要產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)去阻止它增加；當(dāng)線(xiàn)圈中的磁通要減少時(shí)，感生電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將阻止它減少。楞次定律為我們提供了一個(gè)判斷感生電動(dòng)勢(shì)或感生電流方向的法則。具體步驟：（1）首先判定原磁通方向及其變化趨勢(shì)（是增加還是減少）。（2）根據(jù)感生電流的磁場(chǎng)方向永遠(yuǎn)和原磁通變化方向相反的原則確定感生電流磁場(chǎng)方向。（3）利用右手螺旋法則，判斷感生電流方向。/53403、法拉第電磁感應(yīng)定律

楞次定律說(shuō)明感生電動(dòng)勢(shì)的方向，沒(méi)有回答感生電動(dòng)勢(shì)的大小。法拉第電磁感應(yīng)定律是對(duì)此的一個(gè)補(bǔ)充。不難發(fā)現(xiàn)，檢流器指針偏轉(zhuǎn)角度的大小與磁鐵插入或拔出線(xiàn)圈的速度有關(guān)，當(dāng)速度快時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)大，反之則小。磁鐵插入、拔出的快與慢正是反映了線(xiàn)圈磁通變化的快慢。即：線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)同一回路的磁通變化率（即變化快慢）成正比。

/5341

右手定則只能判斷感生電動(dòng)勢(shì)的方向，不能確定感生電動(dòng)勢(shì)的大小。e＝Blvsinα4、直導(dǎo)線(xiàn)切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁感應(yīng)強(qiáng)度，特斯拉（T）導(dǎo)體有效長(zhǎng)度，米（m）導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度，米/秒（m/s）導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁力線(xiàn)的夾角。SNBαυυ/5342例：導(dǎo)體長(zhǎng)0.5m，按圖示方向運(yùn)動(dòng)，速度為100cm/s，磁感應(yīng)強(qiáng)度0.6T，確定感生電動(dòng)勢(shì)的大小。NS運(yùn)動(dòng)方向解：感生電動(dòng)勢(shì)：e=Blv=0.6×1×0.5=0.3V由于導(dǎo)體垂直于磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其夾角為90o，sin90o=1，此時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)最大，即em=Bvl。/53435、自感：

試驗(yàn)-電流變化I增大感應(yīng)電流E感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)/5344楞次定律說(shuō)，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)阻礙原磁通反方向磁通，如下圖灰線(xiàn)。

變化的灰線(xiàn)磁通產(chǎn)生感應(yīng)電流，方向用右手定則，如下圖。

線(xiàn)圈本身電流發(fā)生變化引起磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，可利用楞次定律分析。通過(guò)線(xiàn)圈本身電流發(fā)生變化而引起的電磁感應(yīng)，稱(chēng)自感。

由自感產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)，叫自感電動(dòng)勢(shì)，用eL表示。線(xiàn)圈中每通過(guò)單位電流所產(chǎn)生的自感磁通數(shù)，叫自感系數(shù)，也稱(chēng)為電感，用L表示，即式中：

Φ：通過(guò)線(xiàn)圈的電流i所產(chǎn)生的自感磁通（韋）

i：通過(guò)線(xiàn)圈的電流（A）

L：電感（亨）電感是衡量線(xiàn)圈產(chǎn)生自感磁通本領(lǐng)大小的物理量（電感只存在于線(xiàn)圈）。

電感線(xiàn)圈的電氣符號(hào)：空心：有鐵芯：/5345如果一個(gè)線(xiàn)圈中通過(guò)1A電流，能產(chǎn)生1韋伯的自感磁通，那么該線(xiàn)圈的電感就為1亨利，簡(jiǎn)稱(chēng)亨（H）。電感的單位：

1亨（H）=103毫亨（mH）

1毫亨（mH）=103微亨（μH）

電感L的大小不但與線(xiàn)圈匝數(shù)、幾何形狀有關(guān)，而且與線(xiàn)圈中媒介質(zhì)的導(dǎo)磁率有密切關(guān)系（鐵芯）。

對(duì)有鐵芯的線(xiàn)圈而言，電感L不是一個(gè)常數(shù)，對(duì)空心線(xiàn)圈，當(dāng)其結(jié)構(gòu)一定時(shí)，電感L為常數(shù)，我們把電感L為常數(shù)的線(xiàn)圈稱(chēng)為線(xiàn)性電感。線(xiàn)性電感自感電動(dòng)勢(shì)為：式中：

為電流變化率，負(fù)號(hào)表示自感電動(dòng)勢(shì)的方向和外電流變化方向相反。/5346以上討論得出結(jié)論：

（1）自感電動(dòng)勢(shì)eL是由通過(guò)線(xiàn)圈本身電流的變化而產(chǎn)生的。

（2）對(duì)于線(xiàn)性電感，自感電動(dòng)勢(shì)的大?。ń^對(duì)值）等于電感和電流變化率的乘積，電流變化幅值越大，自感電動(dòng)勢(shì)就越大。

（3）自感電動(dòng)勢(shì)的方向，線(xiàn)圈中外電流增大時(shí)，感生電流的方向與外電流方向相反；當(dāng)外電流減少時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)感生電流的方向與外電流方向一致。

自感電動(dòng)勢(shì)始終在阻止外電流的變化。自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)我們實(shí)際工作有利有弊：如，工礦企業(yè)用的直流電動(dòng)機(jī)，其定子繞組接電源時(shí)必須串聯(lián)一個(gè)電感線(xiàn)圈（即扼流圈），用它來(lái)保證直流電流的連續(xù)和平滑。但在含有較大電感量元件的線(xiàn)路上斷電，會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生大電弧，給操作人員帶來(lái)不安全因數(shù)，具體防范我們?cè)诤髱渍掠懻摗?5347又如，我們?nèi)粘９ぷ魃钪惺褂玫臒桑ㄈ眨┕鉄?，?zhèn)流器就是一個(gè)帶鐵芯的電感線(xiàn)圈，它在熒光燈的啟輝階段，靠電流的突變產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)來(lái)?yè)舸艄堋９ぷ麟A段它又起限流作用。6、互感：兩個(gè)線(xiàn)圈之間的電磁感應(yīng)，叫做互感，由互感產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做互感電動(dòng)勢(shì)。/5348平面動(dòng)畫(huà)演示I

增大IE磁耦合線(xiàn)圈互感/5349在實(shí)際工作中廣泛使用的各種變壓器就是根據(jù)互感的原理制成，它不但能傳遞電能，還具有良好的隔離作用，因?yàn)樗鼉删€(xiàn)圈間無(wú)直接電聯(lián)系，只有電磁感應(yīng)—互感?；ジ须妱?dòng)勢(shì)的大小正比于穿過(guò)本線(xiàn)圈磁通的變化率，俗稱(chēng)“動(dòng)磁生電