電力系統(tǒng)中廣泛采用的是電磁式電流互感器(以下簡(jiǎn)稱電流互感器),它的工作原理和變壓器相似。電流互感器的原理(電磁感應(yīng)的本質(zhì)可以追塑到麥克斯韋電磁場(chǎng)理論:變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng),當(dāng)導(dǎo)體處在此電場(chǎng)中時(shí),導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力作用下作定向移動(dòng)而產(chǎn)生電流即感應(yīng)電流;如果不是閉合回路,則導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使斷開處兩端積累正、負(fù)電荷而產(chǎn)生電勢(shì)差----感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。)接線,如左圖所示。 電流互感器的特點(diǎn)是: (1)一次線圈串聯(lián)在電路中,并且匝數(shù)很少,因此,一次線圈中的電流完全取決于被測(cè)電路的負(fù)荷電流.而與二次電流無關(guān);(2)電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小,所以正常情況下,電流互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。
電流互感器一、二次額定電流之比,稱為電流互感器的額定互感比:kn=I1n/I2n
因?yàn)橐淮尉€圈額定電流I1n己標(biāo)準(zhǔn)化,二次線圈額定電流I2n統(tǒng)一為5(1或0.5)安,所以電流互感器額定互感比亦已標(biāo)準(zhǔn)化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比,即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2為一、二線圈的匝數(shù)。
簡(jiǎn)單解釋,因在測(cè)量較大的電流時(shí),不便直接串聯(lián)測(cè)量,(小電流30A---50A以下可直接串入電流表)所以采用電流互感器。通過互感器把強(qiáng)大電流按一定比例轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀诇y(cè)量的小電流供電表測(cè)量。
電磁感應(yīng)
electromagnetic induction
定義
閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。
這是初中物理課本為便于學(xué)生理解所定義的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,不能**概括電磁感現(xiàn)象:閉合線圈面積不變,改變磁場(chǎng)強(qiáng)度,磁通量也會(huì)改變,也會(huì)發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所以準(zhǔn)確的定義如下:
因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。
發(fā)現(xiàn)者
1820年H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后,許多物理學(xué)家便試圖尋找它的逆效應(yīng),提出了磁能否產(chǎn)生電,磁能否對(duì)電作用的問題,1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在測(cè)量地磁強(qiáng)度時(shí),偶然發(fā)現(xiàn)金屬對(duì)附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年,阿喇戈根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象做了銅盤實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的銅盤會(huì)帶動(dòng)上方自由懸掛的磁針旋轉(zhuǎn),但磁針的旋轉(zhuǎn)與銅盤不同步,稍滯后。電磁阻尼[1]和電磁驅(qū)動(dòng)是*早發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,但由于沒有直接表現(xiàn)為感應(yīng)電流,當(dāng)時(shí)未能予以說明。
1831年8月,M.法拉第在軟鐵環(huán)兩側(cè)分別繞兩個(gè)線圈,其一為閉合回路,在導(dǎo)線下端附**行放置一磁針,另一與電池組相連,接開關(guān),形成有電源的閉合回路。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),合上開關(guān),磁針偏轉(zhuǎn);切斷開關(guān),磁針反向偏轉(zhuǎn),這表明在無電池組的線圈中出現(xiàn)了感應(yīng)電流。法拉第立即意識(shí)到,這是一種非恒定的暫態(tài)效應(yīng)。緊接著他做了幾十個(gè)實(shí)驗(yàn),把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為5 類 :變化的電流 ,變化的磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)的恒定電流,運(yùn)動(dòng)的磁鐵,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體,并把這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)。進(jìn)而,法拉第發(fā)現(xiàn),在相同條件下不同金屬導(dǎo)體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成正比,他由此認(rèn)識(shí)到,感應(yīng)電流是由與導(dǎo)體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的,即使沒有回路沒有感應(yīng)電流,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)依然存在。
后來,給出了確定感應(yīng)電流方向的楞次定律以及描述電磁感應(yīng)定量規(guī)律的法拉第電磁感應(yīng)定律。并按產(chǎn)生原因的不同,把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)兩種,前者起源于洛倫茲力,后者起源于變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的有旋電場(chǎng)。
法拉**個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn).如圖
在一個(gè)空心紙筒上繞上一組和電流計(jì)聯(lián)接的導(dǎo)體線圈,當(dāng)磁棒**線圈的過程中,電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),而在磁棒從線圈內(nèi)抽出的過程中,電流計(jì)的指針則發(fā)生反方向的偏轉(zhuǎn),磁棒**或抽出線圈的速度越快,電流計(jì)偏轉(zhuǎn)的角度越大.但是當(dāng)磁棒不動(dòng)時(shí),電流計(jì)的指針不會(huì)偏轉(zhuǎn).
對(duì)于線圈來說,運(yùn)動(dòng)的磁棒意味著它周圍的磁場(chǎng)發(fā)生了變化,從而使線圈感生出電流.法拉第終于實(shí)現(xiàn)了他多年的夢(mèng)想——用磁的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電!奧斯特和法拉第的發(fā)現(xiàn),深刻地揭示了一組極其美妙的物理對(duì)稱性:運(yùn)動(dòng)的電產(chǎn)生磁,運(yùn)動(dòng)的磁產(chǎn)生電。
不僅磁棒與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以使線圈出現(xiàn)感應(yīng)電流,一個(gè)線圈中的電流發(fā)生了變化,也可以使另一個(gè)線圈出現(xiàn)感應(yīng)電流.
例如圖中,我們將線圈1通過開關(guān)k與電源連接起來,在開關(guān)k合上或斷開的過程中,線圈2就會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流.如果將與線圈1連接的直流電源改成交變電源,即給線圈1提供交變電流,也引起線圈2出現(xiàn)感應(yīng)電流.這同樣是因?yàn)椋€圈1的電流變化導(dǎo)致線圈2周圍的磁場(chǎng)發(fā)生了變化.
簡(jiǎn)介
電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),乃是電磁學(xué)領(lǐng)域中*偉大的成就之一。它不僅揭示了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系,而且為電與磁之間的相互轉(zhuǎn)化奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),為人類獲取巨大而廉價(jià)的電能開辟了道路,在實(shí)用上有重大意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),標(biāo)志著一場(chǎng)重大的工業(yè)和技術(shù)**的到來。事實(shí)證明,電磁感應(yīng)在電工、電子技術(shù)、電氣化、自動(dòng)化方面的廣泛應(yīng)用對(duì)推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。
若閉合電路為一個(gè)n匝的線圈,則又可表示為:E=nΔΦ/Δt 式中n為線圈匝數(shù),ΔΦ為磁通量變化量,單位Wb,Δt為發(fā)生變化所用時(shí)間,單位為s. E 為產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),單位為V.
計(jì)算公式
1.[感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小計(jì)算公式]
1)E=nΔΦ/Δt(普適公式){法拉第電磁感應(yīng)定律,E:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V),n:感應(yīng)線圈匝數(shù),ΔΦ/Δt:磁通量的變化率}
2)E=BLVsinA(切割磁感線運(yùn)動(dòng))E=BLV中的v和L不可以和磁感線平行,但可以不和磁感線垂直,其中sinA為v或L與磁感線的夾角。 {L:有效長(zhǎng)度(m)}
3)Em=nBSω(交流發(fā)電機(jī)*大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)) {Em:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值}
4)E=B(L^2)ω/2(導(dǎo)體一端固定以ω旋轉(zhuǎn)切割){ω:角速度(rad/s),V:速度(m/s),(L^2)指的是L的平方}
2.磁通量Φ=BS {Φ:磁通量(Wb),B:勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(T),S:正對(duì)面積(m2)}計(jì)算公式△Φ=Φ1-Φ2 ,△Φ=B△S=BLV△t
3.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)極可利用感應(yīng)電流方向判定{電源內(nèi)部的電流方向:由負(fù)極流向正極}
*4.自感電動(dòng)勢(shì)E自=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt{L:自感系數(shù)(H)(線圈L有鐵芯比無鐵芯時(shí)要大),ΔI:變化電流,?t:所用時(shí)間,ΔI/Δt:自感電流變化率(變化的快慢)}
△特別注意 Φ, △Φ ,△Φ/△t無必然聯(lián)系,E與電阻無關(guān) E=n△Φ/△t 。 電動(dòng)勢(shì)的單位是伏V,磁通量的單位是韋伯Wb ,時(shí)間單位是秒s。
感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件
1.電路是閉合且通的
2.穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化
3.電路的一部分在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)(切割磁感線運(yùn)動(dòng)就是為了保證閉合電路的磁通量發(fā)生改變)
**(如果缺少一個(gè)條件,就不會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生).
電磁感應(yīng)現(xiàn)象中之所以強(qiáng)調(diào)閉合電路的“一部分導(dǎo)體”,是因?yàn)楫?dāng)整個(gè)閉合電路切割磁感線時(shí),左右兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向分別為逆時(shí)針和順時(shí)針,對(duì)于整個(gè)電路來講電流抵消了。
電磁感應(yīng)中的能量關(guān)系
電磁感應(yīng)是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程,例如可以將重力勢(shì)能,動(dòng)能等轉(zhuǎn)化為電能,熱能等
什么是電感/電感元件 電感元件的分類概述:凡是能產(chǎn)生電感作用的原件統(tǒng)稱為電感原件,常用的電感元件有固定電感器,阻流圈,電視機(jī)永行線性線圈,行,幀振蕩線圈,偏轉(zhuǎn)線圈,錄音機(jī)上的磁頭,延遲線等。
1固定電感器:一般采用帶引線的軟磁工字磁芯,電感可做在10-22000uh之間,Q值控制在40左右。
2阻流圈:他是具有一定電感得線圈,其用途是為了防止某些頻率的高頻電流通過,如整流電路的濾波阻流圈,電視上的行阻流圈等。
3行線性線圈:用于和偏轉(zhuǎn)線圈串聯(lián),調(diào)節(jié)行線性。由工字磁芯線圈和恒磁塊組成,一般彩電用直流電流1.5A電感116-194uh頻率:2.52MHZ
4行振蕩線圈:由骨架,線圈,調(diào)節(jié)桿,螺紋磁芯組成。一般電感為5mh調(diào)節(jié)量大于+-10mh.
電感線圈的品質(zhì)因數(shù)和固有電容(1)電感量及精度
線圈電感量的大小,主要決定于線圈的直徑、匝數(shù)及有無鐵芯等。電感線圈的用途不同,所需的電感量也不同。例如,在高頻電路中,線圈的電感量一般為0.1uH—100Ho
電感量的精度,即實(shí)際電感量與要求電感量間的誤差,對(duì)它的要求視用途而定。對(duì)振蕩線圈要求較高,為o.2-o.5%。對(duì)耦合線圈和高頻扼流圈要求較低,允許10—15%。對(duì)于某些要求電感量精度很高的場(chǎng)合,一般只能在繞制后用儀器|儀表測(cè)試,通過調(diào)節(jié)靠近邊沿的線匝間距離或線圈中的磁芯位置來實(shí)現(xiàn)o
(2)線圈的品質(zhì)因數(shù)
品質(zhì)因數(shù)Q用來表示線圈損耗的大小,高頻線圈通常為50—300。對(duì)調(diào)諧回路線圈的Q值要求較高,用高Q值的線圈與電容組成的諧振電路有更好的諧振特性;用低Q值線圈與電容組成的諧振電路,其諧振特性不明顯。對(duì)耦合線圈,要求可低一些,對(duì)高頻扼流圈和低頻扼流圈,則無要求。Q值的大小,影響回路的選擇性、效率、濾波特性以及頻率的穩(wěn)定性。一般均希望Q值大,但提高線圈的Q值并不是一件容易的事,因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)合、對(duì)線圈Q值提出適當(dāng)?shù)囊蟆?/div>
線圈的品質(zhì)因數(shù)為:
Q=ωL/R式中:
ω——工作角頻;
L——線圈的電感量;
R——線圈的總損耗電阻線圈的總損耗電阻,它是由直流電阻、高頻電阻(由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起)介質(zhì)損耗等所組成。"
為了提高線圈的品質(zhì)因數(shù)Q,可以采用鍍銀銅線,以減小高頻電阻;用多股的絕緣線代替具有同樣總裁面的單股線,以減少集膚效應(yīng);采用介質(zhì)損耗小的高頻瓷為骨架,以減小介質(zhì)損耗。采用磁芯雖增加了磁芯損耗,但可以大大減小線圈匝數(shù),從而減小導(dǎo)線直流電阻,對(duì)提高線圈Q值有利。
(3)固有電容
線圈繞組的匝與匝之間存在著分布電容,多層繞組層與層之間,也都存在著分布電容。這些分布電容可以等效成一個(gè)與線圈并聯(lián)的電容Co。