電力系統中廣泛采用的是電磁式電流互感器(以下簡稱電流互感器),它的工作原理和變壓器相似。電流互感器的原理(電磁感應的本質可以追塑到麥克斯韋電磁場理論:變化的磁場在周圍空間產生電場,當導體處在此電場中時,導體中的自由電子在電場力作用下作定向移動而產生電流即感應電流;如果不是閉合回路,則導體中自由電子的定向移動使斷開處兩端積累正、負電荷而產生電勢差----感應電動勢。)接線,如左圖所示。 電流互感器的特點是: (1)一次線圈串聯在電路中,并且匝數很少,因此,一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負荷電流.而與二次電流無關;(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下運行。
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
因為一次線圈額定電流I1n己標準化,二次線圈額定電流I2n統一為5(1或0.5)安,所以電流互感器額定互感比亦已標準化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數比,即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2為一、二線圈的匝數。
簡單解釋,因在測量較大的電流時,不便直接串聯測量,(小電流30A---50A以下可直接串入電流表)所以采用電流互感器。通過互感器把強大電流按一定比例轉變為容易測量的小電流供電表測量。
電磁感應
electromagnetic induction
定義
閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動,導體中就會產生電流。這種現象叫電磁感應現象。產生的電流稱為感應電流。
這是初中物理課本為便于學生理解所定義的電磁感應現象,不能**概括電磁感現象:閉合線圈面積不變,改變磁場強度,磁通量也會改變,也會發生電磁感應現象。所以準確的定義如下:
因磁通量變化產生感應電動勢的現象。
發現者
1820年H.C.奧斯特發現電流磁效應后,許多物理學家便試圖尋找它的逆效應,提出了磁能否產生電,磁能否對電作用的問題,1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在測量地磁強度時,偶然發現金屬對附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年,阿喇戈根據這個現象做了銅盤實驗,發現轉動的銅盤會帶動上方自由懸掛的磁針旋轉,但磁針的旋轉與銅盤不同步,稍滯后。電磁阻尼[1]和電磁驅動是*早發現的電磁感應現象,但由于沒有直接表現為感應電流,當時未能予以說明。
1831年8月,M.法拉第在軟鐵環兩側分別繞兩個線圈,其一為閉合回路,在導線下端附**行放置一磁針,另一與電池組相連,接開關,形成有電源的閉合回路。實驗發現,合上開關,磁針偏轉;切斷開關,磁針反向偏轉,這表明在無電池組的線圈中出現了感應電流。法拉第立即意識到,這是一種非恒定的暫態效應。緊接著他做了幾十個實驗,把產生感應電流的情形概括為5 類 :變化的電流 ,變化的磁場,運動的恒定電流,運動的磁鐵,在磁場中運動的導體,并把這些現象正式定名為電磁感應。進而,法拉第發現,在相同條件下不同金屬導體回路中產生的感應電流與導體的導電能力成正比,他由此認識到,感應電流是由與導體性質無關的感應電動勢產生的,即使沒有回路沒有感應電流,感應電動勢依然存在。
后來,給出了確定感應電流方向的楞次定律以及描述電磁感應定量規律的法拉第電磁感應定律。并按產生原因的不同,把感應電動勢分為動生電動勢和感生電動勢兩種,前者起源于洛倫茲力,后者起源于變化磁場產生的有旋電場。
法拉**個很重要的實驗.如圖
在一個空心紙筒上繞上一組和電流計聯接的導體線圈,當磁棒**線圈的過程中,電流計的指針發生了偏轉,而在磁棒從線圈內抽出的過程中,電流計的指針則發生反方向的偏轉,磁棒**或抽出線圈的速度越快,電流計偏轉的角度越大.但是當磁棒不動時,電流計的指針不會偏轉.
對于線圈來說,運動的磁棒意味著它周圍的磁場發生了變化,從而使線圈感生出電流.法拉第終于實現了他多年的夢想——用磁的運動產生電!奧斯特和法拉第的發現,深刻地揭示了一組極其美妙的物理對稱性:運動的電產生磁,運動的磁產生電。
不僅磁棒與線圈的相對運動可以使線圈出現感應電流,一個線圈中的電流發生了變化,也可以使另一個線圈出現感應電流.
例如圖中,我們將線圈1通過開關k與電源連接起來,在開關k合上或斷開的過程中,線圈2就會出現感應電流.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出現感應電流.這同樣是因為,線圈1的電流變化導致線圈2周圍的磁場發生了變化.
簡介
電磁感應現象的發現,乃是電磁學領域中*偉大的成就之一。它不僅揭示了電與磁之間的內在聯系,而且為電與磁之間的相互轉化奠定了實驗基礎,為人類獲取巨大而廉價的電能開辟了道路,在實用上有重大意義。電磁感應現象的發現,標志著一場重大的工業和技術**的到來。事實證明,電磁感應在電工、電子技術、電氣化、自動化方面的廣泛應用對推動社會生產力和科學技術的發展發揮了重要的作用。
若閉合電路為一個n匝的線圈,則又可表示為:E=nΔΦ/Δt 式中n為線圈匝數,ΔΦ為磁通量變化量,單位Wb,Δt為發生變化所用時間,單位為s. E 為產生的感應電動勢,單位為V.
計算公式
1.[感應電動勢的大小計算公式]
1)E=nΔΦ/Δt(普適公式){法拉第電磁感應定律,E:感應電動勢(V),n:感應線圈匝數,ΔΦ/Δt:磁通量的變化率}
2)E=BLVsinA(切割磁感線運動)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:有效長度(m)}
3)Em=nBSω(交流發電機*大的感應電動勢) {Em:感應電動勢峰值}
4)E=B(L^2)ω/2(導體一端固定以ω旋轉切割){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:勻強磁場的磁感應強度(T),S:正對面積(m2)}計算公式△Φ=Φ1-Φ2 ,△Φ=B△S=BLV△t
3.感應電動勢的正負極可利用感應電流方向判定{電源內部的電流方向:由負極流向正極}
*4.自感電動勢E自=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt{L:自感系數(H)(線圈L有鐵芯比無鐵芯時要大),ΔI:變化電流,?t:所用時間,ΔI/Δt:自感電流變化率(變化的快慢)}
△特別注意 Φ, △Φ ,△Φ/△t無必然聯系,E與電阻無關 E=n△Φ/△t 。 電動勢的單位是伏V,磁通量的單位是韋伯Wb ,時間單位是秒s。
感應電流產生的條件
1.電路是閉合且通的
2.穿過閉合電路的磁通量發生變化
3.電路的一部分在磁場中做切割磁感線運動(切割磁感線運動就是為了保證閉合電路的磁通量發生改變)
**(如果缺少一個條件,就不會有感應電流產生).
電磁感應現象中之所以強調閉合電路的“一部分導體”,是因為當整個閉合電路切割磁感線時,左右兩邊產生的感應電流方向分別為逆時針和順時針,對于整個電路來講電流抵消了。
電磁感應中的能量關系
電磁感應是一個能量轉換過程,例如可以將重力勢能,動能等轉化為電能,熱能等
什么是電感/電感元件 電感元件的分類概述:凡是能產生電感作用的原件統稱為電感原件,常用的電感元件有固定電感器,阻流圈,電視機永行線性線圈,行,幀振蕩線圈,偏轉線圈,錄音機上的磁頭,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:用于和偏轉線圈串聯,調節行線性。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,調節桿,螺紋磁芯組成。一般電感為5mh調節量大于+-10mh.
電感線圈的品質因數和固有電容(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,即實際電感量與要求電感量間的誤差,對它的要求視用途而定。對振蕩線圈要求較高,為o.2-o.5%。對耦合線圈和高頻扼流圈要求較低,允許10—15%。對于某些要求電感量精度很高的場合,一般只能在繞制后用儀器|儀表測試,通過調節靠近邊沿的線匝間距離或線圈中的磁芯位置來實現o
(2)線圈的品質因數
品質因數Q用來表示線圈損耗的大小,高頻線圈通常為50—300。對調諧回路線圈的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。對耦合線圈,要求可低一些,對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,因此應根據實際使用場合、對線圈Q值提出適當的要求。
線圈的品質因數為:
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(由集膚效應和鄰近效應引起)介質損耗等所組成。"
為了提高線圈的品質因數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;采用介質損耗小的高頻瓷為骨架,以減小介質損耗。采用磁芯雖增加了磁芯損耗,但可以大大減小線圈匝數,從而減小導線直流電阻,對提高線圈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與線圈并聯的電容Co。