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1、项目五 电磁电路的性能与测试,任务一 同名端的判别,在电力、通信等系统中，互感现象得到了广泛的应用，例如我们经常用到的变压器、互感器等都是根据互感原理制成的。了解互感现象、掌握互感线圈的性能、判别互感线圈的同名端，在电工技术中是十分必要的。,一、任务分析,二、相关知识,1.互感现象和互感电压,（1）互感现象 当通以线圈的电流发生变化时，不仅在本身线圈中产生自感电压，而且还会使邻近的线圈产生感应电压，这种现象称为互感现象。彼此间具有互感应的线圈称为耦合线圈。 如图5-1所示，两个匝数分别为N1、N2的线圈相 邻放置，线圈1通以变化的电流i1，产生的磁通为11， 设全部的11均与N1交链，则在本线
2、圈中产生自感 磁链11= N111，而且i1产生的磁通还有一部分21 与线圈2交链产生互感磁链21= N221.,任务一 同名端的判定,图5-1 两个互感线圈,1.互感现象和互感电压,（1）互感现象 我们把互感磁链与产生它的电流的比值定义为互感系数，简称互感，用M表示。 线性线圈的互感与自感一样，均为与电流无关的常数，仅取决于线圈本身的匝数、尺寸、形状，并且互感还与两线圈的相对位置有关。互感的单位为亨（H）。 通常我们用耦合系数来表示两线圈耦合的紧密程度。耦合系数的定义式为：,任务一 同名端的判定,二、相关知识,二、 相关知识,1.互感现象和互感电压,（2）互感电压 由自感磁链在自身线圈感应的
3、电压称为自感电压。当u L与i取关联正方向时 ， 由互感磁链在邻近线圈感应的电压称为互感电压 。,任务一 同名端的判定,二、相关知识,2.同名端,（1）定义 当两线圈的某端分别流入同向电流时，若电流产生的磁通相互增强，则称这两端互为同名端，以相同的符号标记；反之，则互为异名端。 同名端又称为同极性端，即某一电流在两个耦合线圈中所产生的自感电压和互感电压极性相同的端。,任务一 同名端的判定,二、相关知识,2.同名端,（1）定义 由于自感电压u11与互感电压u21的实际方向相对同名端一致，故两者的参考方向也取相对同名端一致，而自感电压u11的参考方向与电流i1的参考方向通常取为一致，故互感电压u2
4、1的参考方向与产生它的电流i1的参考方向也取为相对同名端一致，这样，互感电压的表达式就为：,任务一 同名端的判定,二、相关知识,2.同名端,（2）判定同名端 对于已知相对位置和绕向的耦合线圈可以用磁通相互增强的原则来确定同名端。而对于无法判断绕向的线圈，可用实验的方法测定同名端。 直流法 交流法,任务一 同名端的判定,二、相关知识,3.互感电路,（1）串联 两个耦合线圈由于同名端的存在，有两种串联方式：一种为顺向串联，即两线圈的异名端相接；另一种为反向串联，即两线圈的同名端相接。 顺向串联 如图5-6所示为两顺向串联的耦合线圈，在接通正弦电压的情况下，根据KVL列出电压方程，写成向量形式： =
5、 1 + 2 =(R1+jL1+jM)+(R2+jL2+jM) 或者用向量形式表示：,任务一 同名端的判定,二、相关知识,3.互感电路,（1）串联 反向串联 如图5-7所示为两反串耦合线圈，依同名端一致原则，电流及各电压的参考方向标注如图，可列电压方程为 ： = 1 + 2 =(R1+jL1jM)+(R2+jL2jM) 或者表示为： 根据LS和Lf可以求出两线圈的互感：,任务一 同名端的判定,二、相关知识,3.互感电路,（2）并联 由于有同名端，两耦合线圈并联时也有两种情况.一种是两耦合线圈的同名端并在一起，称为同侧并联；另一种是两耦合线圈的异名端并在一起，称为异侧并联。 同侧并联 = R11
6、+jL11+jM (1)= jM +(R1+ jL1jM)1 = R22+jL22+jM (2)= jM +(R2+ jL2jM)2,任务一 同名端的判定,二、相关知识,3.互感电路,（2）并联 异侧并联 = jM + (R1+ jL1+jM)1 = jM +(R2+ jL2+jM)2 一端连接 两耦合线圈的连接方式除了串、并联外，还有一种连接方式称为一端连接，即两线圈只有一端连在一起，另外两端以及公共端这三个端钮与外电路相连，如图5-14所示。图5-14(a)中两耦合线圈的同名端相连，这种连接方式称为同侧相联；图5-14(b)是两异名端相连，称为异侧相联。,任务一 同名端的判定,二、相关知识
7、,3.互感电路,（2）并联 一端连接 可列出其端钮间的电压方程： 13 = jL11 jM2 23 = jL22 jM1 利用 = 1+2，将上式变换为：13 = j（L1M)1 jM 23 = j（L2M)2 jM,任务一 同名端的判定,三、任务实施,同名端的判别,(1)测试名称：互感线圈同名端的判别。 (2)任务内容：变压器同名端的直流测试法、交流测试法。 (3)任务要求：正确使用测试仪表；根据指定方法，判别变压器的同名端。 (4)测试电路：如图5-17、图5-18所示。 (5)测试程序： 直流判别法：依据同名端定义以及互感电动势参考方向标注原则来判定。如图5-17所示，两个耦合线圈的绕向
8、未知时，如果当S闭合时，电压表正偏，则a-c互为同名端；反之，当S闭合时，电压表反偏，则a-d互为同名端。,任务一 同名端的判定,三、任务实施,同名端的判别,交流判别法：如图5-18所示，将两个线圈各取一个接线端联接在一起，如图中的b端和d端，并在一个线圈上加一个较低的交流电压uab，再用交流电压表分别测量U ab、U ac、Ucd，如测量结果为U ac = U ab - Ucd，则说明两绕组为反串，故a端和c端互为同名端；如测量结果为U ac =U ab+ Ucd，则a端和d端互为同名端。,任务一 同名端的判定,四、知识拓展,1.无感线圈,线圈中存有电感有时是很“麻烦”的一件事，希望线圈无感
9、。无感线圈通常采用“双圈并绕”的方式制作，如图5-19所示。无感线圈可看成两个反向串联的耦合线圈，其等效电感为Lf=L1+L22M。如两线圈完全相同且其间实现全耦合，则有 k=1，L1=L2，互感系数 等效电感Lf= L1+L22M =0。 在互感现象被广泛应用的同时，也不容忽视它所带来的不良影响，例如电力传输线路与通信传输线路平行架设时，电力线中电流产生的磁场变化，在通信线路中产生互感电动势，其结果就影响了正常通信，产生了“干扰”。为避免互感所引起的干扰，通常对“干扰源”和被干扰设备采取抗干扰措施。,任务一 同名端的判定,2.抗磁干扰,四、知识拓展,(1)利用屏蔽罩避免互感 利用铁磁性材料做
10、成屏蔽罩，将线圈放在罩内，如图5-20所示。因为铁磁性材料的磁导率比空气大许多倍，故外界磁场的磁通只经过屏蔽罩而不进入罩内。同样，罩内线圈产生的磁通几乎全部通过屏蔽罩，而不会穿出罩外。因而避免了罩内外元件磁场的相互影响，起到了减小甚至消除互感的作用。,任务一 同名端的判定,2.抗磁干扰,四、知识拓展,(2)线圈相互垂直放置以消除互感 将两线圈垂直放置，从5-21(a)图可以看出，第一个线圈所产生的磁通与第二个线圈不交链；而当第二个线圈中所产生的磁通交链到第一个线圈时，线圈上部与线圈下部磁通的方向相反，如5-21(b)图所示，因此，产生的互感电压互相抵消，起到了消除互感的作用。 (3)利用交叉消
11、除互感 如图5-22所示为通过导线交叉或绞合的方法减小通电线路间的干扰。,任务一 同名端的判定,2.抗磁干扰,任务二 电磁铁的性能测试,电磁铁广泛地应用于各种电气设备之中，如接触器、继电器、电磁阀、电抗器等。了解电磁铁的性能，是正确使用、合理维护电磁铁的基础。电磁铁按励磁电流不同，有交流电磁铁和直流电磁铁两大类。电磁铁的性能测试主要包括励磁电流和电磁吸力。,一、任务分析,二、相关知识,(1)磁的基本概念 磁性：能吸引铁、钴、镍及其合金的性质。 磁体：具有磁性的物体。磁体有天然的，也有人造的。 磁极：磁体两端磁性最强的部分。每个磁体都有两个磁极（N极和S极）；磁极间，同极相斥，异极相吸。,1.电
12、磁基本知识,任务二 电磁铁的性能测试,二、相关知识,(1)磁的基本概念 磁化：使原来没有磁性的物体获得磁性的过程。 永久磁铁：无励磁电流时仍能保持磁性的物质。 电磁铁：由铁心、励磁线圈组成且通电后具有较强磁性的装置。 磁场：磁体周围存在着对其它磁体发生作用的空间称为磁场。 磁场对处在其中的载流导体或运动的电荷产生作用力。 磁感应线：用来描述磁场分布的曲线。磁感应线是不会彼此相交的闭合曲线；用其疏密程度来表示磁场的强弱；磁感应线上某一点的切线方向表示该点的磁场方向。在磁体外部，磁感应线由S极指向N极；在磁体内部，磁感应线由N极指向S极。,1.电磁基本知识,任务二 电磁铁的性能测试,二、相关知识,
13、(2)磁场物理量 磁通 磁通是指垂直穿过某一面积A的磁感应线的数量，以表示，基本单位是wb（韦伯），实用中还有麦克斯韦（简称麦，Mx）。 磁感应强度B 磁感应强度B用来表示磁场中各点的磁场强弱和方向。在均匀磁场中，磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁力线数目。磁感应强度又称磁通密度。 在它们的关系式中，的单位是wb（韦伯），A的单位是m2， 磁感应强度B的单位是T（特斯拉）。 工程中常用Gs（高斯）来表示磁感应强度的大小：1 Gs=10-4 T,1.电磁基本知识,任务二 电磁铁的性能测试,二、相关知识,(2)磁场物理量 磁导率 磁导率表示物质的导磁性能，其基本单位是H/m（亨/米）。真空中的磁导
14、率为0= 410-7 H/m，空气、木材、纸、铝等非磁性材料的磁导率与真空磁导率近似相等，即0 。某物质的磁导率与真空磁导率0的比值称作该物质的相对磁导率，用r表示，即r = / 0。非磁性材料的r1 ，普通铁材的r 200，硅钢片的r 10000 。 磁场强度H 为便于对磁场的分析与计算，常引入另一磁场物理量，即磁场强度。磁场强度以H表示，它与磁感应强度的关系是：B = H 。磁场强度H也是矢量，其单位是A/m（安/米）。磁感应强度B与磁场强度H都是反映磁场强弱的物理量，方向也一致。但磁场强度反映的是形成磁场的“源”的大小，并不直接体现磁场大小；磁感应强度不仅与形成磁场的“源”有关，还与磁路
15、的状况有关，它直接体现磁场的大小。,1.电磁基本知识,任务二 电磁铁的性能测试,二、相关知识,(3)磁路欧姆定律 根据有关电磁理论，磁路中 ，其中 ，为磁路中的磁通，N为励磁线圈的匝数，I为励磁电流，为磁路中的磁阻，为磁路的平均长度，为磁路的磁导率，s为磁路的有效面积。,1.电磁基本知识,2.铁磁材料,(1)铁磁材料的基本性能 磁化曲线和磁滞回线是反映铁磁材料基本磁性能的特性曲线。,任务二 电磁铁的性能测试,二、相关知识,2.铁磁材料,(1)铁磁材料的基本性能 磁化性：原来不具有磁性的材料，在外磁场作用下产生磁性，其过程称之为磁化，所具有的这种特性称之为磁化性。 高导磁性：铁磁材料都具有很高的
16、磁导率，亦即都具有很强的导磁能力。 磁饱和性：过C点后曲线变得很平坦，即：当H（I）增加时，B（）基本不再增加，亦即磁场趋于饱和。 剩磁性与矫顽力：在图5-35所示磁滞回线中，当B随H沿oa曲线上升后，若将H减小，不再沿“老路”ao返回，而是沿ab曲线变化，当H=0时，B=B，此即剩磁。即当外磁场去除后，磁性材料仍保持一定的磁性，这就是磁性材料的剩磁性。为消除剩磁，使得B=0，必须反方向加Hc，此即矫顽力。 磁滞性与磁滞损耗：磁性材料在反复磁化过程中，B的变化总是滞后于H的变化，这种现象称之为磁滞现象，磁性材料所具有的这种特性称之为磁滞性，由此引起的损耗称之为磁滞损耗。磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比。
