西門子朔州西門子模塊代理商

時間：2023-04-21作者：潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司瀏覽：56

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自感現(xiàn)象，顧名思義就是自身的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。它的詳細(xì)定義是：當(dāng)回路中導(dǎo)體的電流發(fā)生變化時，它周圍的磁場就隨著變化，即由此電流所產(chǎn)生的穿過回路本身所圍面積的磁通量也隨著變化，因而在導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化，這種現(xiàn)象就叫做自感現(xiàn)象。由自感應(yīng)所產(chǎn)生的電動勢稱為自感電動勢。




▲圖19-1




如圖19-1所示，考慮一個閉合回路，設(shè)其中電流為I，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，此電流在空間任一點產(chǎn)生的與磁感應(yīng)強度B與I成正比，推理得磁通量φL也與回路中的電流I成正比，即φL∝I。若回路中有N匝，且穿過每一匝線圈的磁通量φL基本相同，則這個N匝線圈中的自感磁鏈ΨL=NφL，且該自感磁鏈ΨL也與電流I成正比，即ΨL∝I。

為了表明各個線圈產(chǎn)生自感磁鏈的能力，將線圈的自感磁鏈與電流的比值叫做線圈（或回路）的自感系數(shù)（或自感量），簡稱自感，用符號“L”表示，L=ΨL/I=NφL/I。

自感系數(shù)L是一個比例系數(shù)，它在量值上等于線圈中的電流為一個單位時通過線圈的磁鏈。在**單位中，自感系數(shù)的單位為亨利（H），1H=1Wb/A。和電感一樣，由于亨利的單位較大，實用中常采用豪亨（mH）或微亨（μH），它們的關(guān)系為1H=103mH=106μH。

結(jié)合我們之前所學(xué)的電感的知識，自感理解起來其實也不難，在沒有互感作用的情況下，其實自感就是電感。類似于電阻和電容，自感就是表征線圈本身電磁性質(zhì)的物理量，它僅由線圈的形狀、大小、匝數(shù)及周圍磁介質(zhì)的分布所決定，在無其他鐵磁質(zhì)的情況下，它與線圈中的電流無關(guān)，就好比導(dǎo)線的電阻與加在導(dǎo)體兩端的電壓、流過導(dǎo)體的電流無關(guān)一樣。

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我們在上一次的學(xué)習(xí)分享中知道，根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，磁通量的變化，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。那么，顯然，自感現(xiàn)象也必定伴隨著感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生，這個感應(yīng)電動勢就是自感電動勢，由法拉*電磁感應(yīng)定律可知，線圈中的自感電動勢為e=-ΔΨ/Δt=-LΔI/Δt。




▲圖19-2




如圖19-2所示為自感電動勢的表達式。正如圖中所述，自感電動勢總是阻礙回路原電流的變化，常稱為“電磁慣性”。對于相同的電流變化率ΔI/Δt，L越大，自感電動勢也就越大，回路中原有電流越難改變。所以，類似于質(zhì)量是對物體慣性大小的量度，自感系數(shù)L是電路電磁慣性的量度。




在工程技術(shù)和日常生活中，自感現(xiàn)象的應(yīng)用很廣泛，曹老師在《電工基礎(chǔ)》課程中也詳細(xì)地分析了幾個實例 ，如日光燈上用的鎮(zhèn)流器等。然而在某些情況下，自感現(xiàn)象會帶來危害，例如大功率的電動機有很大的自感，突然拉閘斷電，會有一個很大的電流變化率，從而在電機繞組兩端引起較大的自感電動勢，足以在電閘上產(chǎn)生電弧，所以，電源閘上應(yīng)配置滅弧罩。




自感是單獨一個閉合線圈中電流的作用，那么，如果有兩個線圈鄰近時，它們之間又會有怎樣的電磁現(xiàn)象呢？我們接下來就對這個問題進行探討。在談及兩個鄰近閉合線圈之間的電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，就引進了一個新的概念：互感現(xiàn)象。




互感現(xiàn)象，顧名思義，是指兩個線圈之間的相互電磁感應(yīng)現(xiàn)象。如圖19-3所示，兩個鄰近的閉合線圈，匝數(shù)分別為N1和N2，通有電流I1和I2。當(dāng)線圈1中的電流I1變化時，由它所激發(fā)的變化磁場，會在它鄰近的另一個線圈2中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；同樣，當(dāng)線圈2中的電流I2變化時，也會在線圈1中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種由于一個線圈流過電流所產(chǎn)生的磁通，穿過另一個線圈的現(xiàn)象，叫耦合。由于此線圈電流變化引起另一個線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，稱為互感現(xiàn)象?；ジ鞋F(xiàn)象所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為互感電動勢，這樣的兩個線圈稱為互感耦合線圈。




▲圖19-3




設(shè)Ψ21表示I1所激發(fā)的磁場穿過線圈2的全磁通，當(dāng)兩線圈的形狀、相對位置及周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率不變時，Ψ21與I1成正比，可表示為Ψ21=N2φ21=M21；同理，I2所激發(fā)的磁場穿過線圈1的全磁通為Ψ12=N1φ12=M12，如圖19-3所示。







▲圖19-4




另外，顯然在兩個線圈中，它們自身肯定也有自感現(xiàn)象的存在。如圖19-4所示，兩個鄰近線圈中，它們各自本身有自感現(xiàn)象的存在，同時兩個線圈之間又有互感現(xiàn)象的存在。結(jié)合圖19-3和19-4的內(nèi)容，上面引入的比例系數(shù)M21和M12分別稱為線圈1對線圈2的互感系數(shù)和線圈2對線圈1的互感系數(shù)。理論和實踐都證明，M21和M12總是相等的，一般用M表示，即M21=M12=M。







M稱為兩個線圈的互感系數(shù)，簡稱互感。類似于自感L，它是一個反映兩個電路耦合程度的物理量?；ジ邢禂?shù)取決于兩個耦合線圈的幾何尺寸、匝數(shù)、相對位置及周圍磁介質(zhì)的分布。當(dāng)磁介質(zhì)為非鐵磁性物質(zhì)時，M是常數(shù)，與線圈中的電流無關(guān)。和自感系數(shù)一樣，互感系數(shù)的**單位也是亨利（H）。




工程上常用耦合系數(shù)表示兩個線圈磁耦合的緊密程度，耦合系數(shù)k定義如圖19-5所示。這一關(guān)系式只是在兩個線圈各種所產(chǎn)生的磁感線完全通過對方線圈時才能成立，也就是在無漏磁通存在的理想情況下成立。




▲圖19-5




在圖19-5的表達式中，耦合系數(shù)k的值取決于兩個線圈的相對位置。顯然，0≤k≤1，當(dāng)近似為1時，為強耦合；當(dāng)k接近于0時，為弱耦合；當(dāng)k=1時，稱兩個線圈為全耦合，此時自感磁通全部為互感磁通。




自感現(xiàn)象有自感電動勢的產(chǎn)生，同樣的，互感現(xiàn)象也有互感電動勢的產(chǎn)生。在互感系數(shù)為常量的情況下，當(dāng)線圈1中的電流I1變化時，根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律可知，在線圈2中產(chǎn)生的互感電動勢e2如圖19-6所示。同理，當(dāng)線圈2中的電流I2變化時，在線圈1中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e1如圖19-6所示。




在《電工基礎(chǔ)》中，曹老師還提到一個互感電壓的概念：結(jié)合圖19-5，i1的變化引起φ21變化，從而在線圈2中產(chǎn)生的電壓稱為互感電壓。顯然，互感電壓與互感電動勢的區(qū)別只在于它們之間方向不同。因為我們在之前也學(xué)到過，電壓的正方向是從高電位指向低點位的，而電動勢的正方向恰與電壓相反，是從低點位指向高電位。




▲圖19-6




和自感系數(shù)一樣，互感系數(shù)的量值也等于一個回路中電流隨時間的變化率為一個單位時，在另一個回路中所引起的感應(yīng)電動勢的**值。

互感現(xiàn)象在實際中的應(yīng)用也有很多，我們熟悉的應(yīng)該就是變壓器的制造了。變壓器的原理正是利用互感現(xiàn)象把電能由一個回路轉(zhuǎn)移到另一個回路中去。




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