寧鄉(xiāng)市職業(yè)中專學(xué)校精品系列課程《電工技術(shù)應(yīng)用》項(xiàng)目5變壓器的認(rèn)識(shí)與檢測(cè)主講：肖義軍變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來(lái)改變交流電壓的裝置，是電力系統(tǒng)、電子線路和電工測(cè)量中十分重要的電氣設(shè)備，主要功能有電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。本項(xiàng)目以變壓器的認(rèn)識(shí)與檢測(cè)為目標(biāo)，重點(diǎn)介紹變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和檢測(cè)方法。5.1項(xiàng)目描述5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.1電流的磁效應(yīng)任務(wù)導(dǎo)引磁極之間具有怎樣的力，它們是通過(guò)什么傳遞的呢？通電導(dǎo)體周圍能否產(chǎn)生磁場(chǎng)，我們又將如何進(jìn)行判別？5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.1電流的磁效應(yīng)一、磁場(chǎng)與磁感線做中學(xué)、做中教按圖5－1所示方式，用條形磁鐵接近小磁針，觀察小磁針的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。用條形磁鐵N極去接近小磁針N極，小磁針被排斥出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；用條形磁鐵S極去接近小磁針N極，小磁針被吸引出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.1電流的磁效應(yīng)一、磁場(chǎng)與磁感線兩個(gè)磁極雖沒(méi)有發(fā)生接觸，但相互之間產(chǎn)生了作用力，這個(gè)力就是磁力。磁力不是在磁極之間直接發(fā)生，而是通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行傳遞。也就是說(shuō)磁極在自己周圍的空間里產(chǎn)生了磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)處在它其中的磁極具有磁場(chǎng)力的作用。磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，也是一種特殊物質(zhì)，具有力和能的性質(zhì)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.1電流的磁效應(yīng)二、磁場(chǎng)的方向和磁感線把小磁針?lè)旁诖艌?chǎng)中的任一點(diǎn)，可以看到小磁針受磁場(chǎng)力的作用，靜止時(shí)它的兩極不再指向南北方向，而指向一個(gè)別的方向。在磁場(chǎng)中的不同點(diǎn)，小磁針靜止時(shí)指的方向一般并不相同。這說(shuō)明，磁場(chǎng)具有方向性。一般規(guī)定，在磁場(chǎng)中的任一點(diǎn)，小磁針N極受力的方向，亦即小磁針靜止時(shí)N極所指的方向，就是那一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，如圖5-2所示。在磁場(chǎng)中可以利用磁感線來(lái)形象地表示各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。所謂磁感線，就是在磁場(chǎng)中畫(huà)出的一些曲線，在這些曲線上每一點(diǎn)的切線方向，都跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.1電流的磁效應(yīng)三、電流的磁場(chǎng)1820年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特做過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)：把一條導(dǎo)線平行地放在磁針的上方，給導(dǎo)線通電，磁針就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖5-3所示。結(jié)論：電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，電和磁有著密切聯(lián)系。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.1電流的磁效應(yīng)三、電流的磁場(chǎng)直線電流的磁場(chǎng)如圖5-4所示。直線電流磁場(chǎng)的磁感線是一些以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，這些同心圓都在與導(dǎo)線垂直的平面上。判定方法：直線電流的方向跟它的磁感線方向之間的關(guān)系可以用安培定則（也稱為右手螺旋法則）來(lái)判定：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指的方向跟電流方向一致，那么彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.1電流的磁效應(yīng)三、電流的磁場(chǎng)圖5-5所示是環(huán)形電流的磁場(chǎng)。環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線是一些圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線。在環(huán)形導(dǎo)線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直。判定方法：環(huán)形電流的方向跟它的磁感線方向之間的關(guān)系可以用安培定則來(lái)判定：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.1電流的磁效應(yīng)三、電流的磁場(chǎng)螺線管通電以后表現(xiàn)出來(lái)的磁性，很像一根條形磁鐵，一端相當(dāng)于N極，另一端相當(dāng)于S極，改變電流方向，它的兩極就對(duì)調(diào)。通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線相似，也是從N極出來(lái)進(jìn)入S極。通電螺線管內(nèi)部具有磁場(chǎng)，內(nèi)部的磁感線跟螺線管的軸線平行，方向由S極指向N極，并和外部的磁感線連接，形成一些閉合曲線。判定方法：可用安培定則來(lái)判定：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指方向跟電流的方向一致，那么大拇指所指方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是說(shuō)，大拇指指向通電螺線管的N極。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量任務(wù)導(dǎo)引磁場(chǎng)不僅有方向，而且也有強(qiáng)弱。表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量有哪些，分別是怎樣的呢？5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量一、磁感應(yīng)強(qiáng)度做中學(xué)、做中教如圖5－7所示，改變電流大小，觀察導(dǎo)體擺動(dòng)幅度有何不同；調(diào)節(jié)磁鐵數(shù)量，觀察導(dǎo)體擺動(dòng)幅度有何不同。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電流越大，導(dǎo)體擺動(dòng)幅度越大；磁鐵數(shù)量越多，導(dǎo)體擺動(dòng)幅度越大；即磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場(chǎng)力F與電流I大小、磁場(chǎng)強(qiáng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度L有關(guān)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量一、磁感應(yīng)強(qiáng)度我們把磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場(chǎng)力F與電流I大小和導(dǎo)線長(zhǎng)度L乘積IL的比值稱為通電導(dǎo)線在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。用B表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量，它的大小如上式所示，它的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。它的單位由F、I和L的單位決定，在國(guó)際單位制中，它的單位是T（特）。用磁感線的疏密程度也可以形象地表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方磁感線就密一些，在磁感應(yīng)強(qiáng)度小的地方磁感線就疏一些。如果在磁場(chǎng)的某一區(qū)域里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向都相同，這個(gè)區(qū)域就稱為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線方向相同，疏密程度也一樣，是一些分布均勻的平行直線。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量二、磁通設(shè)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，平面的面積為S，定義磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積S的乘積，稱為穿過(guò)這個(gè)面的磁通量（簡(jiǎn)稱磁通），如果用Ф表示磁通，那么在國(guó)際單位制中，磁通的單位是Wb（韋）。引入了磁通這個(gè)概念，反過(guò)來(lái)也可以把磁感應(yīng)強(qiáng)度看做是通過(guò)單位面積的磁通，因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度也常稱為磁通密度，并且用Wb/m2（韋／米2）作單位。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量三、磁導(dǎo)率做中學(xué)、做中教通電的空心線圈分別插入鐵棒和銅棒，去吸引鐵釘，觀察吸引力有何不同？實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通電的空心線圈插入鐵棒比插入銅棒吸引力更大。說(shuō)明磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅與電流的大小和導(dǎo)體的長(zhǎng)度有關(guān)，還與磁場(chǎng)內(nèi)媒介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量三、磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率就是一個(gè)用來(lái)表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，不同的媒介質(zhì)有不同的磁導(dǎo)率，它的單位為H/m（亨／米）。實(shí)驗(yàn)證明，真空中的磁導(dǎo)率是一個(gè)常數(shù)，用μ0表示，即由于真空中的磁導(dǎo)率是一個(gè)常數(shù)，所以，將其他媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率與它對(duì)比是很方便的。任一媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中磁導(dǎo)率的比值稱為相對(duì)磁導(dǎo)率，用μr表示，即5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量三、磁導(dǎo)率根據(jù)各種物質(zhì)導(dǎo)磁性能的不同，可把物質(zhì)分為三種類型，即反磁性物質(zhì)、順磁性物質(zhì)和鐵磁性物質(zhì)。μr<1的物質(zhì)稱為反磁性物質(zhì)，也就是說(shuō)，在這類物質(zhì)中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)要比真空中弱一些。μr>1的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)，也就是說(shuō)，在這類物質(zhì)中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)要比真空中強(qiáng)一些。鐵磁性物質(zhì)μr1，而且不是一個(gè)常數(shù)，在其他條件相同的情況下，這類物質(zhì)中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)要比真空中的磁場(chǎng)強(qiáng)幾千倍甚至幾萬(wàn)倍，因而在電工技術(shù)方面應(yīng)用甚廣。鐵、鋼、鈷、鎳及某些合金都屬于這一類物質(zhì)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量三、磁導(dǎo)率順磁性物質(zhì)和反磁性物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都接近于l，因而除鐵磁性物質(zhì)外，其他物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都可認(rèn)為等于l，并稱這些物質(zhì)為非鐵磁性物質(zhì)。表5—1列出了幾種常用的鐵磁性物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.2磁場(chǎng)的主要物理量四、磁場(chǎng)強(qiáng)度既然磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與媒介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，這就使磁場(chǎng)的計(jì)算變得比較復(fù)雜。因此，為了使磁場(chǎng)的計(jì)算簡(jiǎn)單，常用磁場(chǎng)強(qiáng)度這個(gè)物理量來(lái)表示磁場(chǎng)的性質(zhì)。磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與媒介質(zhì)磁導(dǎo)率μ的比值，稱為該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，用H來(lái)表示，即磁場(chǎng)強(qiáng)度也是一個(gè)矢量，在均勻的媒介質(zhì)中，它的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。在國(guó)際單位制中，它的單位為A/m（安／米）。磁場(chǎng)強(qiáng)度也是一個(gè)矢量，在均勻的媒介質(zhì)中，它的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。在國(guó)際單位制中，它的單位為A/m（安／米）。磁場(chǎng)強(qiáng)度也是一個(gè)矢量，在均勻的媒介質(zhì)中，它的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。在國(guó)際單位制中，它的單位為A/m（安／米）。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.3磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力任務(wù)導(dǎo)引電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，指針式儀表的偏轉(zhuǎn)，都是靠磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線產(chǎn)生的作用力。那么，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力大小如何計(jì)算，方向又如何判斷呢？5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.3磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力把一小段通電導(dǎo)線垂直放入磁場(chǎng)中，根據(jù)通電導(dǎo)線受的力F、導(dǎo)線中的電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L定義了磁感應(yīng)強(qiáng)度論。把這個(gè)公式變形，就得到磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力公式為嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，式（5-6）只適用于一小段通電導(dǎo)線的情形，導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)線所在處各點(diǎn)感應(yīng)強(qiáng)度B一般并不相同，就不能應(yīng)用式(5-6)。不過(guò)，如果磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，式（5－6）就適用于長(zhǎng)的通電導(dǎo)線了。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.3磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力如果電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直，即電流方向與磁場(chǎng)方向間有一夾角時(shí)，可以把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：一個(gè)是跟電流方向平行的分量，其大小為B1=Bcosθ，另一個(gè)是跟電流方向垂直的分量，其大小為B2=Bsinθ，如圖5-8所示。前者對(duì)通電導(dǎo)線沒(méi)有作用力，通電導(dǎo)線受到的作用力完全是由后者決定的，即F=B2IL，代入B2=Bsinθ，即得式中，B表示勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位是特[斯拉]，符號(hào)T；I表示載流直導(dǎo)線的電流，單位是安[培]，符號(hào)A；L表示導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度，單位是米，符號(hào)m；θ表示載流直導(dǎo)線與磁感線的夾角，單位是度，符號(hào)（°）；F表示導(dǎo)體所受的磁力，牛[頓]，符號(hào)N。這就是電流方向與磁場(chǎng)方向成某一角度時(shí)作用力的公式。從式(5-7)可以看出：θ＝時(shí)，力F最大；電流方向越偏離與磁場(chǎng)相垂直的方向，即θ越小，力F也越?。划?dāng)θ=0時(shí)，力F最小，等于零。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.3磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力磁場(chǎng)力的方向和磁場(chǎng)方向及電流方向均是垂直的，可用左手定則來(lái)判定：如圖5－9所示，伸出左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線垂直進(jìn)入手心，并使四指指向電流方向，這時(shí)手掌所在的平面與磁感線和導(dǎo)線所在的平面垂直，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的方向。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.3磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力【例5－1】在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一長(zhǎng)度為60cm的導(dǎo)線，導(dǎo)線中的電流為10A，導(dǎo)線與磁感線的夾角分別為0°、30°和90°，求導(dǎo)線各受多在的力。解：載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的大小為：F=BILsinθ5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.4電磁感應(yīng)現(xiàn)象任務(wù)導(dǎo)引任何通有電流的導(dǎo)線，都可以在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。反過(guò)來(lái)磁場(chǎng)可不可以用來(lái)產(chǎn)生電流呢？怎樣才能產(chǎn)生電流呢？5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.4電磁感應(yīng)現(xiàn)象做中學(xué)、做中教按圖5－10所示連接實(shí)物，讓導(dǎo)體AB在磁場(chǎng)中向前或向后運(yùn)動(dòng)，觀察電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)情況。讓導(dǎo)體AB在磁場(chǎng)中靜止、向上或向下運(yùn)動(dòng)，觀察電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)情況。導(dǎo)體AB在磁場(chǎng)中向前或向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流計(jì)的指針向左或向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電路中產(chǎn)生了電流。導(dǎo)體AB在磁場(chǎng)中靜止、向上或向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電路中沒(méi)有產(chǎn)生電流。結(jié)論：導(dǎo)體AB向前或向后運(yùn)動(dòng)，切割了磁感線；導(dǎo)體AB靜止、向上或向下運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有切割磁感線?？梢?jiàn)，只要閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，電路中就會(huì)產(chǎn)生電流。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.4電磁感應(yīng)現(xiàn)象做中學(xué)、做中教按圖5-11所示連接實(shí)物，將磁鐵插入線圈，觀察電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況。將磁鐵從線圈中抽出，觀察電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況。將磁鐵插入線圈，電流計(jì)指針向左或向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)；而將磁鐵從線圈中抽出，電流計(jì)指針向右或向左發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這說(shuō)明閉合電路中產(chǎn)生了電流。但如果磁鐵插入線圈后靜止不動(dòng)，電流表指針也不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明閉合電路中沒(méi)有電流。結(jié)論：線圈不動(dòng)，磁鐵相對(duì)線圈運(yùn)動(dòng)，同樣產(chǎn)生了導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)，電路就會(huì)產(chǎn)生電流。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.4電磁感應(yīng)現(xiàn)象做中學(xué)、做中教按圖5-12所示連接實(shí)物，觀察開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)瞬間及閉合和斷開(kāi)后電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況；閉合開(kāi)關(guān)一小段時(shí)間后（電流計(jì)指針無(wú)偏轉(zhuǎn)），調(diào)大和調(diào)小變阻器阻值，觀察電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況。閉合開(kāi)關(guān)一小段時(shí)間后（電流計(jì)指針無(wú)偏轉(zhuǎn)），調(diào)大或調(diào)小變阻器阻值，電流計(jì)指針也將發(fā)生相反方向的偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明線圈B中產(chǎn)生了電流。結(jié)論：在導(dǎo)體和磁場(chǎng)不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下，只要穿過(guò)閉合電路的磁通（磁感線多少）發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生電流。開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)瞬間，電流計(jì)指針將發(fā)生相反方向的偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明線圈B中產(chǎn)生了電流；而開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)一段時(shí)間后，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明線圈B中沒(méi)有電流。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.5感應(yīng)電流的方向任務(wù)導(dǎo)引在電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體向前和向后運(yùn)動(dòng)、磁鐵的插入和拔出運(yùn)動(dòng)、開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)、電阻器的調(diào)大和調(diào)小，電流計(jì)指針都是往不同方向運(yùn)動(dòng)。這說(shuō)明感應(yīng)電流的方向是不同的。那么，感應(yīng)電流方向有什么規(guī)律呢？我們又如何來(lái)確定感應(yīng)電流方向呢？5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.5感應(yīng)電流的方向一、右手定則感應(yīng)電流的方向可由右手定則來(lái)判斷。即伸開(kāi)右手，讓大拇指和其余四指在同一平面內(nèi)，大拇指和其余四指垂直，讓磁感線垂直穿過(guò)手心，大拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向，如圖所示。左手定則與右手定則使用區(qū)別：屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的問(wèn)題，即機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能應(yīng)用右手定則；屬于磁場(chǎng)對(duì)電流作用的問(wèn)題，即電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能應(yīng)用左手定則；簡(jiǎn)記為左馬達(dá)右發(fā)電。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.5感應(yīng)電流的方向二、楞次定律當(dāng)磁鐵插入或抽出線圈時(shí)，線圈由于產(chǎn)生感應(yīng)電流而具有磁性，磁鐵和線圈之間必然要發(fā)生相互作用。從能量守恒定律可以斷定，這個(gè)相互作用總是要阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，當(dāng)磁鐵插入線圈的時(shí)候要受到排斥，這時(shí)在線圈靠近磁鐵的一端出現(xiàn)同性磁極，如圖所示；當(dāng)磁鐵抽出線圈的時(shí)候要受到吸引，這時(shí)在線圈靠近磁鐵的一端出現(xiàn)異性磁極，如圖所示。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.5感應(yīng)電流的方向二、楞次定律應(yīng)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的具體步驟：首先要明確原來(lái)磁場(chǎng)的方向，以及穿過(guò)閉合電路的磁通是增加還是減少。然后根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向，即穿過(guò)線圈的磁通增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向跟原來(lái)磁場(chǎng)的方向相反，阻礙磁通的增加；穿過(guò)線圈的磁通減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向跟原來(lái)磁場(chǎng)的方向相同，阻礙磁通的減少。最后利用安培定則來(lái)確定感應(yīng)電流的方向。感應(yīng)電流的方向，總是要使感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙引起感應(yīng)電流的磁通的變化，這就是楞次定律，它是判斷感應(yīng)電流方向的普遍規(guī)律。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.6電磁感應(yīng)定律任務(wù)導(dǎo)引在電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，閉合回路中均產(chǎn)生了感應(yīng)電流，導(dǎo)體必然產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體就是一個(gè)電源，那么，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小將由哪些因素決定呢？5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.6電磁感應(yīng)定律一、切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如圖所示，當(dāng)處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中的直導(dǎo)線L以速度ν垂直于磁場(chǎng)方向作切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線中便產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其表達(dá)式為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向也可由右手定則確定，即四指所指方向既是感應(yīng)電流方向，也是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，如圖所示。式中，e表示導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位為V；B表示勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T(mén)；L表示磁場(chǎng)中導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度，單位為m；ν表示導(dǎo)體的運(yùn)行速度，單位為m／s。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.6電磁感應(yīng)定律二、電磁感應(yīng)定律在電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)中可知，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)線圈的磁通的變化率成正比，即穿過(guò)線圈的磁通變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大；穿過(guò)線圈的磁通變化越慢，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小；磁通不變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。這一變化規(guī)律稱為法拉第電磁感應(yīng)定律。式中，Φ表示磁通，單位為Wb；t表示時(shí)間，單位為s；e表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位為V。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.6電磁感應(yīng)定律二、電磁感應(yīng)定律如果同一變化的磁通量穿過(guò)N匝線圈，則線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用安培定則確定，即四指所指方向既是感應(yīng)電流方向，也是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極。式中，NΦ表示磁通與線圈匝數(shù)的乘積，通常稱為磁鏈，用表示。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感任務(wù)導(dǎo)引線圈在什么情況下會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)？感生電動(dòng)勢(shì)大小由哪些因素決定？具有多大的磁場(chǎng)能量？5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感一、自感現(xiàn)象、自感系數(shù)和自感電動(dòng)勢(shì)按圖連接電路，R1阻值等于L1的直流電阻。閉合開(kāi)關(guān)S，觀察LED1和LED3發(fā)光情況。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，觀察LED2和LED3發(fā)光情況。在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)S，LED1立即發(fā)光，而LED3比LED1慢發(fā)光。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S后LED2和LED3能繼續(xù)發(fā)光一小段時(shí)間。做中學(xué)、做中教1.自感現(xiàn)象5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感一、自感現(xiàn)象、自感系數(shù)和自感電動(dòng)勢(shì)為什么會(huì)出現(xiàn)上述情況呢？原來(lái)，在接通電路的瞬間，電路中的電流增大，穿過(guò)線圈L1的磁通也隨著增加。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈中必然會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈中電流的增大，所以，LED3比LED1慢發(fā)光。在電路斷開(kāi)的瞬間，通過(guò)線圈的電流突然減弱，穿過(guò)線圈的磁通也就很快地減少，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。雖然這時(shí)電源已經(jīng)斷開(kāi)，但線圈L1、LED2和LED3組成了閉合電路，在這個(gè)電路中有感應(yīng)電流通過(guò)，所以，LED2和LED3不會(huì)立即熄滅。結(jié)論：當(dāng)通過(guò)線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也要發(fā)生變化，通過(guò)線圈本身的磁通也在變化，線圈本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化。像這種由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，稱為自感現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為自感電動(dòng)勢(shì)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感當(dāng)同一電流i通過(guò)結(jié)構(gòu)不同的線圈時(shí)，所產(chǎn)生的自感磁鏈各不相同。為了表明各個(gè)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稱為線圈的自感系數(shù)（或稱為自感量），簡(jiǎn)稱電感，用符號(hào)L表示，即上式中，L表示一個(gè)線圈通過(guò)單位電流所產(chǎn)生的磁鏈。自感系數(shù)的單位是H（亨），常用較小的單位mH（毫亨）和μH（微亨）。換算關(guān)系是：1H=103mH=106μH。當(dāng)電流通過(guò)回路時(shí)，在回路內(nèi)就要產(chǎn)生磁通，稱為自感磁通，用符號(hào)ФL表示。當(dāng)電流通過(guò)匝數(shù)為N的線圈時(shí)，線圈的每一匝都有自感磁通穿過(guò)，如果穿過(guò)線圈每一匝通過(guò)的磁通都一樣，那么，這個(gè)線圈的自感磁鏈為2.自感系數(shù)5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感式中，ΔiL表示線圈中電流的變化量，單位A；Δt表示線圈中電流變化了ΔiL所用的時(shí)間，單位S；L表示線圈的自感系數(shù)，單位H；eL表示自感電動(dòng)勢(shì)，單位V；負(fù)號(hào)表示自感電動(dòng)勢(shì)總是企圖阻止原電流的變化。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)為3.自感電動(dòng)勢(shì)5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感二、互感現(xiàn)象、互感系數(shù)和互感電動(dòng)勢(shì)在圖所示的電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)：開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)瞬間或閉合開(kāi)關(guān)一小段時(shí)間后（電流計(jì)指針無(wú)偏轉(zhuǎn)），調(diào)大和調(diào)小變阻器阻值，電流計(jì)指針都將發(fā)生相反方向的偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明線圈A中的電流產(chǎn)生變化后，線圈B中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為互感電動(dòng)勢(shì)。1.互感現(xiàn)象5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感假如兩個(gè)線圈或回路靠得很近，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線圈中有電流i1通過(guò)時(shí)，它所產(chǎn)生的自感磁通Ф11，必然有一部分要穿過(guò)第二個(gè)線圈，這一部分磁通稱為互感磁通，用Ф21表示，它在第二個(gè)線圈上產(chǎn)生互感磁鏈ψ21（ψ21=NФ21），同樣，當(dāng)?shù)诙€(gè)線圈通有電流i2時(shí)，它所產(chǎn)生的自感磁通Ф22也會(huì)有一部分要穿過(guò)第一個(gè)線圈，形成Ф12，產(chǎn)生互感磁鏈ψ12（ψ12=NФ12）。2.互感系數(shù)5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感在兩個(gè)有磁交鏈（耦合）的線圈中，互感磁鏈與產(chǎn)生此磁鏈的電流比值，稱為這兩個(gè)線圈的互感系數(shù)（或互感量），簡(jiǎn)稱互感，用符號(hào)M表示，即2.互感系數(shù)由式可知，兩個(gè)線圈中，當(dāng)其中一個(gè)線圈通有1A電流時(shí)，在另一線圈中產(chǎn)生的互感磁鏈數(shù)，就是這兩個(gè)線圈之間的互感系數(shù)?；ジ邢禂?shù)的單位和自感系數(shù)一樣。通?；ジ邢禂?shù)只和這兩個(gè)回路的結(jié)構(gòu)、相互位置及媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，而與回路中的電流無(wú)關(guān)。只有當(dāng)媒介質(zhì)為鐵磁性材料時(shí)，互感系數(shù)才與電流有關(guān)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感對(duì)于兩個(gè)靠得很近的線圈，設(shè)兩線圈的互感系數(shù)M為常數(shù),第一個(gè)線圈的電流i1發(fā)生變化，將在第二個(gè)線圈中產(chǎn)生的互感電動(dòng)勢(shì)為3.互感電動(dòng)勢(shì)同理可得，第二個(gè)線圈的電流i2發(fā)生變化，在第一個(gè)線圈中產(chǎn)生的互感電動(dòng)勢(shì)為上式說(shuō)明，線圈中的互感電動(dòng)勢(shì)，是與互感系數(shù)和另一線圈中電流的變化率的乘積成正比?；ジ须妱?dòng)勢(shì)的方向，可用楞次定律判定。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.7自感和互感1.磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量在電路中的轉(zhuǎn)化都是可逆的。例如，隨著電流增大，線圈的磁場(chǎng)增強(qiáng)，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量就增多；隨著電流減小，磁場(chǎng)減弱。磁場(chǎng)能量通過(guò)電磁感應(yīng)的作用，又能轉(zhuǎn)化為電能。因此，線圈和電容器一樣都是儲(chǔ)能元件，而電阻器是耗能元件。三、磁場(chǎng)能量2.磁場(chǎng)能量的計(jì)算公式，在形式上和電場(chǎng)能量的計(jì)算公式相似。根據(jù)理論推導(dǎo)，線圈的磁場(chǎng)能量WL，可用下式計(jì)算式中，L的單位為H，I的單位為A，WL的單位為J。當(dāng)線圈通有電流時(shí)，線圈中就要儲(chǔ)存磁場(chǎng)能，通過(guò)線圈的電流越大，儲(chǔ)存的能量也越多，通電線圈從外界吸收能量；在通有相同電流的線圈中，電感越大的線圈儲(chǔ)存的能量越多，因此，線圈的電感就反映它儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的能力。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電任務(wù)導(dǎo)引在我們的生產(chǎn)生活中，除用到直流電外，很多情況下還用到了交流電。那么，交流電是如何產(chǎn)生的呢？我們將用怎樣的物理量和表示法來(lái)表示交流電呢？5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電一、正弦交流電的產(chǎn)生將手搖發(fā)電機(jī)和電流計(jì)按圖連接。勻速手搖發(fā)電機(jī)，觀察電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況與線圈位置在磁場(chǎng)位置的關(guān)系。通過(guò)手搖發(fā)電機(jī)，我們發(fā)現(xiàn)：電流計(jì)指針隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)而擺動(dòng)，并且線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動(dòng)一次；線圈由水平面旋轉(zhuǎn)垂直面時(shí)偏轉(zhuǎn)角度由大變小，而線圈由垂直面旋轉(zhuǎn)水平面時(shí)偏轉(zhuǎn)角度由小變大。做中學(xué)、做中教5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電交流電發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦交流電的過(guò)程和對(duì)應(yīng)的波形如圖5-18所示。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電1.線圈平面垂直于磁感線，如圖所示，ab、cd邊此時(shí)速度方向與磁感線平行，線圈中沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒(méi)有感應(yīng)電流。這時(shí)線圈平面所處的位置叫中性面。中性面的特點(diǎn)：線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小為零，感應(yīng)電流為零。根據(jù)波形發(fā)現(xiàn)，交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是按正弦規(guī)律變化，因此稱為正弦交流電。2.當(dāng)線圈平面逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，如圖所示，即線圈平面與磁感線平行時(shí)，ab、cd邊的線速度方向都跟磁感線垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈中的感應(yīng)電流也最大。3.再轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，如圖所示，線圈又處于中性面位置，線圈中沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。4.當(dāng)線圈再轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，如圖所示位置，ab、cd邊的瞬時(shí)速度方向，跟線圈經(jīng)過(guò)圖所在位置時(shí)的速度方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向跟圖所在位置相反。5.再轉(zhuǎn)過(guò)90°線圈處于起始位置，如圖所示，與圖所示位置相同，線圈中沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電二、正弦交流電的基本物理量根據(jù)定義，周期與頻率是互為倒數(shù)關(guān)系，即1.周期和頻率交流電完成一次周期性變化所用的時(shí)間，叫做周期。也就是線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周所用的時(shí)間。用T表示，單位是S（秒）。在圖中，橫坐標(biāo)軸上0到T的這段時(shí)間就是一個(gè)周期。交流電在單位時(shí)間（1S）完成得周期性變化的次數(shù)，叫做頻率。用字母f表示，單位是赫[茲]，符號(hào)為Hz。常用單位還有千赫（kHz)和兆赫（MHz)，換算關(guān)系如下：5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電二、正弦交流電的基本物理量我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中用的交流電，周期是0.02S，頻率是50Hz，習(xí)慣上稱為“工頻”。世界各國(guó)所采用的交流電頻率并不相同，例如：美國(guó)、日本采用的市電頻率均為60Hz。周期與頻率都是反映交流電變化快慢的物理量。周期越短、頻率越高，交流電變化越快。交流電變化的快慢，除了用周期和頻率表示外，還可以用角頻率表示。通常交流電變化一周可用2π弧度或360°來(lái)計(jì)量。那么，單位時(shí)間內(nèi)變化的角度（電角度），叫做角頻率，用ω表示，單位是rad/s(弧度/秒)。角頻率與頻率和周期的關(guān)系是5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電二、正弦交流電的基本物理量2.最大值和有效值正弦交流電的大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，正弦交流電在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值，可以用來(lái)表示正弦交流電變化的范圍，稱為交流電的最大值，又稱振幅、幅值或峰值。交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的。讓一個(gè)直流電流與一個(gè)交流電流分別通過(guò)阻值相等的電阻，如果通電的時(shí)間相同，電阻R上產(chǎn)生的熱量也相等，那么直流電的數(shù)值叫做交流電的有效值。例如，在同一時(shí)間內(nèi)，某一交流電通過(guò)一段電阻產(chǎn)生的熱量，跟3A的直流電通過(guò)阻值相同的另一電阻產(chǎn)生的熱量相等，那么，這一交流電流的有效值就是3A。交流電動(dòng)勢(shì)和電壓的有效值同樣可以用這種方法確定。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電二、正弦交流電的基本物理量通常用Em、Um、Im分別表示交流電的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流的最大值，用E、U、I分別表示交流電的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流的有效值。理論和實(shí)驗(yàn)都可以證明，正弦交流電的最大值是有效值的倍，即5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電二、正弦交流電的基本物理量有效值和最大值是從不同角度反映交流電流強(qiáng)弱的物理量。通常所說(shuō)的交流電的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的值，不作特殊說(shuō)明的都是有效值。例如，市電電壓是220V，是指其有效值為220V。值得注意的是，在選擇電器的耐壓時(shí)，必須考慮電壓的最大值；選擇最大允許電流時(shí)，同樣也是考慮電流的最大值。例如：耐壓為220V的電容，不能接到電壓有效值為220V的交流電路上，因?yàn)殡妷旱挠行е禐?20V，對(duì)應(yīng)最大值為311V，會(huì)使電容器因擊穿而損壞。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電二、正弦交流電的基本物理量3.相位和相位差t=T時(shí)刻線圈平面與中性面的夾角為ωt+φ0，叫做交流電的相位。相位是一個(gè)隨時(shí)間變化的量。當(dāng)t=0時(shí)，相位φ=φ0，φo叫做初相位（簡(jiǎn)稱初相），它反映了正弦交流電起始時(shí)刻的狀態(tài)。注意：初相的大小與時(shí)間起點(diǎn)的選擇有關(guān)，習(xí)慣上初相用絕對(duì)值小于π的角表示。相位的意義：相位是表示正弦交流電在某一時(shí)刻所處狀態(tài)的物理量，它不僅決定瞬時(shí)值的大小和方向，還能反映出正弦交流電的變化趨勢(shì)。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電二、正弦交流電的基本物理量?jī)蓚€(gè)同頻正弦交流電，任一瞬間的相位之差就叫做相位差，如圖5-19所示，用符號(hào)Δφ表示。即相位差是指兩者的初相之差，它不會(huì)隨時(shí)間改變而改變。兩個(gè)頻率相同的交流電，如果它們的相位相同，即相位差為零，就稱這兩個(gè)交流電為同相的。它們的變化步調(diào)一致，總是同時(shí)到達(dá)零和正、負(fù)最大值，它們的波形如圖5-20(a)所示。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電二、正弦交流電的基本物理量?jī)蓚€(gè)頻率相同的交流電，如果相位差為180°，就稱這兩個(gè)交流電為反相。它們的變化步調(diào)恰好相反，一個(gè)到達(dá)正的最大值，另一個(gè)恰好到達(dá)負(fù)的最大值；一個(gè)減小到零，另一個(gè)恰好增大到零，它們的波形如圖5-20(b)所示。有效值（或最大值）、頻率（或周期、角頻率）、初相是表征正弦交流電的三個(gè)重要物理量，故稱之為正弦交流電的三要素。圖5-21表示兩個(gè)頻率相同，但初相不同的交流電，且φ01>φ02。從圖中可以看出，它們的變化步調(diào)不一致，e1比e2先到達(dá)正的最大值、零或負(fù)的最大值。這時(shí)說(shuō)e1比e2超前φ，或者e2比e1滯后φ。5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電三、正弦交流電的表示法1.解析式表示法正弦交流電的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流的瞬時(shí)值表達(dá)式就是交流電的解析式，即【例5－1】已知有一正弦交流電壓的最大值Um=310V，頻率f=50Hz，初相φuo=300，則它的解析式為u=Umsin(ωt+φuo)=310sin(100t+300)Vt=0.01S瞬時(shí)的電壓瞬時(shí)值為u=310sin(+300)V=310sin2100V=-155V5.2知識(shí)準(zhǔn)備5.2.8正弦交流電2.波形圖表示法圖中的橫坐標(biāo)表示時(shí)間t或角度ωt，縱坐標(biāo)表示隨時(shí)間變化的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流的瞬時(shí)值，在波形上可以反映出正弦交流電的三要素。5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的電磁裝置。它能將某一電壓值的交流電變換成同頻率所需電壓值的交流電，也可以用來(lái)改變交流電的電流數(shù)值，還可用來(lái)阻抗變換或改變相位。在電力系統(tǒng)、自動(dòng)控制及電子設(shè)備中，廣泛使用各種類型變壓器。變壓器圖形符號(hào)如圖5-23所示，T是它的文字符號(hào)。一、變壓器的用途和種類5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器變壓器種類很多，按用途可大致分為以下幾種：用于輸配電系統(tǒng)的電力變壓器；用于工業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)中直流拖動(dòng)的專用電源變壓器；用于電力系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)室等場(chǎng)合的調(diào)壓變壓器；用于測(cè)量電壓的電壓互感器、測(cè)量電流的鉗形電流表等測(cè)量變壓器；用于潮濕環(huán)境或人體常常接觸場(chǎng)合的安全變壓器。一、變壓器的用途和種類5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器變壓器主要由鐵心和線圈（也叫繞組）兩部分組成。鐵心構(gòu)成了變壓器的磁路通道。為了減小渦流和磁滯損耗，鐵心用磁導(dǎo)率較高而且相互絕緣的硅鋼片疊裝而成。在頻率為50Hz的變壓器中，每一硅鋼片的厚度約為0.35－0.5mm。通信用的變壓器常用鐵氧體或其它磁性材料作鐵心。按照鐵心構(gòu)造形式，可分為心式和殼式兩種。心式鐵心成“口”字形，線圈包著鐵心；殼式鐵心成“日”字形，鐵心包著線圈。二、變壓器的基本構(gòu)造5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器線圈是變壓器的電路部分。線圈用具有良好絕緣的漆包線、紗包線或絲包線繞成。在工作時(shí)，與電源相連的線圈叫做原線圈(初級(jí)繞組)；而與負(fù)載相連的線圈叫做副線圈(次級(jí)繞組)。絕緣是變壓器制造中的主要問(wèn)題，線圈的區(qū)間和層間都要絕緣良好，線圈和鐵心、不同線圈之間更要絕緣良好。為了提高變壓器的絕緣性能，在制造時(shí)還要進(jìn)行浸漆、烘烤、灌蠟、密封、去潮等處理。二、變壓器的基本構(gòu)造5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器變壓器是按電磁感應(yīng)原理工作的。如果把變壓器的原線圈接在交流電源上，在原線圈中就有交流電流流過(guò)，交變電流將在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，這個(gè)變化的磁通經(jīng)過(guò)閉合磁路同時(shí)穿過(guò)原線圈和副線圈。交變的磁通將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此，在變壓器原線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的同時(shí)，在副線圈中產(chǎn)生了互感電動(dòng)勢(shì)。這時(shí)，如果在副線圈上接上負(fù)載，那么電能將通過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如圖所示。三、變壓器的工作原理5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器1.變換交流電壓當(dāng)變壓器的原線圈接上交流電壓后，在原、副線圈中通有交變的磁通，若漏磁通略去不計(jì)，可以認(rèn)為穿過(guò)原、副線圈的交變磁通相同，因而這兩個(gè)線圈的每匝所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等。設(shè)原線圈的匝數(shù)是N1，副線圈的匝數(shù)是N2，穿過(guò)它們的磁通是Φ，那么原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別是三、變壓器的工作原理由此可得5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器如果忽略漏磁通和繞組上的壓降，則原、副繞組的電動(dòng)勢(shì)近似等于原、副邊電壓，即三、變壓器的工作原理因此得到可見(jiàn)，變壓器原、副線圈的端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。若K＜1，即N2＞N1，U2就大于U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器叫做升壓變壓器。如果K＞1，即N1＞N2，Ul就大于U2，變壓器使電壓降低，這種變壓器叫做降壓變壓器。如果K＝1，即N1＝N2，Ul就等于U2，變壓器輸入輸出電壓相等，這種變壓器叫做隔離變壓器。式中，K稱為變壓比。5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器如果忽略漏磁通和繞組上的壓降，則原、副繞組的電動(dòng)勢(shì)近似等于原、副邊電壓，即三、變壓器的工作原理因此得到可見(jiàn)，變壓器原、副線圈的端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。若K＜1，即N2＞N1，U2就大于U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器叫做升壓變壓器。如果K＞1，即N1＞N2，Ul就大于U2，變壓器使電壓降低，這種變壓器叫做降壓變壓器。如果K＝1，即N1＝N2，Ul就等于U2，變壓器輸入輸出電壓相等，這種變壓器叫做隔離變壓器。式中，K稱為變壓比。5.3任務(wù)實(shí)現(xiàn)5.3.1認(rèn)識(shí)變壓器2.變換交流電流由上面的分析知道，變壓器能從電網(wǎng)中獲取能量，并通過(guò)電磁感應(yīng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換后，再把電能輸送給負(fù)載。根據(jù)能量守恒定律，在不計(jì)變壓器內(nèi)部損耗的情況下，變壓器輸出的功率和它從電網(wǎng)中獲取的功率相等P1=P2。根據(jù)交流電功率的公式P=Ulcosφ可得，U1I1cosφ1＝U2I2cosφ2。式中，cosφ1是原線