电工技术基础与技能ppt单元3--电感和电容.ppt

第三章电感和电容,知识目标：掌握电容串联和并联的性质掌握磁场对电流的作用力公式和左手定则。掌握产生感应电流的条件、楞次定律和右手定则。掌握互感线圈同名端的判别。掌握变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换变化关系。技能目标：会使用万用表对电容进行简单检测会正确绘测电容器充放电特性曲线。会使用直流法和交流法测量变压器的同名端。,电感和电容,电容,电磁感应,磁路,互感,学习内容,电容,观察与思考,现象：电视机关机之后，电源指示灯为什么会过一会儿才熄灭？,答疑：实际上这是电视机内部的电容器和电感器在起作用。电容器和电感器是储能元件，当电视机正常工作时，电容和电感内部储存了电能，当电视机关机时，储存的电能就会释放出来，使电源指示灯还会继续亮一会儿，然后才逐渐熄灭。下面我们就先研究一下电容器。,电容,一、电容,常用电容器外形、名称、电路符号,铝电解电容,钽电解电容,瓷介电容器,电容,独石贴片电容,涤纶电容,聚丙烯电容,云母电容器,电容,可变电容,微调电容,电容,二、电容性质,电容C在数值上等于电容器在单位电压U作用下所存储的电荷量q,C电容容量，单位为法拉（F）；,电容常用的单位还有微法(F)、皮法(pF),电容反映了电容器储存电荷能力的大小,电容,三、电容选用,1、主要技术参数：标称电容量、允许偏差、额定电压、绝缘电阻、漏电流,2、参数标志：,1）字母数字混合标志法。其中数字表示有效数值，字母表示数值的单位。,2）数码标志法,3）直接标志法。,4）色码表示法。,电容,参数标志：,1）字母数字混合标志法。,用24位数字和一个字母表示标称电容量，其中数字表示有效数值，字母表示数值的单位。字母有时既表示单位也表示小数点。,例：,电容,2）数码标志法。,一般用三位数表示容量的大小，前面两位数字为电容器标称电容量的有效数字，第三位数字表示有效数字后面零的个数，单位是pF。如果用四位表示电容量的大小，数字大于1时，单位为pF，当数字部分大于0小于1时，其单位为微法（F）。,3300表示3300皮法（pF）680表示680皮法（pF）7表示7皮法（pF）0.056表示0.056微法（F）,例：,电容,3）直接标志法。在电容器上用数字直接标注出电容量、额定电压、允许偏差等。,4）色码表示法。用不同的颜色表示不同的数字，其颜色和识别方法与电阻色码表示法一样，单位为pF。色码的读码方向是：从电容器顶部向引脚方向读。,如：某个电容器第1、2、3的色环分别为棕、绿、黄，则电容器标称电容量为：,用万用表测电容,1.测量漏电电阻,2.电容器的断路、击穿检测,电容串并联,一、电容串联,1）每个电容器的极板上的电荷量q相等：,2）总电压等于各个电容器上的电压之和,3）总电容C的倒数等于各个电容器的电容倒数之和,例题,例：如图，电容C1和C2串联，C1=C2=220F，额定工作电压为150V，电源电压U=220V，求串联电容器的等效电容是多大？两只电容器两端的电压是多大？在此电压下工作是否安全？,解：,两只电容器串联后的等效电容为：,各电容的电荷量为：,两电容器两端的电压分别为：,（电容器在此电压下是安全的）,例题,例：有两只电容器：C1=5F/150V，C2=10F/250V，若将C1，C2串联起来，如图所示，接在300V的直流电源上，问两只电容两端的电压分别是多少？这样使用是否安全？,解：,两只电容器串联后的等效电容为：,各电容的电荷量为：,各电容器上的电压为：,结论：电容器C1C2可能会被击穿。,结论,结论：由于电容器C1的额定电压是150V，而实际加在它上面的电压是200V，远大于它的额定电压，所以电容器C1可能会被击穿；当C1被击穿后，300V的电压将全部加在C2上，这一电压也大于它的额定电压，因而也可能被击穿。,可见：电容值不等的电容器串联使用时，每只电容上分配的电压与其电容成反比，即电容小的电容器两端电压高，而电容大的电容器两端电压低。,电容器并联,二、电容器并联,2）电容器储存的总电荷量q等于各个电容上的电荷量之和。,1）每个电容器的电压相等。,3）并联电容器的总电容C等于各个电容之和。,【电容器并联的性质是】,例题,例：,如图所示电路，已知：,求:电路的总电容,(提示：先并联C2和C3，再与C1串联，求总电容；根据电容串联和并联的性质分别求出U1和U),例题,例：电容器A的电容为10F，充电后电压为10V，电容器B的电容为20F，充电后电压为25V，把它们同极性连接在一起，如图所示，其电压是多少？,解：,电容器A、B连接前的带电量分别为：,总电荷量为：,并联后的总电容为：,连接后的共同电压为：,电磁感应,观察与思考：,向前推力,谁有如此“神力”托起这庞然大物并控制其闪电般在城际间疾驰的呢？,磁悬浮列车,磁场,一、磁场与磁力线,磁体的周围存在磁力作用的空间，这种作用的空间就称为磁场。,磁场的方向：将小磁针放入磁场中某一点，当磁针静止时，其N极所指的方向即为该点磁场的方向。,磁感线,磁感线：磁感线是互不交叉的闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极；,在磁极附近的磁感线最稠密，远处较稀疏。,磁感线的疏密程度反映了磁场的强弱，磁感线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。,磁场,二、电流的磁场,通电导线周围也存在着磁场，这种现象就称为电流的磁效应,（1）通电直导线周围的磁场,(2）通电螺线管产生的磁场,通电直导线周围的磁场,通电直导线周围磁场的磁感线处于垂直于导体的平面上，其形状是一个个环绕着导体的同心圆,安培定则：右手握住通电直导线，让大拇指方向与电流方向一致，则四指环绕方向就是磁场方向。,通电螺线管产生的磁场,通电螺线管产生的磁场类似于条形磁铁，一端相当于N极，另一端相当于S极。,安培定则：右手握住螺线管，弯曲的四指指向与电流方向一致，则大拇指指向通电螺线管内部磁感线的方向即为通电螺线管的N极。,磁场的基本物理量,一、磁感应强度,描述磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度，常用符号B表示,单位是特斯拉，简称特（T）,在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的磁场力F与电流和导线长度的乘积之比叫做通电导线所在处的磁感应强度,若磁场中各点磁感应强度的大小和方向相同，这种磁场就称为匀强磁场，可用平行的等距离的磁感线表示。,磁场的基本物理量,二、磁通,磁通：在磁感应强度为B的均匀磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S。我们把B与S的乘积，定义为穿过这个面积的磁通量。,BS,单位是韦伯，简称韦，用Wb表示,磁场的基本物理量,三、磁导率,磁导率是一个表示媒介质导磁性能的物理量，一般用,表示。,真空中的磁导率：,相对磁导率：其它媒介质的磁导率与真空的磁导率的比值。,单位：亨/米（H/m）,1的物质叫反磁性物质,1的物质叫顺磁性物质,1的物质叫铁磁性物质,非铁磁性材料。,磁场的基本物理量,四、磁场强度,磁场中某点磁感应强度与媒介质磁导率的比值，叫做该点的磁场强度，用字母H表示,N通电线圈匝数，单位为匝,线圈中的电流，单位为A,线圈的长度，单位为m,磁场强度的数值只与电流大小及导体的形状有关，与磁场媒介质的导磁率无关。,磁场对电流的作用力,一、磁场对通电直导体的作用,磁场对电流的作用力,左手定则：平伸左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿入掌心，并使四拇指指向电流的方向，则大拇指所指的方向就是通电导体所受电磁力（也称安培力）的方向。,磁场对电流的作用力,把一段通电导线放入磁场中，当电流方向与磁场方向垂直时，电流所受的电磁力最大。,当电流I与磁感应强度B不垂直时（有一个夹角），可将B分解为平行于电流的分量B1（对电磁力无贡献）和垂直于的电流分量B2,例题,已知匀强磁场方向垂直黑板向里，且磁感应强度B=0.5T，导线中通入电流强度I=0.2A的电流，其方向如图所示。若导线长L=0.2m，求该导线所受安培力的大小及方向。,解：,因导线是垂直放入匀强磁场中，所以安培力大小为,F=BIL=0.2（N）,安培力的方向满足左手定则：,在黑板平面内且垂直于导线斜向上。,磁场对电流的作用力,二、磁场对通电线圈的作用,当线圈上有电流I通过时，与磁场方向垂直的两边就受到两个大小相等、方向相反的电磁力的作用，这一对力（也称力矩或转矩力）促使线圈转动，改变电流方向，转动方向也改变。,典型应用,1、直流电动机,（a）（b）,（c）（d）,典型应用,2、磁电式仪表,磁电式仪表广泛地应用于直流电压和电流的测量。,磁电系测量机构配上变换器还可用于交流功率或频率、相位等非电量的测量。,电磁感应,利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。产生感应电流的电动势称为感应电动势。,电磁感应,一、楞次定律,感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。,楞次定律说明了感生电流产生的磁通方向（其实质也就是感生电流的方向）,电磁感应,二、法拉第电磁感应定律,法拉第电磁感应定律：线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。,法拉第电磁感应定律说明了感生电动势的大小（闭环回路中说明的也就是感生电流的大小）。,电磁感应,三、长直导体的感应电动势计算,（1）当导体、导体运动方向和磁感线方向三者互相垂直时：,e感生电动势，单位为V；B磁感应强度，单位为T；l磁场中导体的长度，单位为m；v导体切割磁力线的速度，单位为m/s,电磁感应,如果导体运动方向与磁感线方向有一夹角。这个,运动方向可以分解为垂直切割磁力线方向和平行磁力线方向。则导体中的感应电动势为：,例题,在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一长度为L的直导体AB，可沿平行导电轨道滑动。当导体以速度向左匀速运动时，试确定导体中感应电动势的方向和大小。,解：,感应电动势的方向是B端为正，A端为负,设导体在t时间内左移距离为d，则导电回路中磁通的变化量为:,所以感应电动势:,直导体是线圈不到1匝的特殊情况，右手定则是楞次定律的特殊形式；,典型应用,发电机:,发电机就是应用导线切割磁力线产生感应电动势的原理工作的,知识拓展,自感现象:,这种由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。,自感电动势,自感电流,自感电动势的大小:,日光灯的镇流器就是利用线圈的自感现象。,自感现象也有不利的一面使开关的闸刀和固定夹片之间形成电弧,磁路,磁路：磁通所通过的路径叫做磁路,磁路的物理量,1、磁通势：通过线圈的电流I和线圈匝数N的乘积。,单位是,2、磁阻：就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用。,为磁导率,磁路的长度,磁路的横截面积,磁阻的单位为,3、磁路的欧姆定律：通过磁路的磁通与磁通势成正比，与磁阻成反比,磁屏蔽,电磁屏蔽是利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。,一方面，磁屏蔽可用来保护电子线路免受诸如永磁体、变压器、电机、线圈、电缆等产生磁场的干扰；另一方面屏蔽强的磁干扰源使它免于干扰附近的电子设备正常工作也是一个重要目的。,铁磁材料和金属良导体材料是常用的屏蔽材料,磁路和电路的比较,互感,观察与思考:,手机等待充电装置：内置接收线圈,你知道如图所示的手机、备用电池充电器、MP4播放器等电子设备是如何充电的吗?,充电垫等电源提供装置：内置发射线圈,互感现象,由一个线圈中的电流发生变化而在一个线圈中产生电磁感应现象称为互感现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势,M称为互感系数单位是亨（H）,为L2中的电流变化率,互感线圈的同名端,我们把由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的端子称为线圈的同名端,用“”或“”表示,互感线圈的同名端,线圈同名端判断的基本步骤:,1）确定原磁通方向；,2）判定穿过回路的原磁通的变化情况（根据原线圈中电流的变化）；,3）根据楞次定律再假定互感线圈闭合来确定感应电流的磁场方向；,4）根据右手螺旋法则，由感应电流的磁场方向来确定感应电流方向，从而推导得出自感电动势和互感电动势的指向，并确定两线圈的同名端,直流法判断同名端,将线圈A与电阻R及开关SA串联起来，再接上直流电源。线圈B接直流电压表。合上开关SA的瞬间如果电压表指示为正向电压，则3与1为同名端，否则3与l为异名端,变压器,一、变压器概述,变压器主要由铁心和线圈(也叫绕组)两部分组成。,铁心是变压器的磁路通道。,线圈是变压器的电路部分。,与交流电源相联接的线圈称为原绕组（又称原边、初级或一次侧），其匝数为Nl,另一线圈联接到负载（用电设备）上，称为副绕组（又称副边、次级或二次侧），其匝数为N2,变压器,变压器电路图形符号：,常见变压器,电力变压器,中频变压器,环形脉冲变压器,E形铁心控制变压器,C形铁心控制变压器,小型电