线圈制造

线圈制造（精选5篇）

线圈制造 篇1

0前言

面对电炉市场呈现的活跃态势, 电炉变压器的需求量也在不断加大。为了迎合市场需要, 各个变压器制造厂家纷纷开发出110KV直降式电炉变压器、单相电炉变压器、110KV单相多等级跳级调压直降式变压器新产品。直降式电炉变压器可将66-220KV高电压直接降到电炉需要的百级伏工作电压, 节约了一台中间调压变压器, 广泛应用于冶金, 炼钢, 硅铁等行业。由于能节省一台中间调压变压器, 用户一次性投资少, 电能总的损耗水平降低, 市场前景广阔。相对常规电炉变压器产品, 无论是从设计开发上, 还是生产制造工艺都具有挑战性, 尤其变压器线圈制造工艺更是重中之重。

1 基础理论

变压器线圈是变压器的重要组成部分, 可以改变电压得到两种或几种不同的电压。线圈与铁心一起构成变压器器身。变压器线圈是由导线绕成的, 也就是导线直接与各种绝缘件组合成一个整体。不同容量和电压的变压器线圈, 其绕制形式、匝数、导线截面、并绕根数、绕向、线圈连接及绝缘结构亦不相同。

对变压器线圈的要求是:要具有高的电气性能和机械强度、耐热、防潮, 便于制造等。随着变压器的电压和容量升高, 这些要求趋于更加严格, 线圈和绝缘件结构更加复杂, 制造难度加大。在满足变压器各种性能指标的前提下, 制造出质量优良的变压器产品, 其优良的的变压器线圈制造工艺技术显得尤为重要。

2 线圈的绕制工艺及线圈的压装和干燥

在变压器线圈的绕制过程中, 主要依靠绕线工人的操作来保证线圈尺寸和各种绝缘零件的就位。因此, 绕线工人必须熟练掌握其绕制线圈的结构和技术要求, 明确图纸要求、按相应的工艺规程进行操作, 多数线圈制造 (工艺过程) 是相同的。在绕制前做好准备工作, 根据线圈结构、外形尺寸、重量, 准备工装模具。把所需的导线、撑条、垫块等送到绕制线圈的工作地点。在线圈绕制完毕后, 为了使线圈高度达到计算尺寸, 还要经过线圈压装、干燥, 以便线圈紧实和从绝缘中排出水分。

在变压器运行中的线圈要受到电动力的作用, 尤其发生短路时, 绕制内通过的电流将超过额定电流的好多倍, 辐向力和轴向力很大, 会使线圈失稳变形损坏。因此线圈绕制时要保证辐向绕制紧实, 轴向尺寸需要通过线圈的压装工艺加以保证。

对于变压器线圈绝缘干燥处理对稳定线圈轴向尺寸极其重要, 因为线圈是由导线和绝缘件材料制成的, 绝缘纸板和电缆纸是由纤维材料制成的, 具有多孔性, 有较高的吸潮和吸油率。当干燥后的绝缘材料吸油后, 其电气性能显著提高。干燥彻底程度决定了线圈定型尺寸、对压紧器身、线圈尺寸调整和控制安匝平衡有直接影响。干燥处理的好坏不仅影响线圈的轴向尺寸和质量, 还影响变压器装配质量和生产效率。

3 实例

前不久, 我厂生产的HKSSPZ-12600/110电炉变, 通过其线圈制造过程中, 需要注意的事项做以详细的介绍。

它是一种直降式电炉变压器, 就是采用增加串联变压器的调压方式, 其结构复杂对线圈的主、纵绝缘要求更严, 绝缘结构更复杂。主、串变低压线圈串连在一起, 分接开关的电流可大大降低, 调压范围广, 一次电压不受分接开关绝缘水平的限制, 可由高压直接降低到电炉所需的低压, 省去了中间变电站, 调压线圈经特殊设计可接补偿电容器, 以补偿电网的功率因数。

由于要提高高压线圈及器身的绝缘水平, 该台变压器线圈采用全绝缘结构形式, 不同于一般的110KV直降式电炉变压器高压侧接线Y接方法, 全绝缘产品要求D接, 这样就大大增加了变压器高压线圈在设计制造上的难度。主变的高压线圈为纠结连续式, 其纠结式线圈是连续式线圈段间线匝纠绕而成。线匝不以自然数列顺序排列。而是在数列相邻的两个线匝中插入一个数字不相邻线匝, 在双段纠结中, 实际上它是连续的线圈两段两段相互交换, 然后串接而成, 这种方法并绕导线比实际并联导线长度增加一倍。并且是两根不同导线始末端串接, 方能形成电气通路而没有短路线匝。它的绕制是在立式绕线机上完成的。因为高压线圈D相电压大, 匝数多, 饼间电压差大, 对线圈纵绝缘要求高, 油道要求高, 垫块采用高密度纸板并进行密化处理, 高压线圈首末端电压高, 绕制时要在线圈的首末端的绝缘均需做加强处理, 放置静电板和角环, 线圈端部打把绑扎, 同时静电板焊接处做好圆整及屏蔽处理。

辅变的高压线圈为单根并绕连续式, 绕制连续式线圈可以用卧式绕线机和立式绕线机。它的绕制特点是一段一段地绕制, 绕制时保证线圈的各种尺寸。

低压线圈为8字双饼式, 采用8字形线圈。采用8字形线圈的好处就是可以免去串变低压线圈和主变低压线圈繁琐的焊接工序, 使它们的距离缩小。每个8字形双饼为一个单元, 每相就是由这样的若干个双饼单元并联而成。这台变压器低压线圈是由6根导线并绕, 每相线圈3匝, 在卧式绕线机, 8字线圈绕线模上绕制。要求要整理好模具, 注意线圈出头位置。线圈绕完后需要带压进行干燥。

调压线圈为四螺旋20根导线并绕的螺旋式结构, 用大型卧式绕线机, 注意防止线圈反弹, 要求线圈端部打把绑扎, 并在线段间用收缩带纵向收紧, 线圈在绕完后卸下绕线机前就将上下绝缘端圈上好固定住。把线圈出头单根先固定好, 然后几根出头一起统包。用无纬玻璃丝粘带在线圈端部均匀绑扎2道, 并在玻璃丝粘带下部垫0.5mm纸板, 纸板宽度要超过粘带宽度10mm。线圈出头垫0.5mm纸板分包再统包。并要求线圈辐相尺寸做到零工差或负公差, 以满足装配要求。线圈绕完后需要带压进行干燥。

本台电炉变压器线圈所用绝缘件都必须经过特殊处理, 每个线圈的油隙垫块、撑条都要进行密压、去毛、倒角处理, 提高绝缘强度。器身绝缘垫块要用特硬纸板热压粘制作。线圈在绕制过程中要严格按照图纸和工艺守则的要求, 线圈出头位置及出头处绝缘包扎牢固紧实, 要防止线圈反弹。导线换位及接头处焊接要求平整无毛刺, 包扎到所要求的绝缘尺寸。

由于该台器身为不吊芯结构, 干燥采用最先进的煤油气相干燥法严格执行工艺守则。线圈加工好后对单个线圈进行带压干燥, 测量出线圈压缩后高度, 因为使用同一压板对高、中、低压线圈进行压装, 要将高、低、调压线圈调整到同一高度, 再用一个压板进行压装, 误差小于2mm, 并且内层线圈不得高于外层线圈, 并施加相性的压力, 最终达到设计要求的高度。以满足该台电炉变压器对线圈主绝缘和纵绝缘的更高要求。

在HKSSPZ-12600/110变压器线圈制造过程中, 加强工艺管理, 控制生产过程中每个线圈的绕制质量以及保证线圈绕制后装配尺寸的配合, 生产出合格优质的产品。

4 总结

通过以上对线圈制造工艺的简单介绍, 随着科学技术的发展, 制造水平也在不断的提高。电炉变压器产品的质量也将会达到一个新的水平。

参考文献

[1]《变压器手册》编写组.电力变压器手册[S].沈阳:辽宁科学技术出版社, 1989.

[2]谢毓成.电力变压器手册[S].北京:机械工业出版社, 2003.

[3]变压器制造技术丛书编审委员会编.变压器线圈制造工艺[M].机械工业出版社, 1998.

自主改良加热线圈形状尺寸 篇2

关键词： 热处理；加热线圈；焊缝；力学性能

中图分类号： TG457.11

Abstract： In order to improve the quality of welded joint， reducing temperature difference during the different parts of the welded joint as the head of rail， rail web and the rail flange is our target of grain？refining. We analyzed all kinds of factors about temperature difference as induction coil’s shape and dimension， heating temperature， frequency and power in this experiment. The test results indicate that the induction coil’s shape and dimension is the basis of process parameter optimization. Hong-hai Welding Rail Plant， according to the level of roller line and the actual situation of power control cabinet， the shape size proportion of the induction coil is improved by ourselves. The microstructure and grain size of the weld have been improved remarkably.

Key words： heat treatment；induction coil；weld；mechanical properties

1改良热处理加热线圈的背景

为了检测焊缝热处理加热效果，对钢轨焊接接头取样分析钢轨显微组织和晶粒度，取样部位和尺寸如图1所示，铁标TB/T 1632—2014针对接头力学性能有关规定：轨头和轨底脚晶粒度不低于8级；三角区晶粒度不低于6级。正火后的热影响区宽度应在60～80 mm之间。

红海焊轨厂现先后对热处理的加热温度、电源功率、频率、冷却温度和喷风压力5个参数进行多次不同程度的排列组合，均难以完成对焊缝热处理的工艺参数调试，实现接头力学性能达标的目的。逐渐摸索出：受热处理设备性能参数的影响，功率和频率以及加热温度等搭配的选择性不够，加热线圈的形状以及比例尺寸对参数调试和加热效果有很大的影响，容易导致整个断面的接头加热不均匀。主要表现在：①三角区温度过高，但轨底脚温度过低（测温位置为轨脚边缘10 mm以内），轨底脚温度停留在800 ℃后就难以提升，对操作者作业精度要求较高；②因为轨底脚温度不够而轨脚奥氏体化不完全，导致轨底脚组织晶粒粗大，可以通过焊缝超声波探伤检测出轨底脚晶粒度粗大而引起的粗晶波；③加热时间过长而引起的热影响区宽度过宽，容易使接头在线路上出现类似马鞍形的外观尺寸缺陷。

从多个厂商采购的加热线圈都有着不同程度的匹配差异，难以找到合乎焊轨基地实际工况的理想线圈。因此自主改良热处理加热线圈至关重要。

2热处理加热线圈优化措施

2.1加热线圈改良的依据

基地钢轨焊接采用中频感应加热的方式，加热时不同部位有各自特点： 轨头截面尺寸较大，容易使温度停留在表面，难以达到轨头心部与表面同温。轨底脚边缘处与空气对流强烈，到磁化温度（770 ℃） 以后升温慢。轨腰下部的三角区升温快，散热慢，往往是整个断面温度最高的部位，但温度过高，容易导致晶粒长大。因此保持接头各个部位加热温度相差不大，即接头加热均匀性是改良加热线圈尺寸的出发点。

2.2加热线圈改良细节

对加热的重要工装器具——热处理加热线圈进行改造，原有感应圈以及尺寸如图 2中右侧所示，经过不断的进行修改和尝试，通过试验的方法来验证，最终确定得出的感应圈尺寸如图2左侧所示，两个加热线圈的不同之处在于：加热线圈轨底板的形状变化，呈圆弧状代替直线。轨头、轨腰、轨底脚部位与待加热钢轨各个部位的间距，具体尺寸见表1。优化后的线圈，线圈与钢轨轨底表面的距离增大，减缓了轨底三角区的温度上升速度；轨头部位距离增大，增加了轨头导热时间；轨底脚部位距离减小，保证了加热速度，降低了热量对流，使接头在全断面范围内更加均匀地加热。

3结果检验

3.1为正火工艺参数调试打下基础

为了达到了钢轨全断面加热均匀的目标，改善了加热线圈形状尺寸之后，根据钢轨个各个部位截面尺寸的不同，加热间距不同，保障了接头各个部位心部温度基本相同，建立了参数调试统一性，如实际加热过程中，以轨头温度为测量基准，兼顾了轨腰和轨底等部位的温度值，表2是简单确定了加热温度和喷风压力后，就可确定正火工艺参数，跟之前相比，以轨头加热温度为设置值，为了补偿轨底脚温度而采用大幅提高轨头加热温度的方式，但为了降低轨底三角区温度又采取降低轨头加热温度措施，改良加热线圈尺寸解决了这一矛盾。

3.2宏观检验

利用焊接接头的纵断面硬度试件，对接头进行宏观检验：接头热处理后的热影响区已覆盖原焊接影响区，见图3，以焊缝两侧软化区的内边界硬度值确定的热影响区（图3中双箭头标识）宽度为70 mm，符合60～80 mm的标准。

焊缝处晶粒度检验结果如图4所示，可见焊缝和热影响区显微组织为珠光体和铁素体，未见异常组织，利用焊缝的铁素体网进行晶粒度评级，轨头晶粒度为9 级，轨底中为 7.5 级，轨底角1和轨底角2均为 10级。

3.4日常生产中效果检验

改良后的加热线圈配套工艺参数，样品送专业机构检验合格以后，在生产过程中，对接头轨头和轨底部位日常监控，温控正常，轨头温度设置成910 ℃为控制温度，轨底脚温度可以提高至830 ℃左右，大幅高于770 ℃，表3是改良加热线圈后的生产监控数据，加热温度误差小，加热时间稳定，从而保障了钢轨焊缝热处理质量稳定。

4总结

（1）合理的钢轨闪光焊接头热处理参数能够科学提高焊缝质量，仅进行热处理工艺参数的调试难以实现力学性能达标的目的。

（2）热处理工艺参数调试应该基于合理形状尺寸的加热线圈。（3）自主改良热处理加热線圈更能符合焊轨基地实际工况的要求。

线圈制造 篇3

空冷135MW汽轮发电机转子线圈技术, 具有较高的难度系数。其采用的结构是四角焊接结构, 对特别的部分如直线和端部, 均采用了特殊加工的方法。尤其是端部的硬铜排加工之后滚弧成型工艺, 都体现了空冷135MW汽轮发电机转子线圈技术的独特之处。当然, 在技术的设计制造过程中具有难度的还包括通风孔质量方面、倒角尺寸与图纸要求、端部加工成型后型状、端部接头经过加工后弦长的尺寸、以及在整个焊接过程中的质量问题。

1 空冷135MW汽轮发电机转子线圈结构分析

相关机械的制造技术都要在结构基础上进行研发, 空冷135MW汽轮发电机转子线圈技术也不例外。从结构上来看, 空冷135MW汽轮发电机转子线圈有由槽和铜排这两个部分组成。在空冷135MW汽轮发电机转子线圈中槽为32 个, 每个槽里面是铜排, 铜排总共有24 根, 其中有梯形铜排8 根, 其它全部为矩形铜排。铜线均设置有双排的通风孔, 大概在每股铜线基本长度内有40 多个通风孔。端部的设计是采用硬铜排金加工的方式进行, 在经过滚弧成型之后, 加工成轴向的鱼尾接头。这种制造工艺要求焊接要在绝缘粘接之后方能进行, 另外一侧的焊接口要到下线时再进行焊接, 从而保证各个铜排都能良好运转。

2 空冷135MW汽轮发电机转子线圈工艺流程分析

空冷135MW汽轮发电机转子线圈技术的研发成功, 离不开全体科研技术人员的艰难攻关, 更与其精细、独特的工艺流程是分不开的。空冷135MW汽轮发电机转子线圈技术, 工艺流程在其结构的基础上, 分为直线加工的工艺流程、端部加工的工艺流程、直线线圈与端部线圈组合焊接的工艺流程。直线加工:开箱挑料→组合、打标记→冲孔→通风槽加工→组合划接头加工定位线→接头加工→匝间绝缘;端部加工:开箱挑料→端面定尺加工→组合划线、打标记→通风槽加工→接头加工→喷砂;直线线圈与端部线圈组合焊接→打磨→包装。每一个步骤均按照操作规程严格执行。

3 空冷135MW汽轮发电机转子线圈核心技术分析

3.1 冲孔倒角采用一次成型工艺完成

冲孔的完成, 采用了数控传动装置进行, 这种装置通过与冲床的密切配合而完成。为了保证通风孔的距离, 需要在通风孔的周围进行倒角, 这种倒角需要通过模具进行。要事先在模具上加装倒角的功能, 通过冲模与冲孔的接触挤压进行倒角。利用这种方式进行倒角, 可以有效控制好倒角时的尺寸, 把握其与通风孔的对应位置关系, 能够在保证通风孔尺寸的基础上, 在一台设备和一道工序下一次完成。这种冲孔倒角的工艺, 在通风孔尺寸与图纸相符的前提下, 完成一次成型。不仅技术先进, 而且可以对生产效率和产品质量的提升, 起到一定的促进作用。此结构冲孔模具后, 在完全保证通风孔尺寸要求的基础上, 使得直线冲孔倒角完全在一台设备一道工序一套模具上完成, 极大地提高生产效率和产品质量。

3.2 端部铜排金加工采用数控设备完成

空冷135MW汽轮发电机转子线圈技术的成功, 不但运用了各种先进的工艺, 还运用到一系列设备, 数控设备就是其中重要的设备之一。端部铜排金加工在立式数控加工中心进行, 首先要找到基准点, 在数控设备上利用对刀仪在床面上确定基准点。并与图纸核对后, 在铜排上标出中心线, 并与基准点对齐, 之后将铜排夹紧进入数控程序的编制, 依次完成各项工序。端部铜排金加工采用数控设备完成, 在减小误差的同时, 大大提高了产品的生产加工率。无论在产品质量还是在生产效率上, 都完成了质的飞跃。

3.3 端部滚弧“死弯”采用加装辅助铜排完成

空冷135MW汽轮发电机转子线圈技术, 在研发运行阶段也遇到一些困难, 比如端部滚弧会出现“死弯”的问题, 这也是长期困扰实际工作的问题。科研人员在项目中大胆尝试, 运用滚弧加装辅助铜排的方式完成后, 效果比较理想。因为端部铜排需在滚弧前预先加工直槽和45°通风槽, 在滚弧过程中45°槽位置受到挤压不同程度产生变形, 出现“死弯”。为防止铜排45°位置出现“死弯”, 在线匝滚弧时加带一根辅助铜排一同进行滚弧, 彻底解决端部滚弧出现死弯的现象。

3.4 滚弧后端部接头加工问题的解决

端部采用硬铜排滚弧后加工接头, 为保证各匝弦长及弧长尺寸必须成组加工接头。首先, 由于该线圈结构特性如果弧长和鱼尾接头尺寸出现偏差, 下线时焊口无法对正, 且没有调节余量。其次, 该机组端部接头为轴向接头。根据现有加工工艺和相关胎具、刀具、仅能在卧式铣床加工。鱼尾接头和弧长加工需分开在卧铣床和立铣床上分别加工, 存在二次装夹问题, 加工精度难以保证。经过认真分析后, 决定新提专用成型立铣刀, 专用底座及铣胎, 在数控立式铣床上装夹胎具后一次装夹分别加工两侧平头及鱼尾接头, 此方法能在保证加工精度的同时提高加工效率。

4 结束语

空冷135MW汽轮发电机转子线圈, 在其结构上与发电机的结构有一些相类似的地方。但其在加工工艺方面又有着特殊性, 这种特殊性为加工的过程也带来了不小的难度。项目技术人员通对产品结构的反复分析和论证, 结合多年的实际研发经验, 最终攻克下空冷135MW汽轮发电机转子线圈这项技术, 并且效果比较理想。经过下线实践反馈完全符合设计的要求, 技术完成的很成功。这项技术的研发成功, 大大提升了火电转子线圈的制造能力。

参考文献

[1]靳慧勇.大型空冷汽轮发电机耦合场数值计算[D].哈尔滨理工大学, 2006:1-10.

[2]金熙, 袁益超, 刘聿拯, 等.大型空冷汽轮发电机冷却技术的现状与分析[J].大电机技术, 2004 (4) :33-37.

巧用线圈角色 速解自感问题 篇4

1 角色一：通电瞬间——线圈相当于无穷大电阻

【问题情境一】 如图1所示的电路，两灯泡规格相同，接通开关后调节电阻R，使两个灯泡亮度相同，然后断开电路，再次接通.

【现象】 再次接通的瞬间，A2先亮，A1逐渐亮起来.

【原因分析】 由于A2支路为纯电阻不产生自感现象，而线圈L中因为电流增大产生自感电动势，感应电流方向与原来电流方向相反，阻碍A1支路电流的增大.

【自感線圈角色分析】 自感线圈总是阻碍自身电流的变化即对变化电流有阻碍的作用，阻碍作用的大小叫感抗，类似于电路中的电阻.因此，在通电的瞬间，自感线圈就扮演了一个无穷大电阻的角色，阻碍电流的增大.但是只能暂时阻碍，不能阻止，线圈中的电流会从零逐渐增大到稳定值，所以A1支路的电流虽增大的慢一些，最终还是增大了，A1逐渐亮起来.

2 角色二：电路稳定后——线圈就是普通电阻

在【问题情境一】中，当电路再次稳定后，两个灯泡亮度仍然相等.

【自感线圈角色分析】 电流不再发生变化，自感线圈就不会再有自感电动势，这时候，线圈就是一个普通的电阻.具体的阻值以题目中交代的为准.通常有这几种情况：（1）导线，没有直流电阻.（2）阻值很小的电阻（3）与题目中某一个电阻阻值相等.

3 角色三：断电时——线圈充当电源角色

【问题情境二】 如图2所示的电路，灯泡与自感线圈并联在电路中，闭合开关稳定后，再断开开关.

【现象】 断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗.有时灯泡A会闪亮一下，然后逐渐变暗.

【原因分析】 如图3所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流为I1=Er（电源内阻不计），方向由a→b；流过灯泡A的电流I2=ER，断开S的瞬间，I2立即消失，而由于线圈的自感，I1不会马上消失，线圈总力图维持I1的存在，所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，灯泡不会马上熄灭，甚至有时会闪一下再逐渐变暗.

【自感线圈角色分析】自感线圈总是阻碍自身电流的变化，因此，在断电的瞬间，自感线圈就产生了与原来方向相同的自感电动势，扮演了一个电源的角色，为灯泡供电.断电时，线圈中的电流方向不变，电流由原来稳定时的值逐渐减小，灯泡中的电流等于线圈中的电流，方向与线圈电流构成回路.

4 断电自感拓展分析

拓展一 断电前后灯泡中电流大小及方向的变化

【问题情境三】 如图3所示电路中，L为自感系数很大，电阻为RL的线圈，A为一阻值为RA的小灯泡，已知RL>RA，电源的电动势为E，内阻不计，某物理实验小组的同学们把S闭合一段时间后开始计时，记录各支路的电流，测得流过L的电流为i1，流过灯A的电流为i2，并在t1时刻将S断开，画出了通过灯泡A的电流随时间变化的图象（图4），你认为正确的是

解析 当S闭合时，由于RL>RA，故开始一段时间内，各支路电流之间的关系为i2>i1，流过灯A的电流方向从左向右，S断开时，由于L的自感作用，流经L的电流方向从左向右不变，大小由原来的i1逐渐减小，它与灯A构成闭合回路，由此可知灯A的电流方向与原来相反，大小与L中电流相同，即由i1逐渐减小，故A、B、C错，D对.

【情境说法】 断电瞬间，线圈充当电源，通过线圈的电流方向不变，大小由稳定时的值i1逐渐变小.通过A的电由线圈电流决定，大小与方向都发生了变化：大小i2变成i1，方向由从左向右变成从右向左.

拓展二 探讨灯泡“闪一下”的条件

【问题情境四】 如图5甲、乙电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡发光.下列判断正确的是

A.在电路甲中断开S，灯泡将渐渐变暗

B.在电路甲中断开S，灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗

C.在电路乙中断开S，灯泡将渐渐变暗

D.在电路乙中断开S，灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗

解析 选A、D.电路甲稳定时，IL=I灯，断开S时，线圈L与灯泡、电阻R组成临时回路，自感电动势阻碍电流减小，线圈及灯泡中电流逐渐减小，灯泡渐渐变暗，A正确，B错误.电路乙稳定时，IL>I灯，断开S时，线圈L与灯泡、电阻R组成临时回路，由于自感作用，线圈中电流逐渐减小，灯泡中电流与线圈中电流大小相等，先变为IL，后逐渐减小，所以灯泡先变得更亮，然后渐渐变暗，C错误，D正确.故选A、D.

【情境说法】

（1）关键点：断电前后灯泡中电流的比较.

（2）灯泡中的电流是突然变大还是变小（也就是说灯泡是否突然变得更亮一下），就取决于电路稳定时IL与I灯谁大谁小，也就是取决于灯泡电阻R和线圈直流电阻r谁大谁小.

①如果R>r，就有IL>I灯，灯泡会先变得更亮一下才熄灭.

②如果R=r，灯泡会由原亮度渐渐熄灭.

③如果R

5 巧用角色速解题

现在，可以用前面总结的方法，巧用线圈角色速解自感问题了.

【针对训练】 如图6所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，E为电源，S为开关.关于三盏灯泡，下列说法正确的是

A.合上开关，c、b先亮，a后亮

B.合上开关一会后，a、b一样亮

C.断开开关，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭

D.断开开关，c马上熄灭，b闪一下后和a一起缓慢熄灭

【思路探究】 （1）闭合S时，电路中形成几个回路？哪个回路中含有自感线圈？

（2）断开S时，线圈与哪些灯泡组成回路？

（3）利用角色分析：当电路接通瞬间，自感线圈相当于断路；当电路稳定时，相当于电阻，如果线圈没有电阻，相当于导线（短路）；当电路断开瞬间，自感线圈相当于电源.

（4）断电自感现象中，灯泡闪亮与否，要看断前L中的电流与灯泡中电流的关系.

解析 闭合开关S时，由于线圈L的自感作用，流过a灯的电流逐渐增大，所以a灯后亮，b、c灯与电源构成回路，所以b、c灯先亮.故A正确，合上开关一会后，电路稳定，L是一个直流电阻为零的自感线圈，可视为导线，a、b灯完全相同，并联电压相同，故a、b灯一样亮，故B正确.断开开关瞬间，a、b灯与线圈构成闭合回路.由于L的自感作用，a、b灯的电流要逐渐减小，故c灯马上熄灭，a、b灯缓慢熄灭，C错误.由于电路稳定时，a、b灯中电流相同，故b灯无闪亮现象，D错误.

线圈制造 篇5

关键词：线圈并联,磁通量,自感系数

众所周知,当两个线圈串联时,通过整个线圈的磁通量等于通过两个线圈磁通量的和。在确定两个线圈串联后的等效自感系数时,可以利用磁通量的方法,也可以用感应电动势的方法。但在确定两个线圈并联后的等效自感系数时,人们通常利用感应电动势的方法[1,2,3],迄今为止还未见到用磁通量的方法。因为这里存在一个长期困扰研究者的基本问题,即当两个线圈并联时,通过两个线圈的磁通量之间满足什么关系?文中将试图回答这一问题。

1 命题与证明

命题 在不考虑线圈电阻的条件下,对于线圈并联,通过两个线圈的磁通量相等。

证明 假设有线圈1和线圈2,它们的自感系数分别为L1和L2,之间的互感系数为M,不考虑它们的电阻,把两个线圈并联,如图1所示。设干路中通有电流I,两个支路中电流分别为I1和I2,则有

I=I1+I2 (1)

当电流变化时式(1)仍然成立。

对式(1)两边对时间求导,有

$\frac{\text{d}{\rm I}}{\text{d}t}=\frac{\text{d}{\rm I}{}_1}{\text{d}t}+\frac{\text{d}{\rm I}{}_2}{\text{d}t}$ (2)

当电流变化时,在线圈1中会产生自感电动势εL1和互感电动势ε12,在线圈1中总的感应电动势ε1为

$\epsilon {}_1=\epsilon {}_{L1}\pm \epsilon {}_{12}=-L{}_1\frac{\text{d}{\rm I}{}_1}{\text{d}t}\mp {\rm M}\frac{\text{d}{\rm I}{}_2}{\text{d}t}$ (3)

在式(3)中,符号“±”及“∓”的取法,对于顺并联取上面的符号,对于反并联取下面的符号,以下同。

同样,在线圈2中总的感应电动势ε2为

$\epsilon {}_2=\epsilon {}_{L2}\pm \epsilon {}_{21}=-L{}_2\frac{\text{d}{\rm I}{}_2}{\text{d}t}\mp {\rm M}\frac{\text{d}{\rm I}{}_1}{\text{d}t}$ (4)

设两个线圈并联后的等效自感系数为L,则等效线圈的自感电动势εL为

$\epsilon {}_L=-L\frac{\text{d}{\rm I}}{\text{d}t}$ (5)

由于不考虑线圈的电阻,所以在任意时刻t,有

εL=ε1=ε2 (6)

将式(2)～式(6)联立,可得到两个线圈并联后的等效自感系数

$L=\frac{L{}_{1}L{}_2-{\rm M}{}^2}{L{}_1+L{}_2\mp {\rm M}{}^2}$ (7)

令Φm1=L1I1±MI2,Φm2=L2I2±MI1,Φm=LI。Φm1、Φm2和Φm分别表示t时刻通过线圈1、线圈2和等效线圈的磁通量。则式(3)～式(5)可分别表示为

$\epsilon {}_1=-\frac{\text{d}\Phi {}_{m1}}{\text{d}t}$ (8)

$\epsilon {}_2=-\frac{\text{d}\Phi {}_{m2}}{\text{d}t}$ (9)

$\epsilon {}_L=-\frac{\text{d}\Phi {}_m}{\text{d}t}$ (10)

式(8)～式(10)正是法拉第电磁感应定律。

由式(6)得,在任意时刻t

$\frac{\text{d}\Phi {}_m}{\text{d}t}=\frac{\text{d}\Phi {}_{m1}}{\text{d}t}=\frac{\text{d}\Phi {}_{m2}}{\text{d}t}$ (11)

将上式两边同乘以dt,得

dΦm=dΦm1=dΦm2 (12)

即在相同的时间内,通过每个线圈的磁通量的增量相等,且等于等效线圈磁通量的增量。

假设在t=0时刻,I=I1=I2=0,Φm=Φm1=Φm2=0,则在任意时刻t,有

Φm=Φm1=Φm2 (13)

即在任意时刻t,通过两个线圈的磁通量相等,且等于通过等效线圈的磁通量,证毕。

2 应用

下面用磁通量的方法确定两个线圈并联后的等效自感系数。在任意时刻t

I=I1+I2 (14)

通过线圈1的磁通量为

Φm1=L1I1±MI2 (15)

通过线圈2的磁通量为

Φm2=L2I2±MI1 (16)

通过等效线圈的磁通量为

Φm=LI (17)

根据文中的结论,有

Φm=Φm1=Φm2 (18)

将式(14)～式(18)联立可得到两个线圈并联后的等效自感系数

$L=\frac{L{}_{1}L{}_2-{\rm M}{}^2}{L{}_1+L{}_2\mp {\rm M}{}^2}$ (19)

显然,利用磁通量的方法确定线圈并联后的等效自感系数比用感应电动势的方法更为简单。

3 结束语

利用法拉第电磁感应定律证明了:对于理想线圈(即不考虑电阻),在线圈并联时,通过每个线圈的磁通量相等,且等于通过整个回路的磁通量。对于理想线圈的串并联可总结为:线圈串联,电流相等,磁通量相加;线圈并联,磁通量相等,电流相加。利用磁通量的方法确定线圈并联后的等效自感系数比用感应电动势的方法更为简单。

参考文献

[1]林祥立.两并联线圈总等效自感系数的确定[J].六盘水师专学报:自然科学版,1995(4):64-67.

[2]梁明智.具有互感的线圈的串联和并联[J].赤峰学院学报:自然科学版,2009,25(1):13-14.