电磁现象（共10篇）
电磁现象 篇1
传统教学是一种“填鸭式”的教学, 缺少新的教学理念和教学手段。当今, 要求教师更新观念、转变教学方式, 以人为本采取互动式的学习。只有这样才能给学生提供展示自己的机会, 使学生的思维活跃, 使每个学生在不同的层面上都有所收获和发展。
现代化不是理论化, 面向理论教材, 不仅在内容现代化方面作出了努力, 且在叙述形式、语言使用均较优秀, 教材更表现出生动活泼的气息。因此, 在教学过程中, 要营造这种生动活泼的气氛。为贯彻这一思想, 在初中《电磁感应现象》实验过程中, 我采取了如下教学方法。
一、鼓励学生提出问题, 引导学生探究物理规律
物理学家海森堡说:“提出正确的问题, 等于解决了问题的一半。”从这个意义上讲, 应培养学生的问题意识, 鼓励学生提出问题, 使学生在新材料、新情境、新问题面前勇于质疑, 这样学生就不再是消极的接受者, 而是积极的探索者。如在学习法拉第实验“磁是如何生电的”时, 教师可以提出问题:什么情况下磁场中的导线能够产生电流?然后让学生猜想与假设:可能与导体在磁场中的运动有关;最后再提出探究方法:让导体在磁场中运动, 观察什么情况下有电流产生, 并尝试改变电路中产生的电流。实践中, 学生提出的问题和方案很多, 但教师不能否定学生的观点, 应该多鼓励学生提出自己的观点, 让学生大胆去猜想。所以在《电磁感应现象》实验中, 应让学生先去寻找问题, 并自己思考, 然后再解决问题。
二、精心设计实验, 激发学生探究的主体性
1. 使用多媒体教学, 培养学生的学习兴趣
多媒体教学在现代教学中起着越来越重要的作用, 特别是在许多无法用实物教学的课程中起着不可替代的作用。其教学手段的直观性、内容的丰富性, 它极大地激发了学生的学习兴趣, 活跃了课堂气氛, 同时提高了学习效果, 克服了许多常规教学中无法解决的困难。如:
这两个实验可以通过多媒体课件把视听和实验图交互结合在一起, 产生出一种新的图文并茂、丰富多彩的人机交互方式, 而且可以立即反馈。在这种学习环境中, 学生的兴趣自然得到提高。
2. 采用对比方法, 加深知识的理解
组织学生通过比较的方法对电路进行讨论, 找出相同之处, 并归纳总结得出实验的一些方法。学生通过猜测, 再通过所连接的电路图加以实验, 最后通过实践操作加深对电磁感应知识的理解。如:
这两个实验电路跟平时的一般电路差不多, 也是由四个部分组成, 只是电表和电源的区别, 放在一起后, 让学生观察, 学生比较快地找到了突破口。
3. 利用身边的生活现象, 激发学生学习物理的兴趣
在课外实验活动中, 引导学生观察日常生活中的各种现象。如, 平时学生玩的小玩具车里的小马达通电后就能转动, 看到这些实验结果, 学生很惊奇, 对相关的知识就产生了强烈的兴趣。“纸上得来终觉浅, 绝知此事要躬行。”亲自动手, 让学生不断尝试练习, 才能做到操作灵活、实验效果良好, 同时也培养了学生的动手能力。
观察是人们对自然现象在自然发生条件下进行考察的一种方法, 是学生认识世界、增长知识的重要途径, 也是培养学生创造能力、抽象思维能力的基础。在《电磁感应现象》实验中, 导体在做运动时灵敏电流表不是每个时候都能发生转动的, 只有在切割磁感线运动时才能发生偏转。观察到现象, 学生会不由自主地进行分析思考。这样, 通过观察实验, 既理论联系了实际, 巩固了课堂所学的物理知识, 又提高了学生分析问题和解决问题的能力。
三、设计开放性习题, 将探究性学习引向课外
开放性习题具有发展、拓宽学生思维的作用, 它能培养学生多角度、多层次、多方面考虑问题的能力。例如, 在初中物理教学中应多开展探究性学习的教学, 设计开放性习题让学生进行训练, 许多学生都感到这样做能很好地培养自己的观察能力、动手能力、收集和处理信息的能力、相互合作交往和沟通的能力及创新意识。所以我们在教学观念上要做到与时俱进, 在教学模式和教学方法上要不断创新, 使学生学会合作, 学习发展。
探究性实验教学是一种重要且有非常有效的教学方式, 它既可以培养学生的科学态度、实践能力和解题能力, 又可以加深学生对物理概念和物理规律的理解。教师在物理教学中应加以重视, 不断创新、优化。
电磁现象 篇2
国外地震电磁现象观测
本文综合介绍了国外在地震电磁观测研究方面的进展和实例,结果显示地震电磁信号在地面和卫星观测记录中非常丰富.地面异常信号频带宽、分布范围广,时间上多集中于震前一个月或几天的时间段内出现.卫星地震电磁信号集中于ELE-VLF频段,时间上以震前几个小时为主,说明电磁信号具有明显的`短临特性.我国地震电磁未来的发展方向应在现有的基础上,以超低频段为主,并发展地面与电磁卫星的三维立体联合观测,为地震短临预报服务.
作 者：张学民 赵国泽 陈小斌 马为 ZHANG Xue-min ZHAO Guo-ze CHEN Xiao-bin MA Wei 作者单位：中国地震局地质研究所,北京,100029 刊 名：地球物理学进展 ISTIC PKU英文刊名：PROGRESS IN GEOPHYSICS 年，卷(期)： 22(3) 分类号：P315 关键词：地震电磁异常 卫星 频段 短临预报电磁现象 篇3
【关键词】HPS教育 电磁感应现象 教学模式
【中图分类号】G632【文献标识码】A【文章编号】1006－9682（2009）03－0128－02
一、HPS教育的概念
多年来，教育界学者就倡导在科学教育中进行科学史、科学本质和科学方法的教学。目前，这个问题受到国际科学教育界的高度重视，并以HPS教育的形式进入科学课程中。所谓的HPS，是融科学史、科学哲学和科学社会学为一体的科学教育的新型教学模式。我国新一轮基础教育课程改革目标不仅注重知识与技能这个维度，而且注重从过程与方法及情感态度与价值观这两个维度对学生进行培养。［1］通过教学使学生理解科学的本质，从而使学生不但学到科学的知识和技能，而且具有科学精神和创新能力，这是此次课程改革的重要目标之一，HPS教育正是达到这个目的的一个重要途径。
二、HPS教学模式
不少专家针对落实科学教育中科学本质的教学提出许多不同的模式，本文主要介绍孟克与奥斯本的融合模式。这一模式由英国学者孟克与奥斯本提出，其理论基础注重学生的已有知识、
经验和如何认知的认识论问题，便于促进学生对科学概念的理解及教师对课堂的管理。
1．HPS教学模式的基本程序
这一模式的教学程序包括以下6个环节：［2］
这一模式有以下几个显著特点：①将物理学史、科学哲学的学习与当前的科学概念和理论的学习有机地融合在一起；②整个教学过程是一个问题解决的探究过程，因而有利于培养学生的解决问题能力和创新能力；③充分发挥了学生的主体性，促使他们主动学习和建构知识；④使学生认识到科学家和常人一样也会犯错误；⑤通过探究活动实现观念转变学习，形成正确的科学观念。
2．HPS教学模式的操作结构
以上就是HPS理论的一些主要观点，［3］接下来，本文将用HPS理论的融合模式来设计高中物理“电磁感应现象”一节的课堂教学，通过课堂教学设计来具体展现HPS理论在实际教学中的应用，以期能起到抛砖引玉的作用。
三、教学案例
电磁感应现象
〖教学目标〗
知识与技能方面：知道电磁感应现象；理解感应电流产生的条件；训练实验技能。
过程与方法方面：体会科学探索的过程特征；领悟科学思维方法和科学实验方法。
情感、态度和价值观方面：感受法拉第的科学探索精神；感悟科学与技术、社会的关系，树立人文精神。
〖教学设计〗
1．提出问题
师：丹麦物理学家奥斯特1820年发现电流的磁效应后，在当时的科学界引起了很大的反响。许多科学家以无私的科学献身精神投入了大量精力，对电磁感应现象进行了研究，其中热情最高、最执着的就是英国物理学家法拉第。他对电流的磁效应作了一系列的研究之后，在日记中写下了“电能生磁，磁也能生电”这一光辉思想。之后，法拉第经过十年的探索及无数次的失败才证明了这一观点，现在我们一起来探索这一问题。
师问：怎样设计实验验证“磁也能生电”的观点？
2．猜想讨论
学生讨论：如何利用磁场才能得到电流？
3．研究历史
结合多媒体从历史和现实两个角度对要研究的问题展开探讨，介绍历史上的失败实验和习惯思维，展现历史上探索“磁生电”的艰辛历程。
针对历史，师生讨论焦点：
（1）电流周围存在磁场，磁场周围是否存在电场？
（2）是否磁场不够强，产生的电流太弱？
（3）既然有磁化现象，电流能“电化”吗？
（4）电产生磁，静止电荷能否产生磁？须电荷运动才会产生，那么同样磁场是否也要运动？
4．设计实验
学生甲：将一带有灵敏电流表的闭合回路放在一磁铁旁边，观察指针是否偏转？
学生乙：先将一线圈与电池相连，产生电流的磁场，然后，将这一线圈放入带有一灵敏电流表的闭合线圈中，观察指针是否偏转。
教师按照学生的设计做演示实验。（在实验操作的过程中，教师先将电流表的表盘背向学生，待磁场稳定后再将其表盘面向学生。）
师问：观察到电流了吗？
生答：没有。
师问：可能的原因有哪些？怎样改进实验？
（学生讨论）
生答：可能是磁场太弱了，或电流表的灵敏度不高，可把磁铁的磁场增强，或将线圈制成螺线管，并且插入铁芯。
教师按学生的要求增强磁场，但仍将电流表的表盘先背向学生，待磁场稳定后，再将表盘面向学生。
师问：观察到电流了吗？
生答：没有。
师问：未观察到电流的原因还有哪些？怎样改进实验？
生答：在实验操作过程中，没有同时看电流表。
这时教师把表盘面向学生，重复上述实验，让学生全面、仔细观察。
师问：观察到电流了吗？
生答：观察到了。
师问：在什么情况下才有“电流”？什么情况下又没有电流呢？
生答：磁铁插入或抽出时有电流，放在线圈里不动时无电流：开关合上或断开时有电流，开关合上后无电流；滑动变阻器的滑动片滑动时有电流，不动时无电流。
教师进一步引导学生分析并总结归纳出产生感应电流的几种情形：①运动的磁铁；②运动的稳恒电流；③变化着的磁；④变化着的电流；⑤在磁场中运动的导线。
5、历史回顾
结合物理学史实，通过科学归纳与概括、思考与讨论：①前四种情况磁场强弱都在变化，产生感应电流可能需要变化的磁场；②第五种情形还与回路面积变化有关；③这五种情形都必须有闭合的导体回路。④上面克拉顿的实验为何不能得到感应电流？引入磁通量的概念，概括出产生感应电流的条件。
6、科学观点
向学生介绍教科书中的观点：磁通量概念、电磁感应现象、产生感应电流的条件。
7．总结评价
电磁感应现象发现的历史意义（对科技进步和社会变革的推动作用）让学生认识到科学与技术、社会的关系，以及给上述步骤一个评价性思考。
四、自我反思
这样的教学，课堂中教师的作用主要是点拨、诱导、促进学生的学习。也就是说，教师要了解学生的需要，帮助学生理清思路，诱导学生思维，协助学生归纳零散的知识，对学生的质疑进行筛选、处理，开展讨论活动。教师的指导要及时、适时，让学生在教师的点拨、启发与诱导下，感受获得成功的喜悦。科学家们的每一个科学发现的过程就是一个创造过程。如果我们能在教学中创设环境，让学生再创造一次，即利用“再现法”，既能使学生深入理解物理规律，又能有效地培养学生的创造性思维能力。以科学史组织一个课程，不仅不会扭曲科学的历史发展，还可以提供各种不同的看法、解题标准，使学生对科学的本质有更深切的认识。
目前科学史教育基本处于目标或理念的层次上。从这个意义来讲，上述的教学模式为使科学史教育理念变为现实迈出了可贵的一步，具有重要的实践意义。该模式的突出特点是充分考虑理科教学的实际情况，密切联系教师关心的学科内容，为具体落实科学史教育提供了保证。当然，这个模式还是一个理论框架，具体实施起来还有很多问题。作者也结合实际情况进行了进一步的探索。笔者认为，我们若能在研究借鉴该模式的基础上结合我国理科教材进行教学实验，将会有益于理科课程的教学乃至科学素质教育的探索。
参考文献
1 序伯琴等.普通高中物理课程标准（实脸）.人民教育出版社，2003.4
2 丁邦平.國际科学教育导论.山西教育出版社，2002：330、348～354
3 侯新杰.科学教学的建构主义方法.全球教育展望，2001
大地电磁测深法假异常现象研究 篇4
1 假异常形成机制分析
如图二所示的两层模型, 第一层的电阻率和底面深度分别为ρ1、h1, 第二层电阻率为ρ2。这里将第一层等分为N个薄层, 每层的电阻率仍然为ρ1, 根据阻抗连续条件, 利用层状介质阻抗递推公式, 计算各个频率在不同深度的阻抗。
其中 为第m层的复波数。
取ρ1=200欧姆, h1=2000米, 模型一取ρ2=20欧姆, 模型二取ρ2=2000米。图一为某高频频率不同深度的阻抗的模, 可以看出阻抗的模随着到界面的距离而不断振荡, 曲线左支需要放大才能区分 (图2所示) 。
阻抗Z=E/H, 阻抗的振荡其实反映的就是电场和磁场的振荡。其实, 对于理想介质, 相应的半波损失和驻波现象早已被揭示, 损耗介质中, 形成的合成波与理想驻波也已证明有较大相似性, 可以直接将相应结论迁移过来, 这里不再赘述。在损耗介质中, 反射波和入射波合成准驻波, 磁场的波节点恰好是电场的波腹点, 磁场的波腹点恰好是电场的波节点, 因为衰减的原因, 反射波和入射波不能相互抵消, 所以在波节处, 场值仍然大于0。如果ρ2<ρ1, E在界面处值最小, 阻抗也最小;如果ρ2>ρ1, E在界面处值最大, 阻抗也最大。由于衰减的原因, 波节与波腹的振幅差会逐渐减少, 损耗介质中准驻波仅仅存在界面附近。视电阻率曲线中部分频率的假异常现象是反射波和入射波干涉引起的, 由于波长的不同, 地面阻抗会随着频率周期性的振荡, 高频部分由于波长小, 衰减快, 即便位于波腹处振荡也小到可以忽略, 低频部分衰减小, 而且频率越低, 波长越大, 有些频率地面阻抗恰好是波腹处 (图3所示) , 从而形成视电阻率假极值点。
2 二维构造下假异常特性分析
本文通过设计一个简单的二维模型分析假异常在二维剖面上的特征。如图四所示, 模型中高阻为2000欧姆, 低阻异常体为20欧姆, 背景为200欧姆, 正演采用有限差分法, 图五为TE模式下视电阻率和相位的剖面图, 图六为TM模式视电阻率和相位的剖面图。
如同一维情况一样假异常会导致高阻附近会很容易低阻薄层, 而低阻附近会出现高阻薄层;在二维情况下不同模式之间表现的假异常是有区别的, 二维下TM模式在横向上效果好于TE, 纵向上TM有拉伸现象。TE模式对低阻反演较TM灵敏, 这一点在视电阻率剖面和相位剖面上均有体现。
3 结语
本文通过数值模拟的方式分析大地电磁测深中假异常的产生的物理机制, 明确其是由于界面反射波和入射波干涉引起。通过一个简单二维维模型响应, 分析假异常在二维剖面上的特征。了解异常现象的本质和特征对于电磁测深剖面的正确解释显然是由帮助的。
参考文献
[1]石应骏, 刘国栋, 等.大地电磁测深法教程[M].北京:地震出版社, 1985, (09)
[2]苏发, 汤井田, 等.电磁测深中视电阻率假异常现象分析[J].中国有色金属学报, 1995, (04)
电磁感应现象教学设计 篇5
知识目标
1.知道什么是磁通量，能在具体的问题中判断磁通量的变化和计算磁通量；
2.知道产生感应电流的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生；
3.通过对实验现象的分析和总结，培养学生的归纳能力和分析问题的能力。
能力目标
1、培养学生观察、实验能力和分析归纳能力；
2、培养学生科学思维方法动手操作能力。
3、培养学生创新和探索的精神,使学生学会如何从众多现象的个性中发现共性，再从共性中理解个性。使学生进一步形成自然界的事物不是独立存在的，而是密切互相.
情感目标
培养学生的物理思维能力和科学研究的态度。通过法拉第发现电磁感应现象让学生感觉到只有通过艰辛努力，才能打开真理之门，取得成功。教育学生学习科学家坚持不懈，勇于探索的精神。
二、教材内容及重点、难点分析
重点：
1、通过实验分析得出产生感应电流的条件；培养学生的综合分析能力和归纳能力。
2、学生对科学探究过程的体验。
难点：
1. 磁通量；2. 培养自主学习、协作探索归纳能力和可持续发展的能力。
三、教学方法
2. 实验观察、启发学生思维（活动）和归纳演绎相结合。
四、教学媒体
蹄形磁铁、条形磁铁、导线、导棒、灵敏电流表、螺线管（大小各一个及铁芯）、电键（开 关）滑动变阻器和电池（电源）；多媒体课件（能做演示实验当然最好）。
五、教学课时：一课时、新课。
六、教学对象分析
在教学中过程中我主张要“以学生为中心来认识教材”而不是“以教材为中心来认识学生”， 所以备课必须要分析学生，根据学生的实际需要以及学生的认知过程来处理教材，让课堂围绕学生转。
1、学生情况的分析
学生在初中已经学过《电磁感应现象》，知道产生感应电流的条件是闭合电路的一部分切割磁感线。学生学习本节课的前提条件从知识角度看是：（1）知道电流的磁效应（奥斯特实验）；
（2）了解条形磁铁、马蹄形磁铁、通电直导线、通电螺线管的磁感线的分布；
（3）知道产生感应电流的条件是闭合电路的一部分切割磁感线；
从能力角度看是：
（1）具有一定的空间想象能力；
（2）具有一定的观察、分析、比较、概括能力
（3）具有一定的识图、连接实物电路的技能。
2、对教材内容的分析
电磁感应这一章作为联系电场和磁场的纽带,不仅是电场和磁场知识的综合和扩展,也是以后学习交流电、电磁振荡和电磁波的基础。电磁感应的发现，在科学技术上具有划时代的意义，由于它提示了电和磁之间的深刻联系及规律，使得人类进入了一个充分利用电能的新时代，使人类文明迈进了一大步，因此，本章无论是在知识内容上、还是在社会实践中都具有极其重要的意义。
电磁感应现象是电磁感应中的重要一节, 这一节教学内容安排为两块：第一块为学习磁通量的概念及其变化；第二块为学习产生电磁感应的条件和电磁感应现象中的能量守恒问题。第一块磁通量及其变化又是后继课程法拉第电磁感应定律，楞次定律等的基础，第二块中教材要求运用磁通量的变化的概念来描述电磁感应现象产生的条件，这也是后继学习的基础。这就要求教师指导学生做好实验，帮助学生建立概念，掌握规律。教材的`重点是研究“产生感应电流的条件”，难点是如何在初中“闭合电路的一部分切割磁感线”的基础上，通过进一步实验，使学生归纳出“闭合回路的磁通量发生变化”。虽然本节课的名称叫《电磁感应现象》，但这节课并不是一节“现象”课，而是一节“规律”课。
七、教学策略及教法设计
说学法俗话说“授之以鱼，不如授之以渔”，“教是为了不教”。现代教育重视对学生 学法指导。在整个教学过程中，不仅老师做演示实验，还要求学生做学生实验，所以要求学生“探究学习”和“合作学习”。 要求学生明确学习和实验的目的，认真观察实验现象，引导学生不断提出问题，分析问题，最后在老师的指引下，解决问题。所以在整个教学过程中，强调学生积极参与进来，发挥主观能动性。通过学生自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、搜集与处理信息、表达与交流等探索活动，获得知识、技能、情感与态度的发展还要求学生之间积极的相互支持、配合，特别是面对面的促进性的互动；积极承担在完成共同任务中个人的责任；对于各人完成的任务进行小组加工；对共同活动的成效进行评估，寻求提
高其有效性途径。为解决教学难点，我借助于形象生动而又交互性较强的多媒体课件，学生完全可以借助于网络，用这样一个课件进行自主探究。为了教学目标的更好实现，设计采取观察归纳、实验探究、提出问题、讨论问题、解决问题的方式，把主动权交给学生，使学生主动参与到课堂中来。并鼓励学生从各个不同的角度发现问题、提出问题，培养学生的创新精神。
本课的一个难点是磁场的空间分布及磁感线的动态变化过程。为了突破这个难点，我用Flash制作多个动画。我利用多媒体课件的立体感，形象、生动的特点来突破这个难点。看完动画后学生对电路围成的面积、切割磁感线、磁感线条数变化等记忆深刻。
八、教学媒体设计（什么媒体，何时运用）
1、图片媒体：帮助学生归纳总结电磁感应的概念，磁通量的定义等。
2、flash课件媒体：帮助学生归纳总结电磁感应现象的概念，探究电磁感应现象的产生等。
3、视频媒体：电磁感应现象
九、教学过程设计与分析（40分钟）
〈一〉 课题导入（5分钟左右）
1.奥斯特实验的启示：电流在周围空间产生磁场，磁场能产生电流吗？
2.宇宙中的对称“美”：宇宙中物理现象的对称性（规律），让学生体会宇宙现象中的对
称美学原理。法拉第就是坚信这一对称规律，经过不断的努力，最终完成“磁”生“电”对称规律的发现的。今天我们就沿历史的足迹，看一看法拉第是怎样研究电磁感应现象的。
3.法拉第其人其事：通过对法拉第的介绍，培养学生的探索精神和科学态度。
〈二〉新课教学（30分钟左右）
（一）磁通量
教师指出：研究电磁感应现象，需要引入一个物理量———磁通量。
什么是磁通量呢？
设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S。在物理学中，我们定义磁感应强度B与面积S的乘积（BS）叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通。 如果用表示磁通量，则：=BS
磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号Wb。1Wb=1T·1m2=1V·s。
教师解释说明：磁通量可以理解为是穿过磁场中某一横截面的磁感线的条数。可通过“水流量”和“人流量”来加以类比理解。提醒学生注意：在匀强磁场中
①当磁场方向与平面垂直时磁通量最大max=BS；
②当磁场方向与平面平行时磁通量最小min=0；
③当磁场方向与平面的夹角为θ时=BSsinθ。
（二）电磁感应现象
在什么条件下才能产生电流呢？
人们最初的研究：把绕在磁铁上的导线和电流表连接起来组成一个闭会电路，看能不能产生电流！法拉第就是这样开始研究的，结果发现电流表的指针并不发生偏转。
法拉第进一步研究发现，无论换用怎样强的磁铁或者换用多么灵敏的电流表，闭合电路中都没有电流产生。
演示实验一：导线切割磁感线运动，导线中有电流产生。
教师提问：在这个实验中导线是运动的，如果反过来让磁体运动，而导线不动，会不会在电路中产生电流呢？
教师演示实验，验证学生的回答（猜想）
演示实验二：条形磁铁穿过闭会的螺线管，导线中也有电流产生。
师生共同总结：不论是导线运动，还是磁体运动，只要闭合电路的一部分导体切割磁感线运动，电路中就有电流产生。
教师提出：我们还可以从另一个角度来分析上面两个实验的现象“闭合电路的一部分导线切割磁感线运动时，穿过闭合电路的磁通量发生了变化”
由此猜想：如果导体和磁体不发生相对运动，而让穿过闭合电路的磁场发生变化，从而引起闭合电路中磁通量发生变化，会不会也在闭合电路中产生电流呢？
演示实验三：一个大螺线管与灵敏电流表组成闭合电路，小螺线管与电源开关和滑动变阻器组成回路。
①小螺线管与大螺线管相对运动，回路中有电流产生（这正是我们前面看到的情形）； ②开关闭合（或断开）的瞬间，回路中有电流产生；
③开关闭合后，改变滑动变阻器触头的位置，回路中也有电流产生；
④开关闭合后，不改变滑动变阻器触头的位置，且让小螺线管穿进大螺线管内，将铁芯
从小螺线管内抽出，回路中也有电流产生。
师生共同总结：由②③④可见，即使导体与磁体不发生相对运动，只要闭合电路中的磁场发生变化，因而穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。
法拉第和前人经过大量实验研究表明：
产生感应电流的条件：不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。
（三）电磁感应现象中能量的转化
教师分析和总结以上现象（物理过程）中的能量转化和守恒问题。
1、本课时小结（2∽3分钟）
（一）磁通量=BS
①当磁场方向与平面垂直时磁通量最大max=BS；
②当磁场方向与平面平行时磁通量最小min=0；
③当磁场方向与平面的夹角为θ时=BSsinθ。
（二）产生感应电流的条件：不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。
2、巩固与练习
《教材》P195（3）（4）（5）（6）（7）
3、作业布置《教材》P195（1）（2）（8）（9）
十、板书设计
第十六章 电磁感应 一、电磁感应现象
一、磁通量
（1）定义：磁场（B）与面积（S）的乘积——磁通量（符号：）。
（2）公式：
2（3）单位：韦伯（Wb） 1Wb=1T·m
二、电磁感应现象
1定义：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，产生的电流叫感应电流。
2条件：(1)电路必须闭合；(2)磁通量发生变化
三、电磁感应现象中的能量转化
电磁现象 篇6
【关键词】PLC控制系统干扰源分析处理措施
随着PLC控制系统及变频器等工业生产自动化系统的应用越来越普及和广泛，人们对控制系统及设备的安全性、可靠性要求越来越高，控制系统的稳定运行能力成为安全生产的核心。自动化控制系统中的关键设备PLC控制器、变频器，主要是用在生产现场，生产现场的电气设备和线路形成了复杂的电磁干扰信号。要提高自动化控制系统的稳定运行能力，必须解决各种电磁干扰的影响，才能有效保证系统可靠运行。
一、电磁干扰信号分析
1、主要的电磁干扰信号可以分为共模干扰信号和差模干扰信号。共模干扰主要是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰。共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰，由地电位差及电磁辐射在信号线上感应的同方向共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输送的共模电压普遍较高，有的可高达上百伏，直接影响测控信号，造成元器件损坏。
差模干扰是存在于相线与相线，以及相线与中线之间的干扰。两路输入的干扰信号，大小不相等，或方向不相同。有的通过安装隔离变压器能解决问题。
2、现场实践证明，因电源的干扰产生干扰信号造成PLC控制系统故障的情况占据了相当大的比例，例如在一次安装矿用绞车信号设备时，出现了绞车信号打点时，皮带信号同时也响；皮带信号打点时，绞车信号也响的故障现象。由于打点信号互相影响，直接影响现场的安全生产，通过现场分析实验，发现由于绞车信号和皮带信号接在同一台综保开关上，使用同一路电源相互影响干扰造成。
3、部分控制系统的信号传输回路，为了避免干扰，信号部分和接收设备的公共线都要接地，应尽量使用隔离器将两个接地隔离开。例如一些温度流量的测量调节系统，设备在现场和控制室都需要接地；由于地电位差的存在，如果出现一个以上的接地点就会形成地回路，使仪表引入干扰，因此同一信号回路、同一屏蔽层或排扰线最好有一个接地点，避免有多个接地点，除了既定接地以外，其他部位应与一切金属部分隔离。信号回路的接地位置根据仪表类型决定。温度流量传感器等应在现场接地。避免影响信号精确度和在输入、输出设备中的传输效果。消除感应及外部输入信号形成的干扰。
二、消除自动控制系统干扰源的措施
1、完善可靠的接地措施。其中电源电缆两端接地，电机接地端接在电源段接地排上，最终汇入动力柜汇流排。信号线缆中模拟信号大多单端接地，消除双端接地时地电势不同引起的地电流干扰信号。而对于数字信号大多采用双端接地。带屏蔽单端接地是在电缆一端将金属屏蔽层接地，而另一端不直接接地。在单端接地的情况下，没有接地的一端屏蔽层对地之间有感应电压存在，其电压与电缆长度成正比，但是不会形成电流环流，屏蔽层一端接地利用压制电势电位差消除电磁干扰。在电缆长度不超过一定距离的情况下，效果较好。信号电缆屏蔽层双端接地时，屏蔽层金属端没有感应电压存在，但是有可能感应出电流环流，所以要消除周围干扰信号影响。
如果系统单独设置接地线，接地线必须符合标准，微机系统接地电阻应小于四欧姆。应与周围柜体、设备外壳连接一致，增大接地体的物理面积，使控制系统与周围电器、设备、控制柜等物体之间消除电位差，避免形成干扰信号。
2、利用信号隔离器解决干扰问题。将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。在控制系统的输入端和输出端中间安装信号隔离器后，可以有效预防干扰信号。
3、为了避免电磁辐射引起的干扰，在控制系统中采用隔离性能较好电源，如果条件允许接入电抗器。接地线尽量靠近变频器，远离电源线，变频器所用的接地线必须与其他设备接地线分开接地，绝对避免把所有设备接地线连在一起后再接地，同时变频器的接地端子不可与零线相接。
4、正确敷设、选用系统电缆线路，避免感应耦合引起的干扰。控制电路采用屏蔽线，当控制线和变频器相接时，屏蔽层可不用接地，而只需将其中一端接至变频器信号公共端即可，注意屏蔽层不论接公共端还是接地，只能在一端进行，且不可两端都接。其中控制线尽量远离输入输出线。控制线在空间上应尽量和输入输出线交叉，最好是垂直交叉，而不要平行。两根控制线相邻是可以相绞。以减少电磁干扰。
三、变频器对控制系统干扰分析
1、通过现场实践证明，变频器对现场控制系统干扰最大的是高次谐波干扰。
变频器的工作过程就是一个在控制系统处理下不斷的整流、逆变输出的过程。在工作过程中，必然产生各类高次谐波干扰。变频器产生的谐波使电力电容器产生额外的损耗，同时谐波使电压波形畸变产生尖峰电压，损害电容器的绝缘。如果变频器谐波频率与电容器和系统的其他部分构成的串联或并联谐振回路的谐振频率相等或相接近时就会出现谐振，影响电容设备正常运行。还对附近的电子仪表设备产生各种干扰，影响设备正常检测、计量和控制。
2、降低变频器干扰的方法
根据干扰频段的不同，可以在变频器输入端安设滤波器；可以选择降低变频器载波频率，或者在变频器的电源出入线采取增加电抗器、接线采用屏蔽线并且要求二端良好接地，也可对线路增加金属管护套。对变频器本身采取良好可靠接地措施，缩短接线。如果条件允许，可以将变频率器单独装设在专用金属电器柜内，把变频器输出端与电机之间的联线，换成铠装电缆。
PLC控制系统及变频器等工业生产自动化系统是现代生产系统的核心控制部分，只有采取必要的抗干扰措施，消除或减少干扰源，才能保证生产系统可靠、稳定的运行。
作者简介
透析电磁感应现象中的收尾问题 篇7
1. 安培阻力与其他力达到了平衡
2. 电路中有电源存在的情形
如图2所示,水平放置的光滑平行导轨MN、PQ上放有长为l、电阻为R、质量为m的金属捧ab.导轨左端与内电阻不计、电动势为E的电源连接,形成回路.整个装置处在垂直导轨向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B.导轨电阻不计且足够长,并与电键S串接.当闭合电键时,通电导体棒ab受力方向向右,大小为F=B(E/R)l=Bl E/R安培力的作用.ab具有最大加速度am=Bl E/(mR).然而,一旦导体棒ab切割磁感线,就立即产生了感应电动势.因速度决定感应电动势,而感应电动势与电池的电动势相反,又导致电流减小,安培力减小,故加速度减小,分析金属棒ab做的是一种复杂的变加速运动.当F=0,金属棒ab的加速度等于零时,金属捧ab的速度达最大值,故金属棒ab运动收尾状态为匀速运动,且收尾速度为vm=E/Bl.
3. 电路中有电容器存在的情形
如图3所示,电容器C、电阻R和体棒ab在水平面内构成闭合回路.电容器C原来不带电,设导体棒、导轨的电阻均可忽略,导体棒和导轨间的摩擦不计,整个装置处于方向垂直于水平面(即纸面)向下的匀强磁场中.(除导体棒ab可动外,其余部分均固定不动,且导轨足够长)若给导体棒ab一个向右的初速度v0,导体棒的最终运动状态如何?
当ab棒以v0向右运动时,ab棒就会产生感应电动势,因而使电容器开始充电,电路中有电流存在.导体棒ab在安培阻力的作用下而减速运动,从而使导体棒ab上的感应电动势减小.当导体棒ab上的感应电动势与电容器两端的电压相等时,棒ab上无电流,此时ab棒不在受安培力作用,开始匀速运动.
二、收尾速度是匀加速运动的情形
如图5所示.光滑平行导轨上放置两根质量均为m、电阻均为R、长度均为l的金属棒MN、PQ,金属棒PQ在一个恒定水平外力F作用下向右运动.
金属棒PQ在恒力F作用下做加速运动.这样在回路中就会有感应电流产生.则金属棒MN在安培力的作用下也将做加速运动,对于PQ则有:F-F安=maPQ,对于MN则有:F安=maMN.所以刚开始.金属捧PQ做加速度越来越小的加速运动,而金属棒MN做加速度越来越大的加速运动当F-F安=F安时,两金属捧的加速度相等,此时,闭合回路的面积均匀增大,即磁通量均匀增大,由法拉第电磁感应定律可知,回路的感应电动势将保持恒定不变.所以安培力将保持恒定不变.即稳定时,两金属棒将以相同的加速度做匀变速运动它们的速度时间图像如图6所示.
三、收尾状态是静止的情形
如图7所示,金属棒ab放置在光滑的水平导轨上,磁感应强度为.若给导体棒一个向右的初速度v0,导体棒的最终运动状态如何呢?当导体棒ab在导轨上运动,会产生感应电动势,从而在闭合回路里产生感应电流,金属棒ab在安培力的作用下而做减速运动.当金属棒速度等于零时,最终处于静止状态.在此过程中,金属棒的机械能转化回路的电能.
四、收尾状态不确定的情形
如图8所示,在平行导轨上放置两根质量均为m、电阻均为R、长度均为L的金属棒MN、PQ,它们与导轨间的摩擦力均为Ff.金属棒PQ在恒定水平外力F作用下向右运.
分析:题中由于外力F与摩擦力Ff的数值关系不确定,所以对于金属棒的收尾状态应分情况加以讨论.
(1)若Ff<F<2Ff,对于金属棒PQ有:F-FfF安=maPQ,所以Ff>F安,则可知金属棒MN此时处于静止状态.随着金属棒PQ速度的增大,回路中的感应电流逐渐增大,则安培力逐渐增大,当F-Ff-F安=0时,金属棒PQ的速度等于零,此时金属棒的加速度达到最大,由题意可知.此时Ff>F安,所以此时金属棒MN仍处于静止状态金属棒PQ开始做匀速运动.由分析可知金属棒PQ运动的速度时间图像如图9所示.
(2)若F>2Ff对于金属棒PQ仍有:F-Ff-F安=maPQ,随着金属棒PQ速度的增大,回路中的感应电流逐渐增大,则安培力逐渐增大,在t1时刻,F安>Ff时,金属棒MN也开始做加速运动,当F-Ff-F安=0时,两金属棒的加速度相等,此时,闭合回路的面积均匀增大,即磁通量均匀增大,由法拉第电磁感应定律可知,回路的感应电动势将保持恒定不变.所以安培力将保持恒定不变,即稳定时,两金属棒将以相同的加速度做匀变速运动.它们的速度图像如图10所示.
参考文献
电磁现象 篇8
一、变频器自身干扰
1. 干扰源
高次谐波是变频器产生的主要干扰源。变频器主电路由含有电力电子器件的整流、逆变电路及控制电路组成。变频器运行时, 具有非线性特性的电力电子器件快速开、关, 产生高次谐波, 通过传导耦合、公共阻抗耦合和电磁耦合三种通道进行干扰。变频系统受到高次谐波污染, 轻则影响系统运行效率, 出现随机性故障, 重则损坏设备, 为此变频器维修人员应正确认识谐波。
一台运行的变频器本身就是功率强大的干扰器, 干扰源是输出模块的6个IGBT管。IGBT管开通、关断会产生一定宽度和极性的SPWM控制信号, 尤其是输出电流, 会以各种方式将能量传播出去, 形成强烈的电磁干扰。有的变频器开关电源也会造成干扰, 电源线和电机线相当于干扰器天线, 干扰信号通过接在外壳的地线发出 (地线接地不良) , 线路越长干扰范围越大, 尤其偷工减料的变频器, 干扰更加严重。
例1 1台东元7200MA变频器, 其运行信号由PLC的数字输出控制, 给定频率信号由三菱FX2N-4DA四通道模拟量输出模块控制 (-10V~+10V) 。变频器正常运行时屏幕显示极不稳定, 当4DA输出电压不变时 (如2V) , 变频器显示频率在10~14Hz变动。
判断故障原因是给定频率模拟量信号受到干扰。检查信号线为平行线传输, 更换为双绞线后, 故障消失。
Us为干扰信号源, 平行线电路 (图1) 干扰电流Is在两条导线L1、L2上产生干扰电流I1和I2。L1距离干扰源较近, 因此I1>I2, I=I1-I2≠0, 产生干扰电流。双绞线电路 (图2) 在中点位置进行一次扭绞, L1上存在干扰电流I11和I12, L2上存在干扰电流I21和I22, 由于两段线路条件相同, 因此I=I21+I22-I11-I12=0。只要设置合理绞距, 即可消除干扰。
要根据设备具体情况, 选择抗干扰措施。采用双绞线, 可有效抑制现场电磁噪声干扰。而模拟量信号的抗干扰能力较低, 若变频器采用模拟、脉冲信号通信, 则必须使用屏蔽线。
2. 变频器接地方法
为保证安全和降低噪声, 变频器专用接地端子PE必须接地, 不同接地点之间, 尽量使用短扁平导线将它们互连。变频器和其他设备或多台变频器一起接地时, 每台设备均分别和地连接 (图3a) , 不允许将两台设备的接地端先连接再接地 (图3b) 。测试变频器的电磁干扰 (EMI) 时, 可将1台工作的收音机逐渐靠进变频器, 若收音机传出杂音, 表明变频器对周围电器仪表产生了干扰, 而且越靠近变频器则啸叫声越大。
有时变频器受到干扰, 电机运行时出现速度不稳 (时快时慢) 、自动停机或按任何按钮均无法停止的现象, 这时要重点检查配电柜接地地线。
我国供电系统一般是三相四线制, 若工厂电力变压器中性点直接接地 (电源接地形式为TN或TT) , 可将配电柜地线连接到中性线。按照GB/T5226.1-1996标准, 机床出厂时地线和中性线严格分开, 配电柜里中性线有专用接线端子N, 地线PE有专用接地螺钉。有些用户只将变压器中性线接到N端子, 而地线未和中性线相连, 虽然使用屏蔽控制线, 屏蔽层也接到接地螺钉, 但未和大地相连, 起不到屏蔽作用, 造成变频器因干扰失控, 电机无法停止。
而对于三相五线制供电系统, 虽然将配电柜中性线和地线连接后, 受干扰变频器可恢复正常, 但存在隐患, 不符合国标GB/T5226.1规定 (在电气设备内部, 中线和保护接地电路之间不应相连, 也不应把PE兼用端子在机械电柜内部使用) 。若中性线断开, 机床启动后可能带电, 威胁人身安全。
3. 抗干扰措施
实际工作中, 首先要确认受到干扰的变频器是否接地良好, 此外还可安装线路抗干扰滤波器 (小电感线圈) , 电路见图4。将变频器输入端各相连接在同一个磁心上, 按同一方向绕4圈, 按同样方法输出端到电机之间的电感线圈绕3圈, 绕线时注意尽量将磁心靠近变频器。这样当三相进线一起穿过磁心时, 电流基波分量的合成磁通为零, 对电流基波分量并无影响, 但电流谐波分量的合成磁通不为零, 可削弱谐波分量。
上述方法简单有效, 此外还可将变频器安装在机壳内, 这样既能屏蔽交流调速系统向外辐射能量, 又能防止外界电磁波进入本系统。
例2 1台新安装的7.5kW供水用变频器运行数月后, 有时1天内出现十几次非正常停机。
观察发现变频器运行中转速显示值波动较大, 误差>±40r/min, 有时转速值突然降至零值, 也可能随即转速上升, 继续运转, 或者须重新启动才能运转。三位数码管和FWD (正转) 指示灯闪动, 有时停机后显示F000, 自动进入参数设置状态。
由于电机停机时未出现变频器过流、过压、欠压、过载等故障代码, 显然不是故障保护类停机, 排除电路故障。判断故障是干扰信号造成, 使变频器的CPU接收了停机或其他操作指令。根据一般抗干扰措施, 首先将主电路PE端子进行独立接地处理, 转速值依然波动。考虑到干扰一般来自导体传导和空间辐射, 采用排除法定位干扰载体, 全部拆除远程启/停端子连线和调速端子连线, 改用操作面板控制, 更换变频器, 故障依旧。将变频器载波频率调至最低值2kHz (载波频率越高信号干扰越大) , 有所改善, 将操作面板至变频器的连接电缆包一层锡箔后, 停机次数明显减少, 凭借经验, 该连接线是故障源, 即变频器各端口信号连接线是干扰信号载体。干扰是变频器逆变电路输出端的载波经操作面板连接电缆窜入CPU的I/O口, 若干扰程度较轻则造成输入频率及显示值波动, 重则系统随机性停机。
为抑制干扰, 在信号线上套绕磁环 (根据线缆直径选择磁环规格, 本例磁环型号为CTC513113A, 内孔直径31mm) , 在连接线两端各穿绕2~3匝后, 转速显示值及FWD指示灯闪烁现象消失, 转速值稳定。
二、外界设备对变频器干扰
变频器多运行在恶劣电磁环境, 如果内部敏感元件的选用和结构布局等不尽合理, 则抗干扰能力差, 易受外界电气干扰, 干扰主要通过分布电容的电磁耦合传到内部。
1. 非线性用电设备
各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、照明设备等非线性负载是电网的谐波源。电焊机、高频加热炉以及大型用电设备的突然启停均可使电网电压、电流产生波形畸变, 图5是晶闸管换相引起的电网畸变。供电电源对变频器的干扰主要表现为过压、欠压、瞬时掉电, 浪涌、跌落, 尖峰电压脉冲、射频干扰等, 此外共模干扰通过变频器控制信号线也会干扰变频器运行。
2. 补偿电容器的投入和切出
用户多在变电所采用集中电容补偿的方法提高功率因数, 在补偿电容器投入和切出的暂态过程中, 网络电压有可能出现很高的峰值 (图6) , 易造成变频器整流管因承受过高的反电压而击穿。
3. 抗干扰措施
(1) 电气屏蔽。将有关电路、元器件或设备安装在铜、铝等低电阻材料或磁性材料制成的屏蔽物内, 隔离电磁场。
(2) 磁屏蔽。电站、冶炼厂、重型机械厂等场所, 受强交变磁场的干扰较大, 可考虑用铁、镍等导磁性能好的导体进行屏蔽。
例3某机械制造厂1台数控机床主轴电机有时不停机。
检查开关元件和控制电路正常, 怀疑电机变频器受到干扰。本着先易后难原则, 检查屏蔽层接地良好, 再依次调整参数, 降低载波频率, 在变频器输入侧及输出侧加装磁环滤波器, 故障依旧。后发现变频器离动力配电室配电柜大约有1.5m, 全厂3台30kW电炉和2台45kW机床用电机, 配电室配电柜有大电流流过, 在电流周围有较强磁场, 干扰变频器运行, 将机床配电柜远离配电室, 故障消失。
干扰与距离的平方成反比, 距离增加1倍, 则干扰强度降低4倍, 因此降低干扰强度的有效措施是加大受扰电路、器件或装置和干扰源之间距离。为此要周密考虑器件或设备布置和布线。
三、变频器对其他弱电设备干扰
当变频器金属外壳有缝隙或孔洞, 则辐射强度和干扰信号波长有关, 当孔洞大小与电磁波波长接近时, 会形成干扰辐射源向四周辐射, 辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。
最基本的措施是硬件抗干扰, 原则是抑制和消除干扰源, 切断干扰对系统的耦合通道, 降低系统对干扰信号的敏感性。
在设备升级改造中, 要特别注意变频器对弱电系统的干扰, 这些系统多采用微机或PLC控制。一般用户自行设计的微机控制板工艺水平差, 不符合电磁兼容国际标准, 变频器产生的传导和辐射干扰往往导致控制系统工作异常。
例4某供热公司风机采用变频调速系统改造, 1号风机变频器投运时, 2号炉蒸汽流量、水位、压力等显示值出现最大指示值, 并且弱电系统热工仪表显示值也受影响。
该风机变频器采用远程监控方式, 控制线较长且和仪表二次线同在桥架布线, 控制线和弱电热工仪表二次线存在平行走径, 长度达百米以上, 两线相对距离很小, 造成干扰较大。为此因地制宜, 采取如下防止谐波干扰措施。
(1) 将变频器控制线与热工仪表的二次线采用屏蔽线, 在桥架中将两导线平行部分用铁皮隔板隔开, 屏蔽线屏蔽层应做良好接地, 接地线与接地体的连接应牢固可靠。
(2) 可在热工仪表二次线末端串接1个0.1~0.01μF的小电容器, 并做好接地, 旁路高频干扰信号。
(3) 在变频器电源进线端的电缆套上1.5~2m的金属蛇皮管, 并做好蛇皮管外壳的良好接地。
(4) 传感器传送模拟信号, 连接线不宜过长, 切勿将过长的连接线部分盘成圈状放在变频器柜内。
例5某化工厂同一个车间变频、直流调速设备并存, 变频调速设备启动后, 相邻直流调速设备速度不稳, 时快时慢, 显示屏也不能稳定在某一数值。
最终确定是变频器输入侧高次谐波对电源产生影响, 引起干扰, 在输入侧加装电抗器, 设备恢复正常。
电磁现象 篇9
关键词：电磁感应,等效电路,磁通量,感应电动势,感应电流,电荷量
解决电磁感应与电路相结合问题的综合题目, 关键要把产生电动势的部分电路做电源, 做出等效电路图, 之后用直流电路知识求解。
例1粗细均匀的电阻为R的金属环放在磁感应强度为B的垂直环面的匀强磁场中, 圆环直径为d, 长也为d, 电阻为R/2的金属棒ab中点与环相切, 使ab始终以垂直棒的速度v向左运动, 当到达圆环直径位置时, ab棒两端的电势差大小为 () 。
A.0;B.Blv;C.Blv/2;D.Blv/3
分析与解答:金属棒切割磁感线产生感应电动势金属棒相当于电源, 等效电路如图1所示, 棒两端电势差为路端电压, 正确答案为D。
例2如图2, 金属导线上分别接有灯L1, L2, 两灯电阻均为R=2Ω, 在矩形区域内有垂直纸面向里的磁场, 面积为1 m2, 磁感应强度按图3所示规律变化, 则灯L1的功率为 () 。
A.1 W;B.0.5 W;C.1.5 W;D.2 W
分析与解答:研究对象为导线和两灯组成的闭合回路, 由于回路内磁场变化, 回路中将产生逆时针的感应电流, 两灯连接方式为串联而不是并联。
感应电动势 , 电流 , 功率P=I2R=0.5 W, 正确答案为B。
例3如图4所示, 螺线管的导线两端分别与两平行的金属板相接, 一个带负电的小球用细线悬挂在两板之间, 并处于静止状态, 若条形磁铁突然插入线圈时, 小球的运动情况是 () 。
A.向左摆动;C.保持静止;B.向右摆动;D.无法判断
分析与解答:当磁铁插入时, 穿过线圈的磁通量向左且增加, 线圈产生感应电动势, 因此线圈相当于电源, 其等效电路如图5, 电容器相当于外电路A板被充上正电, B板被充上负电, 故小球受电场力向左。正确答案为A (注意电容器为外电路回路里的电流不是因为电容器放电而产生的) 。
例4如图6所示, 导线全部为裸导线, 半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场, 磁感应强度为B, 一根长度大于2r的导线MN以速率v在圆环上无摩擦地自左匀速滑到右端, 电路的固定电阻为R, 其余电阻不计。
试求: (1) MN从圆环的左端滑到右端的过程中通过电阻R的电荷量;
(2) MN从圆环的左端滑到右端的过程中通过电阻R上电流的最大值。
分析与解答: (1) 此题中回路中电流是变化的, 求电荷量时用电流的平均值, 通过电阻的电荷量推导如下:
通过电阻的电荷量仅由回路的电阻与磁通量的变化决定, 与磁通量的变化快慢无关。
(2) 当导线运动到圆环圆心处时感应电动势最大, 感应电流最大。
参考文献
电磁现象 篇10
一、基本概念
电磁兼容 (简称EMC) 是指电子装置能在规定的电磁环境中, 既不受周围电磁场的影响能正常工作, 也不对该环境或其它设备造成不允许的扰动的能力。
电磁兼容包括电磁干扰 (EMI) 和抗干扰两个方面。电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合 (干扰) 到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合 (干扰) 到另一个电网络。
二、电磁干扰的原因
电磁干扰可以来自系统内部, 也可以来自系统外部, 前一种情况称为系统内部的干扰, 后一种情况称为系统之间的干扰。产生系统内部干扰和系统之间干扰的共同原因是, 预定给某一线路的信号传到不需要此信号的一个或几个其他线路上。在所有的情况下, 电磁干扰都是由三个要素组合产生的, 分别是:意外的源、意外的传输途径和意外的响应。
三、机车电磁干扰现象
电力机车上常常发生的电磁干扰现象有以下几种:
(一) 高压电器设备对机车的干扰。例如机车受电弓在电网上的接触滑动所产生的干扰对于机车的电器设备的干扰尤为严重, 尤其是机车在通过过分相区时会产生一个很高的冲击电压, 容易对机车的主变流器、辅助变流器压电压互感器等设备造成损害。
(二) 电气设备的烧损造成的传导干扰。熔断器的熔断瞬间造成的负载突变会产生大能量的尖峰电压, 经过与之连接的导线依次传输到控制类器件回路中, 就会导致器件的损坏。此类的干扰就是典型传导类的干扰。
(三) 电台、天线及电子元件造成的辐射干扰。辐射类的干扰通过介质以电磁场的形式辐射到周围空间中, 最明显的如手机、电台, 会发出高频率的无线电信号透过设备外壳或缝隙向外辐射, 传播到敏感设备对其造成影响辐射干扰;电力机车在运用过程中, 发现在机车驶入或者驶出车站、与别车会车时, 机车的无线电台通讯会无故中断, 或者出现干扰的杂波声。通过在段内进行试验, 发现在机车静止状态下, 电台工作良好。而在机车升弓合主断后, 机车主辅变流器并未工作时, 电台虽然受到一些干扰, 但仍不影响其正常工作。但是在主辅变流器都正常工作以后, 电台受到的电磁干扰增大, 已经影响到其正常工作, 所以IGBT等电子器件的开闭会向外发出传导类和辐射类的干扰, 从而影响到了电台的正常通讯。
(四) 突发的干扰。主断路器等机械触头快速通断会产生干扰脉冲, 这种脉冲会通过客性耦合到相邻的平行导线上去, 如果这样的脉冲侵入数字电路, 装置内部将不可避免地受到干扰。
(五) 浪涌式的干扰。主要表现在机车主变流柜、列车供电柜内的熔断器等电气部件因故障而迅速断开时, 产生的巨大的电压和电流脉冲对机车电子器件造成的影响。这种浪涌式的脉冲主要是电耦合传播给馈电线的。
四、电力机车的电磁兼容设计
根据机车发生电磁干扰的工作机理, 可以通过隔离干扰途径、增强相关电气设备抗干扰能力和抑制机车干扰源三个方面来提高整个系统电磁兼容性。主要手段有整车接地系统的设计、提高各电路间的隔离设计、提高机车布线的屏蔽设计。主要从以下几个方面来进行设计。
(一) 电路隔离。HXD3系列电力机车的辅助变流器的输出经过了LC滤波器, 将正弦PWM波转换为正弦波, 使得输入到各个辅助机组的波形为正弦波, 这样除了降低对辅机绕组匝间绝缘的要求, 也减少了其谐波成分对其他电路系统的干扰。机车主要的继电器和接触器线圈、电磁阀等都加装了过压抑制器, 主要是为了避免机械式开关开断时产生的过电压。
(二) 接地系统设计。接地的目的主要是为了保证给各系统提供相同且“纯净”的基准电位。电力机车接地的目的有三个:一是安全接地, 采用较低阻抗的导体使得车体和用电设备的外壳相互连接在一起, 从而使相关的工作人员不致因设备外壳漏电或故障放电而发生触电危险。二是功能接地, 主要通过功能接地给各电源系统提供参考基准电位, 保证各支路不会出现悬浮电压, 以免对设备或人身造成危害。三是电磁兼容接地, 即将设备机壳或导线屏蔽层等接地, 给高频干扰电压形成低电阻通路, 以防止其对电子设备的干扰。
图1为HXD3系列电力接地系统示意图。图中各个系统与车体搭接构成一个等电位体, 该等电位体又通过汇流母排统一实现与轴端接地装置和钢轨的连接。通过该保护接地构架的设置, 既可以使机车及车内设备有良好的安全接地, 又可以有效避免车外干扰源对机车的电磁干扰及机车对车外设备的干扰。为了保证良好的接地效果, 接地线的连接应满足以下原则:一是接地线必须低阻, 接地线长度通常为300mm~350mm, 个别情况最长不超过500mm。二是相互连接的金属应尽可能是同一种金属。三是接触表面应为光亮的金属面, 接触面应不被腐蚀。
(三) 机车布线。在交流传动电力机车中, 供电电缆、电机电缆、变压器电缆、辅助设备的电缆极易产生干扰, 信号线、ATP信号电缆、数据传输总线、天线引线、音频电缆和视频传出电缆容易受到干扰, 控制电缆既可能受干扰又可能成为干扰源。按照EN50343:2003《机车车辆布线规则》, 机车电缆可分为三类:A类:高压电缆、电动机电缆、供暖电缆、变流器电缆、辅助设备供电电缆等;B类:蓄电池电缆、二进制控制电缆等;C类:信号发生器线缆、天线、扬声器线缆、数据总线线缆等。机车上, 不同类别的电缆实现了尽可能的单独铺设。不同类别电缆布设时所遵循的最小间距应按表1来进行选取。
HXD3系列机车的高压电缆主要位于侧墙顶部, 其他A类电缆分布于中间走廊地板下面, 走廊地面采用铝材覆盖并通过接地线进行接地, 以隔离辐射干扰;B类电缆主要位于侧墙中部, C类电缆都布置在侧墙下部, 最大限度地保证不同类别之间的铺设间距。通过对各种电缆的区分铺设, 有效降低了由电容性耦合、电感性耦合及电耦合产生的传导干扰。进入司机室的控制电缆、网络电缆从车体左侧进入司机室;辅助电路电缆、列车供电电缆从中间走廊线槽进入司机室。
(四) 机车屏蔽。屏蔽的原理是用屏蔽提将干扰源或者敏感源包封起来, 防止干扰磁场通过空间向外传播或使敏感设备免受外界空间电磁场的影响。HXD3系列交流传动电力机车采用屏蔽处理的主要是信号电缆。对屏蔽体的设计要满足以下几点:一是保证屏蔽提的导电连续性, 即整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体。二是屏蔽体必须良好接地。三是电缆屏蔽层的接地可以分为单端接地和双端以上接地, 音频、视频传输电缆采用单端接地;其他信号电缆、控制电缆及数据传输电缆采用双端接地。
参考文献
[1]沙斐.机电一体化系统的电磁兼容技术[M].北京:中国电力出版社, 1999
[2]白同云, 吕晓德.电磁兼容设计[M].北京:北京邮电大学出版社, 2001