在学习第六章恒定电流时我们已经知道，为了减少电能输送过程中的损耗，要采用高压传输，发电厂要先用升压器将电压升高，再向远距离的用户输送，到达目的地之后，用降压器将电压降到我国的市电220V，再输送给用户。那么变压器是怎样升压和降压的呢？

日光灯必须有一个叫做镇流器的元件才能正常启动和发光，它的作用是什么？又是怎样工作的呢？

这一节我们通过这两个典型的实例来介绍互感和自感现象，以及它们在工程技术中的应用。

一、互感

如图7-32所示，当线圈A中的电流变化时，使得穿过线圈A、B中的磁通量发生变化，在线圈B中就会产生感应电动势；同样，如果线圈B中的电流变化时，穿过线圈A、B中的磁通量发生变化，则在线圈A中也会产生感应电动势。这种由于一个线圈中的电流的变化，而使邻近另一个线圈中产生感应电动势的现象，叫做互感。

在互感现象中，两个电路间并没有电的联系，而是通过磁的联系把电能从一个电路输送到另一个电路。电工和无线电技术中使用的各种变压器，都是根据互感的原理制造的。

图7-32 线圈A、B在的互感现象

二、变压器

变压器是利用互感原理工作的电磁装置，主要由铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。常见的变压器结构如图7-33所示，一个线圈跟电源相连接，叫做原线圈（初级线圈）；另一个线圈跟负载相连接，叫做副线圈（次级线圈）。两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片等磁性材料叠合而成。

图7-33 变压器示意图

如果把变压器的原线圈接在交流电源上，在原线圈中就有交变电流流过。交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量经过闭合磁路同时穿过原线圈和副线圈。在原、副线圈中都要产生感应电动势。

在理想情况下，可以认为穿过这两个线圈的交变磁通量相同，这两个线圈的每匝产生的感应电动势相等。因此理想变压器原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比。

设理想变压器原线圈两端的电压是U1，副线圈两端的电压是U2，原线圈的匝数是n1，副线圈的匝数是n2，则

若n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器；

若n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器。

目前我国远距离输电采用的电压有110kV、220kV和330kV，有的线路已经开始采用550kV的超高压送电。

一般大型发电机组输出的电压等级分别为10.5kV、13.8kV、15.75kV、18.0kV。这样的电压不符合远距离输电的要求，所以要用变压器升压。发电厂发电机发出的电，经过升压站升为高电压，由高压输电线向外输送，到达用户一方时，先在一次高压变电所降到110kV，再由二次高压变电所降到10kV，其中一部分送到需要高电压的工厂，另一部分送到低压变电所降到220V或380V送给一般用户。常见的变压器如图7-34所示。

三、自感现象

在图7-35所示的电路中，白炽灯A和带铁心的线圈L并联，ε为一直流电源，S为一开关。闭合开关S，给白炽灯A供电，白炽灯A不明显发光；当断开开关S时，在断电的瞬间，白炽灯A不是马上熄灭，反而闪亮了一下，然后熄灭。这是为什么呢？

原来，闭和开关时，白炽灯A和线圈L中都有电流通过，只是由于白炽灯A的额定电压较高，两节串联电池构成的直流电源所提供的电压远远小于它的额定电压，因此它不明显发光。在电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减小，穿过线圈的磁通量迅速减少，因而在线圈中产生了较大的感应电动势。虽然此时电源已经断开，但原来并联着的线圈L和白炽灯A构成了闭合回路，在此回路中产生了较大的电流，使白炽灯在瞬间发出了明亮的光。

图7-34 常见变压器

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图7-35 自感现象

显然，这种电磁感应现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的，我们把由于导体本身电流发生变化而产生感应电动势的现象叫做自感现象。自感现象中产生的电动势叫做自感电动势。

跟其它的电磁感应现象一样，自感电动势的大小跟穿过线圈的磁通量的变化率ΔΦ/Δt成正比。但是在自感现象中，磁场是由线圈中的电流产生的，线圈中的磁通量的变化率跟通过线圈的电流的变化率成正比。因此，自感电动势εL跟电流的变化率成正比，即t

上式中的比例系数L，叫做线圈的自感系数，简称为自感或电感。线圈的自感系数L是由线圈本身的特性决定的，跟线圈的形状、横截面积、长短、匝数等因素有关。线圈的横截面积越大，线圈越长，匝数越多，它的自感系数就越大。另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯的线圈的自感系数大得多。

在SI中，自感系数的单位是亨利，简称亨，符号是H。

一个线圈，如果通过它的电流在1s内变化1A，产生的自感电动势是1V，那么，这个线圈的自感系数就是1H。常用的自感的单位还有毫亨（mH）和微亨（mH），它们的关系为

自感线圈是交流电路中的重要元件，在各种电器设备和无线电技术中有着广泛的应用，如图7-36（a）所示。在自感系数很大而电流又很强的电路（如大型电动机的定子绕组，如图7-36（b）所示）中，在切断电路的瞬间，由于电流在很短的时间内发生很大的变化，会产生很大的自感电动势，在断开处会产生火花放电或弧光放电，这不仅会烧坏开关，甚至危及工作人员的安全。因此，这类电路必须采用特制的安全开关。在防爆电器中常用的安全开关是将开关侵泡在绝缘性良好的油中，以防电弧产生。

图7-36 自感的应用实图

四、日光灯的工作原理

日光灯的电路如图7-37所示，它主要由灯管、镇流器和启辉器组成。镇流器是一个带铁芯的线圈。启辉器的结构如图7-38所示，它是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装上两个电极，一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形动触片。灯管内充有稀薄的水银蒸气。当水银蒸气导电时，就发生紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的光。

图7-37 日光灯电路图

图7-38 启辉器

由于激发水银蒸气导电所需的电压比220V的电源电压高得多，因此，日光灯在开始点燃时需要一个高出电源电压很多的瞬时电压。在日光灯点燃后正常发光时，灯管的电阻变得很小，只允许通过不大的电流，电流过强就会烧坏灯管，这时又要使加在灯管上的电压大大低于电源电压。这两方面的要求都是利用跟灯管串联的镇流器来实现的。

当开关闭合后，电源把电压加在启辉器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长，跟静片接触而使电路接通，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过。电路接通后，启辉器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然断开的瞬间，镇流器的两端就由于自感现象产生一个瞬时高电压，这个电压和电源电压都加在灯管的两端，使灯管中的水银蒸气开始导电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光。在日光灯正常发光时，与灯管串联的镇流器就起着降压限流的作用，保证日光灯的正常工作。

习题7-6

1.在自感现象中，自感电动势的大小跟哪些因素有关？

2.简述日光灯的工作原理。

3.一个线圈的自感系数是0.9H，在0.5s内线圈中的电流由零均匀增加到3A，线圈中的自感电动势是多大？

4.有一线圈的电流在0.001s内变化了0.02A，所产生的自感电动势是50V，求线圈的自感系数。

5.一个变压器的原线圈有1210匝，接在220V的交流电源上，要获得5V、6.3V、350V的三种输出电压，求与之对应的三个副线圈的匝数。