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什么是电感(非常详细)

电感元件简称电感,其图形符号可以表示为图 1a) 所示。


图 1 电感元件图形符号与韦安曲线

在理想情况下,一般认为电感具有以下特性:在没有非线性导磁物质存在的条件下,一个载流线圈的磁通链 Ψ(或磁通 ϕ )与线圈中的电流 I 成正比,即:


式中,N 为电感元件绕制的线圈匝数;L 为电感元件的参数,称为电感元件的电感值。由于单个线圈中磁通链是由线圈本身的电流产生的。因此电感值也称自感系数,单位为 H(亨利,简称亨)。在实际应用中常用单位是 mH(毫亨)、μH(微亨)和 nH(纳亨)。以 Ψ 和 I 作为坐标轴可以画出电感的韦安曲线,如图 1b) 所示,线性电感的韦安曲线是过原点的直线。

由于在实际应用中,磁通链是很难测量的,因此需要确定电感两端电压与电流的关系。由电磁感应定律可知,电与磁之间是可以相互转换的。当磁通链 Ψ 随时间变化时,在线圈的端子间会产生感应电压,其关系为:


结合上面两个公式可得,线圈两端电压与流过电流之间的关系为:


上式表明电感两端电压与流过的电流成正比。相反地,也可以根据电感两端的电压求解流过的电流:


因此,可以看出,电感与电容一样,也是一种有“记忆”的元件。电感能将能量以磁场的形式进行存储。一个理想的电感吸收的功率为:


则电感从 t0 时刻到 t1 时刻吸收的能量为:


如初始时刻 t0 电感的能量为 0,那么在 t 时刻电感吸收能量可以写为:


假如在电感两端通入正弦交流电流,即 I=Imsinωt,电感两端电压 U 为:


其中,Im 为正弦波形的幅值,当角频率 ω=1、电感 L=1H 且赋值 Im=1A 的条件下,可求得:


则流过电感电流 I 与电感两端电压 U 关于时间 t 的波形如图 2 所示。


图 2 流过电感的电流与两端电压的波形

可以看出,流过电感电流 I 超前电感两端电压 U,相位相差 90°。正好与电容的电压与电流的相位关系相反。

绕制电感

如前所述,在电阻、电容、电感的组合电路中可以根据电阻值、电容值、电感值的任意组合来改变输入电压与电流之间的相位关系。因此在实际应用中往往需要使用不同的电感值。

与电阻、电容一样,通常实际生产的标准电感的电感值也是有限的,其实物图如图 3a) 所示,当然也可以电感通过串、并联的方式得到任意的等效电感值。两个互相没有影响的电感串、并联后的等效电感的计算公式与电阻类似。


图 3 电感实物

但在实际应用中很少使用此方式得到非标的电感,而是在磁芯表面缠绕漆包线来得到电感,通过漆包线围绕磁芯匝数来改变其电感值,实物图如图3b) 所示。

实际绕制电感的过程中,有以下几点注意事项:

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