电感元件基础知识具体解析

时间: 2024-10-08 20:33:18 |   作者: kaiyun官方平台app下载

　　电感元件是一种储能元件，电感元件的原始模型为导线绕成圆柱线圈。当线圈中通以电流i，在线圈中就会发生磁通量Φ，并贮存能量。表征电感元件（简称电感）发生磁通，存储磁场的才能的参数，也叫电感，用L表明，它在数值上等于单位电流发生的磁链。电感元件是指电感器（电感线圈）和各种变压器。

　　“电感元件”是“电路剖析”学科中电路模型中除了电阻元件R，电容元件C以外的一个电路根本元件。在线性电路中，电感元件以电感量L表明。元件的“伏安联络”是线性电路剖析中除了基尔霍夫定律以外的必要的束缚条件。电感元件的伏安联络是 u=L（di/dt），也便是说，电感元件两头的电压，除了电感量L以外，与电阻元件R不同，它不是取决于电流i本身，而是取决于电流对时刻的改动率（di/dt）。电流改动愈快，电感两头的电压愈大，反之则愈小。据此，在“稳态”状况下，当电流为直流时，电感两头的电压为零；当电流为正弦波时，电感两头的电压也是正弦波，但在相位上要超前电流（π/2）；当电流为周期性等腰三角形波时，电压为矩形波，如此等等。总的来说，电感两头的电压波形比电流改动得更快，含有更多的低频成分。

　　浅显地说，穿过一个闭合导体回路的磁感线条数称为磁通量。由于穿过闭合载流导体（许多状况是线圈）的磁场在其内部构成的磁通量改动，依据法拉第电磁感应定律，闭合导体将发生一个电动势以“抵挡”这种改动，即电磁感应现象。电感元件的电磁感应分为自感应和互感应，本身磁场在线圈内发生磁通量改动导致的电磁感应现象，称为“自感应”现象；外部磁场在线圈里磁通量改动发生的电磁感应现象，称为“互感应”现象。

　　比方，当电流以1安培/秒的改动速率穿过一个1亨利的电感元件，则引起1伏特的感应电动势。当盘绕导体的导线匝数增多，导体的电感也会变大，不只匝数，每匝（环路）面积，连盘绕资料都会影响电感巨细。此外，用高渗透性资料盘绕导体也会令磁通量添加。

　　一个电感元件贮存的能量（单位：焦耳）等于流经它的电流树立磁场所做的功，其值由下式给出：

　　若针对电感元件，要核算在时刻到之间，电感元件能贮存的能量，能够用下式核算：

　　电感可由电导资料盘绕磁芯制成，典型的如铜线，也可把磁芯去掉或许用铁磁性资料替代。比空气的磁导率高的芯资料能够把磁场更严密的束缚在电感元件周围，因而增大了电感。

　　电感有许多种，大多以外层瓷釉线圈（enamel coated wire ）盘绕铁素体（ferrite）线轴制成，而有些防护电感把线圈彻底置于铁素体内。一些电感元件的芯能调理。由此能够改动电感巨细。

　　小电感能直接蚀刻在PCB板上，用一种铺设螺旋轨道的办法。小值电感也可用以制作晶体管相同的工艺制作在集成电路中 。在这些运用中，铝互连线被常常用做传导资料。不管用何种办法，根据实践的束缚运用最多的更是一种叫做“旋转子”的电路，它用一个电容和自动元件体现出与电感元件相同的特性。 用于隔高频的电感元件常常用一根穿过磁柱或磁珠的金属丝构成。

　　像电容元件抵挡电压的改动相同，电感元件抵挡电流的改动。一个抱负电感元件应对直流电不呈电阻性，可是只要超导电感元件才会发生零电阻。

　　一般来说，随时刻改动的电压v（t）与随时刻改动的电流i（t）在一个电感为L的电感元件上呈现的联络能够用微分方程来表明：

　　当有正弦交流电穿过电感元件时，会发生正弦电压。电压的起伏与电流的起伏（）与电流的频率（f）的乘积成份额。

　　当于电路剖析中运用拉普拉斯改换，一个没有初始电流的抱负电感元件的阻抗能于s域被表述成：

　　经过串联电感的电流坚持不变，但每个电感元件上的电压可不同。其电压之和等于总电压。总电感：

　　这种简略的联络只要在没有磁场互耦（mutual coupling）的条件下才建立。

　　一个抱负的电感元件是不会因流经线圈的电流的巨细而改动其敏感度。可是于实践环境下，线圈内的金属线会令电感元件带有绕组电阻。由于绕组电阻是以串联著电感元件的电阻方式呈现，所以亦被称为串联电阻。由于串联电阻的存在，实践电感元件的特性会不同于抱负电感，能够用品质因数表明电感和电阻之的份额。

　　一个电感元件的品质因数（简称Q）是它处于某一特定频率时，它的电感电抗和电阻之间的份额，这个份额是用来测量电感元件的有用程度。品质因数越高，电感元件的体现越类似现想中电感元件的体现。

　　运用铁磁性资料而别的部分不变的话，电感会上升，因而品质因数会被进步。可是若频率上升时，铁磁性资料的电感会下降，也便是电感是频率的变数。所以于甚高频（VHF）或更高频的状况下，会倾向运用空气中心。运用铁磁性中心的电感元件或许会于很多电流流入时进入饱和状况，引致电感及品质因数下降。运用空气中心能防止这种现象。一个经杰出规划的含空气中心的电感元件能有高达几百的品质因数。

　　一个近乎抱负的电感元件（即近乎无限的的品质因数）能够由以下办法所制：将由超导合金所制的线圈浸入液态氦或液态氮中。这会令电线处于极低温状况，而绕组电阻会消失。由于超导电感元件的效能极近乎抱负中的电感元件，它能够贮存很多电能于磁场内。

　　相同条件下内阻越大，品质因数越小。品质因数能够看做是衡量电感元件好坏的规范之一，品质因数越高一般意味着电感的质量越好。

　　电感元件与电容元件及其他一些器材结合能构成调谐电路，能够扩大或过滤一些特定的信号频率。

　　大电感可用于电源的阀门（chokes），曾经也常常与滤波器联用用于去除直流输出的冗余和动摇成分。

　　两个或多个电感元件之间有耦合磁通量可构成变压器，变压器是电力电源体系的根本组件。变压器的功率随频率的添加而减小，但高频变压器的体积也变的很小，这也是为什么一些飞翔器用400赫兹交流电而不是一般的50或60赫兹，用小型变压器而节省了很多的载重。

　　在开关式电源中，电感元件被做为储能元件。电感元件跟着调整器的转化频率的特定部分而储能，而在周期后半部分开释能量。其能量转化比决议了输入输出电压比。 这个XL 用于弥补自动半导体设备可用来准确操控电压。

　　电感元件也被运用于电力传输体系，用来下降体系电压或约束疵电流（fault current），这些一般被用于反应堆。比较其他元件电感元件要显得大而重，所以在现代设备里以减少了其运用；固态开关电源去掉了大变压器，电路转为运用小的电感元件，而大值则由反转器（gyrator） 电路模仿。

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