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电感的基本概念

news 2024/12/20 12:14:10

电感的定义：

电感一般是由导线绕成空芯线圈或带铁芯的线圈而制成。

当线圈中有电流通过时，线圈周围就会产生磁场，当线圈中流过的是直流电流时，线圆周围就会产生固定的磁场，线圈产生的物理现象就是电磁铁，当在电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间变化而变化：当在电感中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间变化而变化的磁力线。当导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围会产生交变的磁通，导线的磁通量与产生此磁通的电流之比就是电感。

根据法拉第电磁感应定律，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此感应电势相当于一个电源当形成闭合回路时，此感应电势就会产生感应电流，由楞次定律可知，感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化，由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化，因此从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为自感应，通常在拉开闸刀开关或接通用刀开关的瞬间会产生火花，这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。

当电感线圈接到交流电源上时，线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻变化，致使线圈不断产生电磁感应。这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势称为自感电动势，由此可见，电感量只是一个与线圈的圈数，大小形状和介质有关的参量，它是电感线圈惯性的量度，而与外加电流无关，电感只能对非稳恒电流起作用.其特点是两端电压正比于通过它的电流的瞬时变化率（导数），比例系数就是它的自感

自感电动势的大小可用式（31.1）来表示，即

$e_{L}=L\frac{\Delta i}{\Delta t}$

在电路中，当电流流过导体时会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感。电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流成正比，它们的比值称为自感系数，也称为电感，如果通过线圆的磁通量用表示单位是韦伯（Wb）电流用I表示，电感用L表示，那么

$L=\varphi /I$

感抗公式 $X_{L}=2\pi fL$

电感两端电压 $U=L\Delta I/\Delta t$

电感是储能元件，以磁的形式存储能量 $W_{L}=(L*I*I)/2$

理想的电感电阻值很小，接近于零。电感是用绝缘导线（如漆包线，沙包线等）绕制面成的电磁感应元件，属于常用元件

电感的基本作用有滤波、振荡，延迟，陷波等；变压器可以进行交流合、变压、变流和阻抗变换等

电感线圈与变压器的区别

（1）电感线圈：导线中有电流时，其周围即建立磁场。常我们把导线绕成线圈，以增强线圈内部的磁场。电感线圈就是据此把导线（漆包线，沙包线或裸导线）一圈挨一圈（导线间彼此互相绝）地绕在绝缘管（绝缘体，铁芯或磁芯）上制成的，一般情况下，电感线圈只有一个绕组

（2）变压器：电感线圈中流过变化的电流时，不但在自身两端产生感应电压，而且能使附近的线中产生感应电压，这一现象称为互感，两个彼此不连接但又靠近，相互间存在电磁感应的线圈一般称为变压器。

电感的主要特性参数

（1）电感量L。电感量L表示线圈本身固有特性，与电流大小无关。除专门的电感线圈（色环电感）外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注

（2）感抗XL，电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称为感抗XL.单位是Ω，它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL。

（3）品质因数Q.品质因数Q是表示线圈质量的一个物理量，为感抗XL，与其等效的电阻的比值，即Q=XL/R，线图的Q值越大，回路的损耗感小，线圈的Q值与导线的直流电阻.骨架的介质损耗，屏蔽罩或铁芯引起的损耗，高频趋肤效应的影响等因素有关，线圈的Q值通常为几十到几百，采用磁芯线圈，多股粗线圈均可提高线圈的Q值

（4）分布电容，线圈的匝与匝间，线圈与屏罩间，线圈与底板间存在的电容称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。采用分段绕法可减小分布电容

（5）允许误差，允许误差是电感量实际值与标称值之差除以标称值所得的百分数

（6）标称电流，标称电流是指线圈允许通过的电流大小，通常用字母A.B.C.D.E分别表示，标称

电流值分别为50mA，150mA，300mA.700mA.1600mA

电感的分类

按电感形式分类

固定电感和可变电感，固定电惑即电感量不可调的线圈，又可分为空芯电感、磁芯电感和铁芯电感等，根据结构外形和引脚方式，固定电感还可分为立式同向引脚电感，卧式轴向引脚电感，大中型电感，小巧玲珑型电感和片状电感等。可变电感即电感量可调节的线圈，常用的手动方式改变电感大小的方法有两种：一种是采用带螺纹的软磁铁氧体，通过改变铁芯在线圈中的位置来调节电感量：另一种是采用滑动开关，通过改变线圈匝数来改变电感的电感量，常用的自动方式改变电感大小的方法有3种：饱和电感法，开关控制电感法和正交铁芯控制电感法

（1）饱和电感法。在铁芯上绕两个绕组，一个是工作绕组，通交流：另一个是控制绕组，通直流改变控制绕组中直流电流的大小，就可以改变铁芯的饱和程度，从而改变工作绕组的等值电惑大小，这种方法历史比较早，饱和电感和磁放大器的工作原理就建立在饱和电感法的基础上。

（2）开关控制电感法。在电感电路中串联一个双向晶闸管开关，通过双向晶闸管的导通和关断来改变电感的等值电感大小，国内外大量研究开发和生产的正弦能量分配器式交流稳压电源就建立在开关控制电感法的基础上

（3）正交铁芯控制电感法。把C型铁芯的一半旋转90°和另一半对接，一半铁芯上绕工作绕组，通交流：另一半铁芯上绕控制绕组，通直流，改变直流电流的大小，就可以连续改变工作绕组的电感大小。这种方法主要在开关电源、逆变电源，交流稳压电源和电力交流串联补偿器和移相器中应用常用的可变电感有半导体收音机用振荡线圈、电视机用行振荡线圈，行线性线圈、中频陷波线圈、音响用频率补偿线圈，扼流线圈等

按导磁体性质分类：

可将电感分为空芯线圈、铁氧体线圈、，铁芯线圈和铜芯线圈。电感线圈是由导线一圈挨一圈地绕在绝缘管上的，导线彼此互相绝缘，而绝缘管可以是空芯的，也可以包含铁芯或铜芯，空芯线圈不用磁芯，骨架和屏蔽罩等，而是先在模具上绕好后再脱去模具，并将线圈各圈之间拉开一定距离，电感线圈的电感量大小与有无磁芯有关，在空芯线圈中插人不同性质的磁芯，就可使其成为不同种类的电感线圈

铁氧体线圈是在空芯线圈中插入铁氧体磁芯，从而增加电感量和提高线圈的品质因数，

铜芯线圈通过旋动铜芯在线圈中的位置来改变电感量，调整方便，耐用

按工作性质分类，

分为天线线圈，振荡线圈，扼流线圈、陷波线圈和偏转线圈

天线线圈用于无线电信号接收；振荡线圈在电路中与电容组或振荡回路，产生高频等幅振荡信号；扼流线圈在电路中用来限制交流电通过；陷波线圈与电阻和电容一起构成带阻滤波器，在无线电接收机中专门用于消除某些无用信号，以减小对有用信号的干扰；偏转线圈常用于电视机扫描电路的输出级，该应用场景要求偏转线圈具有偏转灵最度高，磁场均匀、Q值大，体积小、价格低的特点。