1 简介
电感器是与电阻和电容器并列的重要被动元件,有时被称为线圈。通常,线圈是指环形导线绕组,电路中的线圈是指电感器。 通常使用电感器符号L为了纪念物理学家海因里希·楞次(Heinrich Lenz)。 电感器的基本结构为将导线缠绕成线圈状的,能够将电能转换成磁能并蓄积在电感器内部。被蓄积的磁能量由电感器的电感值来决定,电感值的单位为亨利(H)。
2 电感的基本结构
最基本的电感器是将导线缠绕成线圈的电感器,导线的两端是外部端子。近年来,一半以上的电感器是用磁芯将导线缠绕在磁心上。 以下公式可以获得电感器的电感值。
3 电感的符号
类型 | 符号 |
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电感器(无磁芯) | |
电感器(铁磁芯) | |
电感器(铁磁芯) | |
4 电感的电压和电流 | |
如结构所示,电感器仅由缠绕电线制成,因此在施加电压时基本上会有电流流过。然而,电感器是一个旨在使用基于电磁感应的部件,而不仅仅是电流流过。以下是施加直流电压和交流电压时电感器的功能。 |
4.1 直流电压
如电路图所示,当开关关闭电感器施加直流电压时,电流会流向电感,磁束会随着电感(绕组)电流的变化而变化,并在电感上产生电动势(感应电动势)。电感器基本上是一个单独的绕组,所以它被称为自感。电势向相反的方向产生,阻碍了电流的增加。相反,一旦开关断开,电流开始减少,电感器就会阻止电流减少。 电流(IL)这意味着在以下情况下,当开关关闭时,电流会流出,但由于电势电流的增加,电流会在一定时间内增加。升高后,恒电流会通过电阻成分。一旦开关关闭,电流会下降,但在一定时间内,常数会以同样的方式变为零。 电压(VL)表示开关关闭和断开时电感器的电动势。如公式所示,电感器上产生的电动势和电流的变化率(ΔI /Δt)成正比。 如刚才的电流波形图所示,当开关关闭时,电流会缓慢增加,因此电势只会上升到电源电压。当开关关闭时,电流会立即切断。因此,与开关打开时相比,电流会急剧下降,单位时间的变化率会增加,从而产生更高的电势。
此外,当开关断开时,由于电感产生的高电压,电流并没有瞬间变为零。
正如开头的所谓电感器所述,电感器可以将电能转化为磁能,并在电感器内部积累,可以产生如此高的电势。积累的能量可以用下面的公式表示,与电感值的大小成正比。
交流电压
根据上述说明,电感器上产生的电动势的大小与流向电感器的电流变化率成正比,交流波形也是如此。 (1) 首先,当电流从零上升时, 电流变化率最大,因此电压会增加,但电压会随着电流的上升速度而减慢,当电流达到最大点(电流变化率为零)时,电压会变为零。 (2) 当电流从最大值开始下降时,负电压开始产生,当电流变为零时(电流变化率最大)。 对于(3), (4)的区域,与上述情况一样。 观察电流和电压波形时,如果电流波形为正弦波,则电压波形也为正弦波。此外,还可以发现电流波形滞后于电压波形的1/4周期(电流相位滞后于90°)的情况。 由于电流变化较大,这种情况会产生较大的电压,也可以发现电流变化率越高,电压越大。 但实际电感器电压与交流电源电压相同,因此如果以电压为基准,则可以说恒压频率升高时流过的电流减小。 也就是说,交流频率越高,流过的电流越难通过,电感器起到类似电阻的作用。 我们称之为线圈的感抗(XL)。感应抗和流过的电流可以用下公式表示。
4 比较电感和电容
根据上述说明,将电感器的特性与电容器进行比较,总结为下表。如表所示,电子部件电感器与电容器正好相反。
项目 | 电感 | 电容 |
---|---|---|
电压与电流的关系 | 电流的变化率越大,产生的电压就越大 | 电压变化率越大,电流越大 |
直流电流 | 通过 | 不让通过 |
交流电流 | 频率越高,越难通过 | 越高频越容易通过 |
电流相对于电压的相位 | 滞后90° | 超前90° |