【电工知识】电感器的工作原理

2017-07-03 15:26:56 PCBA加工厂家 228

电感器也称为线圈或电抗器,是一种无源双端电气元件,当电流流经磁场时,它将电能转化为磁能存储在磁场中。

电感器

通过电感的横截面的电流和磁通量的变化在导体中产生相反的电动势。 电感(L)表征电感器的这种行为,并且根据相反的电动势或其产生的磁通量和相应的电流

{\displaystyle L={d\Phi  \over di}\,}

电感器是由导线或其他导体组成的部件,其形状通过电路增加磁通量,通常为线圈或螺旋形。电路的电感取决于电流路径的几何形状以及附近材料的磁导率。将电感绕成线圈会增加磁通线连接电路的次数,增加电场,从而增加电感。匝数越多,电感越高。电感也取决于线圈的形状、匝间的分离以及许多其他因素。通过在线圈内添加由诸如铁之类的铁磁材料制成的“磁芯”,并将铁磁材料磁化磁化,会增加磁通量。铁磁芯的高磁导率可以将线圈的电感量增加几千倍。

1、计算公式

通过电感器的电流变化都会产生通量的变化,从而产生电感两端的电压。根据法拉第的感应定律,通过电路的磁通量的变化引起的电压为:

{\displaystyle v={d\Phi  \over dt}\,}

从以上得出:

v={d \over dt}(Li)=L{di \over dt}\,

因此,电感也是对电流变化率产生的电压多少的量度。例如,当通过电感器的电流以每秒1安培的速率变化时,电感为1亨利的电感器产生1伏的EMF。这通常被认为是电感器的本构关系(定义方程)。

2、兰茨定律

感应电压的极性(方向)由兰茨定律得出,表示阻碍电流的变化。例如,如果通过电感器的电流增加,则在电流进入的端子处的感应电压将为正,在其离开的端子处为负,电感会试图阻碍电流。克服该电位“山”所需的来自外部电路的能量被存储在电感器的磁场中;电感被称为“充电”或“通电”。如果电流正在减小,则在电流进入的端子处的感应电压将为负,在其离开的端子处为正,电感会试图维持电流。来自磁场的能量正在返回到电路;电感被称为“放电”。

3、理想状态下的感应器

在电路理论中,理想状态下的电感器会遵循上述的定律。 “理想电感”只有电感,但无电阻或电容的影响,因此不会耗散或辐射能量。然而,真正的电感器具有副作用,它们会受到电阻(由于导线的电阻和芯材料中的能量损失)和寄生电容(由于电线之间的电场处于稍微不同的电位)的影响。在高频下,电容开始影响电感的行为;在某些频率下,实际电感器表现为谐振电路,变为自谐振。在谐振频率之上,电容电抗成为阻抗的主要部分。在较高的频率下,由于皮肤效应和接近效应,绕组中的电阻损耗增加。


由于电感器磁芯中的滞后和涡流而具有额外的能量损耗,其随频率而增加。在高电流下,由于芯的磁饱和引起的非线性,铁心电感器也达不到理想状态。电感器可以将电磁能辐射到周围空间和电路中,并且可以吸收来自其它电路的电磁辐射,从而引起电磁干扰(EMI)。对于真实的电感应用,这些寄生参数与电感一样都是非常重要。



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