电子电路基础 - 电感

  • 简述

    电感器获得由电流变化引起的电压的特性被定义为电感。电感是电压与电流变化率的比值。
    电流的变化率会产生磁场的变化,从而感应出与电压源方向相反的 EMF。EMF 的这种感应特性称为电感
    电感的公式是
    电感=volatgerateofchangeofcurrent
    单位 -
    • 电感的单位是亨利。它由L表示。
    • 电感器主要有 mH(毫亨利)和 μH(微亨利)。
    当一伏特的电动势在线圈中自感时,线圈的电感为一亨利,其中电流以每秒一安培的速率变化。

    自感

    如果考虑一个线圈,其中有一些电流流动,它有一些磁场,垂直于电流流动。当该电流不断变化时,磁场也会发生变化,并且这种变化的磁场会感应出与源电压相反的 EMF。这种产生的反电动势就是自感电压,这种方法称为自感
    自感
    图中的电流i s表示源电流,而i ind表示感应电流。通量表示在线圈周围产生的磁通量。随着电压的施加,电流i流动并产生磁通量。当电流i s变化时,通量会发生变化,从而产生i ind
    线圈上的这种感应电动势与电流的变化率成正比。电流变化率越高,感应的 EMF 值就越高。
    我们可以把上面的方程写成
    E alpha fracdIdt
    E=LdIdt
    在哪里,
    • E是产生的 EMF
    • dI/dt表示电流的变化率
    • L表示电感的系数。
    自感或自感系数可称为
    L=EdIdt
    实际方程写为
    E=LdIdt
    上式中的负号表示根据楞次定律在与电压源相反的方向上感应出 EMF 。

    互感

    由于载流线圈在其周围产生一些磁场,如果将另一个线圈靠近该线圈,使其处于初级的磁通量区域,则变化的磁通量会在第二个线圈中感应出 EMF。如果这个第一个线圈称为初级线圈,第二个可以称为次级线圈
    当由于初级线圈的磁场变化而在次级线圈中感应出电动势时,这种现象称为互感
    互感
    图中的电流i s表示源电流,而i ind表示感应电流。通量表示在线圈周围产生的磁通量。这也扩散到次级线圈。
    随着电压的施加,电流i流动并产生磁通量。当电流i s变化时,由于互感特性,磁通量会发生变化,从而在次级线圈中产生i ind 。
    改变就这样发生了。
    VpIpBVsIs
    在哪里,
    • V p i p分别表示初级线圈的电压和电流
    • B表示磁通量
    • V s i s分别表示次级线圈的电压和电流
    两个电路的互感M描述了由初级电流变化引起的次级电压量。
    V()=MΔIΔt
    其中$\frac{\Delta I}{\Delta t}$ 是电流随时间的变化率,M是互感系数。负号表示电流方向与源相反。
    单位 -
    互感的单位是
    volt=Mampssec

    (从上面的等式)

    M=volt.secamp
    =亨利(H)
    根据初级线圈和次级线圈的匝数,磁通链和感应电动势的量会有所不同。初级匝数用 N1 表示,次级用 N2 表示。耦合系数是指定两个线圈的互感的术语。
  • 影响电感的因素

    有几个因素会影响电感器的性能。下面讨论主要的。

    线圈长度

    电感线圈的长度与线圈的电感成反比。如果线圈的长度更长,则该电感器提供的电感会变小,反之亦然。

    线圈横截面积

    线圈的横截面积与线圈的电感成正比。线圈的面积越大,电感就越高。

    转弯数量

    随着匝数的增加,线圈直接影响电感。电感值与线圈匝数成平方关系。因此,匝数越高,它的平方将是线圈的电感值。

    核心的渗透性

    电感器磁芯材料的磁导率 (μ)表示磁芯为在其内部形成磁场提供的支持。磁芯材料的磁导率越高电感就越高。
  • 耦合系数

    这是计算两个线圈的互感的一个重要因素。让我们分别考虑两个附近的 N1 和 N2 匝线圈。
    通过第一线圈i 1的电流产生一些通量Ψ 1。韦伯匝数可以理解磁链的数量。
    设由于 i 1的单位电流,到第二个线圈的磁通量链接量为
    N2φ1i1
    这可以理解为互感系数,这意味着
    M=N2φ1i1
    因此,两个线圈或电路之间的互感系数被理解为一个线圈中的韦伯匝数,因为另一个线圈中的电流为 1A。
    若第一个线圈的自感为 L 1,则
    L1i1=N1φ1=>L1N1φ1i1
    M=N2L1N1
    类似地,第二线圈中电流 i 2引起的互感系数为
    M=N1φ2i2 :1
    如果第二个线圈的自感为 L 2
    L2i2=N2φ2
    L2N2=φ2i2
    所以,
    M=N1L2N22
    将 1 和 2 相乘,我们得到
    M×M=N2L1N1×N1L2N2
    M2=L1L2=>M=L1L2
    当初级线圈的整个变化的磁通与次级线圈链接时,上式成立,这是一种理想情况。但在实践中,情况并非如此。因此,我们可以写成
    ML1L2
    ML1L2=K1
    其中 K 称为耦合系数。
    耦合系数 K可以定义为实际互感系数与理想(最大)互感系数的比值。
    如果 k 值接近 1,则称线圈为紧耦合,如果 k = 0,则称线圈为松耦合。
  • 电感器的应用

    电感器有很多应用,例如 -
    • 电感器用于滤波电路中以检测高频分量并抑制噪声信号
    • 将电路与不需要的 HF 信号隔离开来。
    • 电感器用于电路中以形成变压器并将电路与尖峰隔离。
    • 电感器也用于电机。