电感的基本概念、自感与互感作用

2017-08-18 76 0

电感是闭合回路的一种属性,是一个物理量。当线圈通过电流后,在线圈中形成磁场感应,感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流,这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗,也就是电感,以美国科学家约瑟夫·亨利命名。

电感是描述由于线圈电流变化,在本线圈中或在另一线圈中引起感应电动势效应的电路参数。电感是自感和互感的总称,提供电感的器件称为电感器。

电感的基本概念、自感与互感作用

图 1 电感器

电感用 L 表示,单位有亨利(H)、毫亨(mH)、微亨(μH),1 H = 10³ mH = 10⁶ μH。

一、电感的作用

1. 自感

当线圈中有电流通过时,线圈的周围就会产生磁场;当线圈中的电流发生变化时,其周围的磁场也产生相应的变化,此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势(感生电动势),这就是自感。

2. 互感

两个电感线圈相互靠近时,一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈,这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。

二、电感在电路中的典型表现

一般地,可以认为电流稳态时电感 L 的电阻很小,电流突然改变时电感表现出很强的阻抗性。图 2 给出两个常见的含电感电路。

电感的基本概念、自感与互感作用

图 2 含电感的典型电路(甲、乙)

甲图情况分析:当甲图中开关突然闭合时,通过 R 的支路很快就有一个稳定的电流,而由于 L 的作用,通过灯泡的电流是缓慢增加的,达到稳态后维持某个电流数值不变,灯泡的亮度是慢慢变亮的;当甲图中开关突然断开时,由于 L 的作用形成一个以 L 为电源,L、灯泡、R 串联的回路,通过灯泡的电流缓慢减小直到最终熄灭,灯泡的亮度是慢慢减弱的。

乙图情况分析:当乙图中开关突然闭合时,通过 R 与灯泡的支路很快就有一个稳定的电流,通过 L 的电流是缓慢增加的,不过达到稳态时 L 中的电流要比另外支路大,灯泡的亮度是突然变亮的;当乙图中开关突然断开时,由于 L 的作用同样形成一个以 L 为电源,L、灯泡、R 串联的回路,通过灯泡的电流缓慢减小直到最终熄灭;相比于甲图,此时起始的电流更大些,因此电灯泡是先闪亮一下,而后逐步减弱的。

三、电感线圈的参数与特性

电感线圈是利用电磁感应的原理进行工作的器件。线圈是由导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上,导线彼此互相绝缘,而绝缘管可以是空心的,也可以包含铁芯或磁粉芯。

当有电流流过一根导线时,就会在这根导线的周围产生一定的电磁场,而这个电磁场又会对处在这个电磁场范围内的导线发生感应作用:对产生电磁场的导线本身发生的作用叫做“自感”,即导线自己产生的变化电流产生变化磁场,这个磁场又进一步影响了导线中的电流;对处在这个电磁场范围内的其他导线产生的作用叫做“互感”。

电感线圈的电特性和电容器相反,“通低频,阻高频”:高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力,很难通过;而低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小,即低频信号可以较容易地通过它。电感线圈对直流电的电阻几乎为零。电阻、电容和电感对于电路中电信号的流动都会呈现一定的阻力,这种阻力称为“阻抗”;电感线圈对电流信号所呈现的阻抗利用的是线圈的自感。电感线圈有时也简称为“电感”或“线圈”,用字母“L”表示;绕制电感线圈时所绕的圈数一般称为线圈的“匝数”。

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