電感是閉合回路中的一種屬性,是衡量產生電磁感應能力的物理量。我們常說的電感指的是電感器,是自感,用符號L表示。自感概念有嚴格的定義和數學表達式,這對于大多數網友來說不太好理解,這里就不說它了。電感的基本單位是亨(H),這個單位比較大,電子電路中常用的單位是毫享(mH)、微亨(uH)。其換算關系是:1H=1000mH,1mH=1000uH。電感是電子電路中常用的器件,它有兩個最主要的特性:通直流、阻交流。
1、通過電感的電流不能突變
當電感中的電流發生變化時,會在電感兩端產生自感電動勢,其表達式為 e= - L △I/△t ,負號表示自感電流阻礙原電流的變化。上式表明,自感電動勢的大小與電流變化率△I/△t成正比,電流變化越快、越突然,產生的自感電動勢越大; 與電感L的大小成正比,電感越大,自感電動勢也越大。
①RL串聯電路接通電源瞬間的特性~暫態特性(時域分析)
上圖是RL串聯電路接通電源后,其過度過程模擬仿真電路及u、i 曲線圖。圖中電阻(R=5Ω)、電感(L=10H)串聯后,通過轉換開關接在直電源(U=10Ⅴ)上。上面圓圈(藍色)是電流表,藍色曲線是電流曲線。右邊圓圈(綠色)為電壓表,綠色曲線為電壓曲線,橫軸為時間t。參數選擇考慮到曲線容易觀察。
從曲線可以看出,當接通電源的那一刻,電感兩端電壓為10V(突變),然后逐漸下降到0V。但電流沒有 突變 到2A,而是緩慢上升,直到達到穩態值2A(I=10V/5Ω=2A)。這是因為 電感中的能量(磁能)不能突變,它的儲存與轉換需要有個時間過程。其快慢由時間常數τ(s)=L/R決定。
上圖是電感放電的模擬電路及放電電壓電流曲線。可見電壓從10V、電流從2A隨時間逐漸下降,直到為0,電感中儲存的磁能逐漸轉化為電能釋放掉了,不再細說。
②實用意義。利用電感中電流不能突變的特性和電容配合制成各種濾波器、和抗干擾電路。例如開關電源直流輸出電路中的π型低通濾波器,在兩個濾波電容中間串聯一個功率電感,它可以將第一級電容濾波后殘余脈動成份濾掉。
2、對交流電有阻礙作用~感抗 (頻域分析)
①電感具有通直流阻交流的特性。這一特性和電容完全相反。電感(L)對正弦交流電的阻礙作用稱為感抗(XL),單位為歐姆(Ω),XL=2πfL ,式中f(Hz)為正弦交流電頻率。從式中可見,XL與f成正比,頻率f越高,感抗XL越大; XL與L也成正比,電感越大,感抗也大。
在正弦交流電RL串聯電路中,總阻抗Z(Ω)與電阻R(Ω)、感抗XL(Ω)的關系是: Z2=R2+XL2 。總電壓U(V)與電阻電壓UR(V)、電感電壓UL(Ⅴ) 的關系為: U2=UR2+UL2 。以上兩式可分別用阻抗三角形和電壓三角形表示,在直角三角形中,Z(或U)為斜邊,R(或UR)為鄰邊,XL(或UL)為對邊,斜邊與鄰邊的夾角為阻抗角φ,它表示電流滯后電壓的角度。以上可用勾股定理或三角函數計算。
從上圖曲線可以看出,這種電路電感中的電流波形(藍色)滯后電壓波形(橙色),滯后多少與RL參數有關。
②實用意義。利用電感的感抗作用,可以限流,如老式日光燈中與燈管串聯的鎮流器實際上就是工頻電感,一方面起到限流作用; 另一方面利用跳泡斷開瞬間在鎮流器兩端產生高壓自感電動勢將燈管啟動發光。節能燈驅動燈管的回路中也串有電感,等等。
3、電感的用途
電感的用途非常廣泛,電力系統可用作電抗器,電源或電子電路中可作濾波器,可以和電容組成振蕩電路,無線遙控器中作環形發射天線,收音機中作接收天線,等等。電感的種類非常多,這里就不再說了。
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