線圈電感的基礎(chǔ)教程

線圈的電感是指電感線圈必須抵抗流過它的電流的任何變化的電氣特性。因此，只有當(dāng)電流發(fā)生變化時，電感才會出現(xiàn)在電路中。

由于磁場的變化，電感器會在其內(nèi)部產(chǎn)生自感應(yīng)電動勢。在電路中，當(dāng)在電流變化的同一電路中感應(yīng)電動勢時，這種效應(yīng)稱為自感應(yīng)（L），但有時通常稱為反電動勢，因為它的極性與施加電壓。

當(dāng)電動勢被感應(yīng)到位于同一磁場內(nèi)的相鄰組件時，電動勢被稱為互感感應(yīng)，（M），互感是變壓器、電動機、繼電器等的基本工作原理。自感是互感的一種特殊情況，因為它是在單個隔離電路中產(chǎn)生的，所以我們通常將自感簡稱為電感。

電感的基本測量單位稱為亨利( H )，以約瑟夫·亨利命名，但它也有韋伯每安培單位  (  1 H = 1 Wb/A  )。

楞次定律告訴我們，感應(yīng)電動勢會產(chǎn)生一個方向的電流，該方向與首先引起電動勢的通量變化相反，即作用和反作用的原理。然后我們可以準(zhǔn)確地將電感定義為：“當(dāng)線圈中感應(yīng)出一伏的電動勢時，如果流過所述線圈的電流以一安培/秒的速率變化，則線圈的電感值為一個亨利”。

換句話說，當(dāng)流過線圈的電流以一安培/秒 ( A/s ) 的速率變化時，線圈具有一個亨利 ( 1H ) 的電感 ( L ) 。這種變化會在其中感應(yīng)出一伏特的電壓 ( V L )。因此，每單位時間通過繞組線圈的電流變化率的數(shù)學(xué)表示如下：

 

其中：di是以安培為單位的電流變化，dt是以秒為單位的電流變化所需的時間。然后，由于這種電流變化，電感為L亨利的線圈中感應(yīng)的電壓 ( V L )表示為：

 

請注意，負(fù)號表示感應(yīng)電壓與每單位時間通過線圈的電流變化 ( di/dt ) 相反。

從上面的等式，線圈的電感因此可以表示為：

線圈電感

 

其中：L是以亨利為單位的電感，V L是線圈兩端的電壓，di/dt是以安培/秒為單位的電流變化率，A/s。

電感L實際上是衡量電感器對流經(jīng)電路的電流變化的“阻力”，其亨利值越大，電流變化率越低。

我們從前面關(guān)于電感器的教程中知道，電感器是可以以磁場的形式存儲能量的設(shè)備。電感器由單獨的導(dǎo)線環(huán)組合而成一個線圈，如果增加線圈內(nèi)的環(huán)數(shù)，則對于流過線圈的相同電流量，磁通量也會增加。

因此，通過增加線圈內(nèi)的環(huán)路或匝數(shù)，會增加線圈電感。那么自感 ( L ) 和匝數(shù) ( N ) 之間的關(guān)系對于一個簡單的單層線圈可以給出如下：

線圈的自感在哪里：        L在亨利        N是匝數(shù)        Φ是磁通量        Ι  單位為安培

該表達(dá)式也可以定義為磁通鏈 (NΦ) 除以電流，因為實際上相同的電流值流過線圈的每一匝。請注意，此等式僅適用于線性磁性材料。

電感示例 No1

空心空心電感線圈由 500 匝銅線組成，當(dāng)通過 10 安培的直流電流時會產(chǎn)生 10mWb 的磁通量。以毫亨為單位計算線圈的自感。

 

 電感示例 No2

計算 10 毫秒 (10ms) 后同一線圈中產(chǎn)生的自感電動勢的值。

 

線圈的自感，或者更準(zhǔn)確地說，自感系數(shù)也取決于其結(jié)構(gòu)的特性。例如，尺寸、長度、匝數(shù)等。因此，通過使用高磁導(dǎo)率和大量線圈匝數(shù)的磁芯，可以獲得具有非常高自感系數(shù)的電感器。那么對于一個線圈，其內(nèi)核產(chǎn)生的磁通量等于：

 

其中：Φ為磁通量，B為磁通密度，A為面積。

如果每米長度有N匝數(shù)的長螺線管線圈的內(nèi)芯是空心的，即“空芯”，則其芯內(nèi)的磁感應(yīng)強度為：

 

然后將上述個等式中的這些表達(dá)式代入電感，我們將得到：

 

通過抵消和組合相似的項，空心線圈（螺線管）的自感系數(shù)的終方程為：

在哪里：        L在亨利        μ ο是自由空間的磁導(dǎo)率 (4.π.10 -7 )        N是圈數(shù)        A是以 m 2為單位的內(nèi)核區(qū)域 (πr  2 )        ?是以米為單位的線圈長度

由于線圈的電感是由其周圍的磁通量引起的，因此對于給定的電流值，磁通量越強，電感就越大。因此，多匝線圈的電感值將高于僅幾匝線圈的電感值，因此，上面的等式將給出電感L與匝數(shù)的平方N 2成正比。

EEWeb 有一個的在線線圈電感計算器，用于計算不同導(dǎo)線尺寸和位置配置的線圈電感。

除了增加線圈匝數(shù)外，我們還可以通過增加線圈直徑或延長磁芯來增加電感。在這兩種情況下，都需要更多的電線來構(gòu)造線圈，因此，存在更多的力線來產(chǎn)生所需的反電動勢。

如果線圈纏繞在由軟鐵材料制成的鐵磁芯上，則線圈的電感會比纏繞在非鐵磁或空心空氣芯上的電感更大。

鐵氧體磁芯

如果內(nèi)芯由一些鐵磁材料制成，如軟鐵、鈷或鎳，線圈的電感會大大增加，因為對于相同的電流量，產(chǎn)生的磁通量會更強。這是因為材料通過較軟的鐵磁芯材料更強烈地集中了力線，正如我們在電磁體教程中看到的那樣。

因此，例如，如果磁芯材料的相對磁導(dǎo)率比自由空間大 1000 倍，如軟鐵或鋼， 1000μο，則線圈的電感會大 1000 倍，因此我們可以說線圈的電感增加隨著巖心的磁導(dǎo)率增加成比例。

然后對于纏繞在線圈架或鐵芯上的線圈，需要修改上述電感方程以包括新線圈架材料的相對磁導(dǎo)率μ r 。

如果線圈纏繞在鐵磁芯上，則會產(chǎn)生更大的電感，因為磁芯的磁導(dǎo)率會隨磁通密度而變化。然而，根據(jù)鐵磁材料的類型，內(nèi)核磁通量可能會很快達(dá)到飽和，從而產(chǎn)生非線性電感值。由于線圈周圍的磁通密度取決于流過它的電流，電感L也成為該電流i的函數(shù)。

在下一個關(guān)于電感器的教程中，我們將看到線圈產(chǎn)生的磁場會導(dǎo)致電流流過放置在它旁邊的第二個線圈。這種效應(yīng)稱為互感，是變壓器、電動機和發(fā)電機的基本工作原理。