電感器是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來(lái)的元件。電感器的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于變壓器,但只有一個(gè)繞組。電感器具有一定的電感,它只阻礙電流的變化。

如果電感器在沒(méi)有電流通過(guò)的狀態(tài)下,電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過(guò)它;如果電感器在有電流通過(guò)的狀態(tài)下,電路斷開(kāi)時(shí)它將試圖維持電流不變。電感器又稱(chēng)扼流器、電抗器、動(dòng)態(tài)電抗器。

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電感的原理

電感是導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)通過(guò)交流電流時(shí),在導(dǎo)線(xiàn)的內(nèi)部周?chē)a(chǎn)生交變磁通,導(dǎo)線(xiàn)的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比。當(dāng)電感中通過(guò)直流電流時(shí),其周?chē)怀尸F(xiàn)固定的磁力線(xiàn),不隨時(shí)間而變化,可是當(dāng)在線(xiàn)圈中通過(guò)交流電流時(shí),其周?chē)鷮⒊尸F(xiàn)出隨時(shí)間而變化的磁力線(xiàn)。

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 —— 磁生電來(lái)分析,變化的磁力線(xiàn)在線(xiàn)圈兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),此感應(yīng)電勢(shì)相當(dāng)于一個(gè)“新電源”。當(dāng)形成閉合回路時(shí),此感應(yīng)電勢(shì)就要產(chǎn)生感應(yīng)電流。由楞次定律知道感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁力線(xiàn)總量要力圖阻止磁力線(xiàn)的變化的。

磁力線(xiàn)變化來(lái)源于外加交變電源的變化,故從客觀效果看,電感線(xiàn)圈有阻止交流電路中電流變化的特性。電感線(xiàn)圈有與力學(xué)中的慣性相類(lèi)似的特性,在電學(xué)上取名為“自感應(yīng)”,通常在拉開(kāi)閘刀開(kāi)關(guān)或接通閘刀開(kāi)關(guān)的瞬間,會(huì)發(fā)生火花,這自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢(shì)所造成的。

總之,當(dāng)電感線(xiàn)圈接到交流電源上時(shí),線(xiàn)圈內(nèi)部的磁力線(xiàn)將隨電流的交變而時(shí)刻在變化著,致使線(xiàn)圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)。這種因線(xiàn)圈本身電流的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),稱(chēng)為“自感電動(dòng)勢(shì)”。由此可見(jiàn),電感量只是一個(gè)與線(xiàn)圈的圈數(shù)、大小形狀和介質(zhì)有關(guān)的一個(gè)參量,它是電感線(xiàn)圈慣性的量度而與外加電流無(wú)關(guān)。

電感的代換原則

電感線(xiàn)圈必須原值代換(匝數(shù)相等,大小相同)。

貼片電感只須大小相同即可,還可用0歐電阻或?qū)Ь(xiàn)代換。

電感器的發(fā)展

最原始的電感器是1831年XX用以發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的鐵芯線(xiàn)圈。1832年XX發(fā)表關(guān)于自感應(yīng)現(xiàn)象的論文,人們把電感量的單位稱(chēng)為XX,簡(jiǎn)稱(chēng)XX。19世紀(jì)中期,電感器在電報(bào)、電話(huà)等裝置中得到實(shí)際應(yīng)用。1887年XX的XX,1890年XX在實(shí)驗(yàn)中所用的電感器都是非常著名的,分別稱(chēng)為赫茲線(xiàn)圈和特斯拉線(xiàn)圈。

電感器的作用

電感器在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲、陷波等作用,還有篩選信號(hào)、過(guò)濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等作用。

電感在電路最常見(jiàn)的作用就是與電容一起,組成LC濾波電路。電容具有“阻直流,通交流”的特性,而電感則有“通直流,阻交流”的功能:

通直流:指電感器對(duì)直流呈通路關(guān)態(tài),如果不計(jì)電感線(xiàn)圈的電阻,那么直流電可以“暢通無(wú)阻”地通過(guò)電感器,對(duì)直流而言,線(xiàn)圈本身電阻很對(duì)直流的阻礙作用很小,所以在電路分析中往往忽略不計(jì)。

阻交流:當(dāng)交流電通過(guò)電感線(xiàn)圈時(shí)電感器對(duì)交流電存在著阻礙作用,阻礙交流電的是電感線(xiàn)圈的感抗。

如果把伴有許多干擾信號(hào)的直流電通過(guò)LC濾波電路,那么,交流干擾信號(hào)將被電感變成熱能消耗掉。變得比較純凈的直流電流通過(guò)電感時(shí),其中的交流干擾信號(hào)也被變成磁感和熱能,頻率較高的最容易被電感阻抗,這就可以抑制較高頻率的干擾信號(hào)。

電感器具有阻止交流電通過(guò)而讓直流電順利通過(guò)的特性,頻率越高,線(xiàn)圈阻抗越大。因此,電感器的主要功能是對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行隔離、濾波或與電容器、電阻器等組成諧振電路。

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電感的結(jié)構(gòu)

電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心等組成。

1.骨架

骨架泛指繞制線(xiàn)圈的支架。一些體積較大的固定式電感器或可調(diào)式電感器(如振蕩線(xiàn)圈、阻流圈等),大多數(shù)是將漆包線(xiàn)(或紗包線(xiàn))環(huán)繞在骨架上,再將磁心或銅心、鐵心等裝入骨架的內(nèi)腔,以提高其電感量。骨架通常是采用塑料、膠木、陶瓷制成,根據(jù)實(shí)際需要可以制成不同的形狀:小型電感器(例如色碼電感器)一般不使用骨架,而是直接將漆包線(xiàn)繞在磁心上;空心電感器(也稱(chēng)脫胎線(xiàn)圈或空心線(xiàn)圈,多用于高頻電路中)不用磁心、骨架和屏蔽罩等,而是先在模具上繞好后再脫去模具,并將線(xiàn)圈各圈之間拉開(kāi)一定距離。

2.繞組

繞組是指具有規(guī)定功能的一組線(xiàn)圈,它是電感器的基本組成部分。繞組有單層和多層之分。單層繞組又有密繞(繞制時(shí)導(dǎo)線(xiàn)一圈挨一圈)和間繞(繞制時(shí)每圈導(dǎo)線(xiàn)之間均隔一定的距離)兩種形式,多層繞組有分層平繞、亂繞、蜂房式繞法等多種。

3.磁心與磁棒

磁心與磁棒一般采用鎳鋅鐵氧體(NX系列)或錳鋅鐵氧體(MX系列)等材料,它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多種形狀。

4.鐵心

鐵心材料主要有硅鋼片、坡莫合金等,其外形多為“E”型。

5.屏蔽罩

為避免有些電感器在工作時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響其它電路及元器件正常工作,就為其增加了金屬屏幕罩(例如半導(dǎo)體收音機(jī)的振蕩線(xiàn)圈等)。采用屏蔽罩的電感器,會(huì)增加線(xiàn)圈的損耗,使Q值降低。

6.封裝材料

有些電感器(如色碼電感器、色環(huán)電感器等)繞制好后,用封裝材料將線(xiàn)圈和磁心等密封起來(lái)。封裝材料采用塑料或環(huán)氧樹(shù)脂等。

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電感的分類(lèi)

1.自感器

當(dāng)線(xiàn)圈中有電流通過(guò)時(shí)候,線(xiàn)圈的周?chē)蜁?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)線(xiàn)圈中電流發(fā)生變化時(shí),其周?chē)拇艌?chǎng)也產(chǎn)生相應(yīng)的變化,此變化的磁場(chǎng)可使線(xiàn)圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(感生電動(dòng)勢(shì))(電動(dòng)勢(shì)用以表示有源元件理想電源的端電壓),這就是自感。

用導(dǎo)線(xiàn)繞制而成,具有一定匝數(shù),能產(chǎn)生一定自感量或互感量的電子元件,常稱(chēng)為電感線(xiàn)圈。為增大電感值,提高品質(zhì)因數(shù),縮小體積,常加入鐵磁物質(zhì)制成的鐵芯或磁芯。電感器的基本參數(shù)有電感量、品質(zhì)因數(shù)、固有電容量、穩(wěn)定性、通過(guò)的電流和使用頻率等。由單一線(xiàn)圈組成的電感器稱(chēng)為自感器,它的自感量又稱(chēng)為自感系數(shù)。

2.互感器

兩個(gè)電感線(xiàn)圈相互靠近時(shí),一個(gè)電感線(xiàn)圈的磁場(chǎng)變化將影響另一個(gè)電感線(xiàn)圈,這種影響就是互感。互感的大小取決于電感線(xiàn)圈的自感與兩個(gè)電感線(xiàn)圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。

電感的特性

電感器的特性與電容器的特性正好相反,它具有阻止交流電通過(guò)而讓直流電順利通過(guò)的特性。直流信號(hào)通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)的電阻就是導(dǎo)線(xiàn)本身的電阻壓降很;當(dāng)交流信號(hào)通過(guò)線(xiàn)圈時(shí),線(xiàn)圈兩端將會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),自感電動(dòng)勢(shì)的方向與外加電壓的方向相反,阻礙交流的通過(guò)。

所以電感器的特性是通直流、阻交流,頻率越高,線(xiàn)圈阻抗越大。電感器在電路中經(jīng)常和電容器一起工作,構(gòu)成LC濾波器、LC振蕩器等。另外,人們還利用電感的特性,制造了阻流圈、變壓器、繼電器等。