“电感”的5条铁律,你知道多少?

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“电感”的5条铁律,你知道多少?

2024-07-11 09:52| 来源: 网络整理| 查看: 265

1、电路世界的成员

众所周知,电网络世界中的元器件众多,各种电气设备、负载层出不穷,但究其根本,其实只有几类,本人将其分类为“一源一控三负载”。

“一源”即电源,大到电力系统中的同步发电机组,小到手机里面的不间断电源,都属于电源。

“一控”,其实指的是开关,包括机械式开关半导体开关。开关是电路世界中的最为重要的一环,它决定了电路中的能量流向以及流量,是电路世界中的“大脑”,所以这里称之为“一控”,“控”即为“控制”。

“三负载”,即电路世界中最为基本的三种元器件,电阻,电感,电容。

电路,其本质就是一个“圆圈”,“一源一控三负载”就是其中的基本组成部分,这个“圆圈”可能只有一环,也可能一环套一环,从而构成了电路拓扑的多样性。若是“一源一控三负载”中任一个部分出现故障,那么整个电路的正常工作都会受到影响,有可能会导致整个电路无法正常工作,也有可能导致故障部分所在的一环无法正常工作,具体要看电路结构。

电感,作为“三负载”之一,是电路世界中极其重要的一员,甚至可以说是宛如“巨头”一般的存在。我们在日常生活的许多电气设备中都能看见它的身影,如开关电源中的储能电感,音响中的滤波器等等。

今天,我们的主角就是电感,让我们谈一谈电感那些事儿!

2、电感的5条铁律

说到电感的特性,那就不得不提到电感的几条“铁律”了!

(1)电感中存储的能量以磁能的形式存在。所以一般存在电感的高精度设备的场合,都会有电磁干扰等问题。

(2)电感中的电流不能突变。这是极其重要的一条铁律。根据电感的基本方程:

u=L·di/dt

若电感中的电流发生突变,则在突变瞬间,其电流变化率di/dt将达到无穷大(理论上),因此此时电感两端的电压也会无穷大。无穷大电电压将会瞬间击穿电感,造成器件损毁。因此,电感电流不能突变。在电路原理中,就通过“换路定理”来描述电感的这一特性。

同时,当电感中的能量未释放完毕时,电路一定不能发生断路。因为一旦电路断开,电感为了满足“电流不能突变”这条铁律,就会在电路最薄弱处击穿空气,从而将其中的能量释放完毕。从现象上看,此时电路就会产生电弧,这个电弧的产生就是电感为了把能量完全释放出去。

(3)电感不消耗能量。“三负载”中只有电阻会消耗能量(焦耳定律),而理想的电感和电容都不会消耗能量,只会存储或释放能量。能量在电感中始终是一个“过客”,电感中永远都有能量的位置,但能量永远不会在电感中度过终生!

那为什么电感会发热呢?发热难道不是能量消耗的热表现?这是因为在实际电感中,存在寄生电阻,这个“寄生虫”就会消耗能量,从而产生焦耳热。

(4)电感只在变化的电流中才起作用。当电感中流过恒定电流时,电感(理想的)就像是一根导线一样,其两端没有电感,不会影响电路的正常工作,属于是“美美隐身”了!

但是,当电流变化时(方向变化或者是大小变化,或者是二者同时变化),电感这个“小透明”就不透明了。此时它两端会出现电压,表现为负载。电流流过电感时会遭到狙击(初中物理中著名的“延迟亮灯”实验),在人眼看来,就像是电感阻塞了电流(但电流最终还是会顺利通过电感)。

(5)电感两端的电压,本质上是感应电动势。第(4)条说到,电感只在变化的电流中起作用。(奥斯特发现)变化的电流产生磁场,(法拉第发现)变化的磁场产生电流。

根据电磁场的知识可知,一个变化的电流在线圈中会产生磁场,当线圈中的电流变化时,就会产生变化的磁场,磁场变化会在线圈两端感应出感应电压,这就是法拉第电磁感应定律。这个感应电压会反抗任何改变电感中磁通(或电流)的外部努力,这就是著名的楞次定律。

所以,电感两端电压的本质是感应电压,它存在的作用,就是为了反抗电感中电流的变化。也就是因为这个感应电压的存在,所以当电路中串入电感时,才会有“延迟亮灯”的现象。

以上,便是本人所理解的电感。若有遗漏,欢迎大家补充。

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