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电感基础知识:您需要知道的一切

  • 发表时间:2021-10-11 10:30:37
  • 来源:本站
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业余爱好电子产品很少使用电感器。但是,如果您正在做任何涉及交流电 (AC) 的事情,了解它们是必不可少的。在使用交流电的应用中,它们与电阻器一样受欢迎。它们会改变电流的流动。因此,它们非常适合过滤信号并在不同的交流电压之间进行转换。这就是我们经常在可变电源中使用它们的原因这些只是您应该了解电感器的部分原因。不过,本指南将探讨一些电感基础知识。 

什么是电感?

一组电感线圈 

一组电感线圈 

电感器是一种可瞬时储存能量的电子元件。因此,它使用磁场来实现这一点。通常,大多数电感器表现为围绕磁性或非磁性线圈的线圈(通常是铜线)。成型机可以使用以下主要类型的芯材: 

  • 铁心

  • 铁氧体磁芯

  • 空芯

  • 陶瓷磁芯电感

因此,铁氧体和铁芯电感可能是最可取的,因为它们可以产生更大的磁场,从而储存更多的能量。  

电感器如何工作?

一个电感

一个电感

您可能已经注意到,电感器不一定需要成型器才能工作。大多数空气电感器都是紧密绝缘的线缠绕在一起而没有中心。由于法拉第感应定律,当电流通过线圈时,会产生磁场。 

当我们盘绕一簇电线时,这会产生更大的磁场。当电流流过这个簇时,它变成了磁能。然而,当电流停止流动时,电磁场就会被击穿,磁能就会转变为电子能。在这个阶段,它模仿了一根经典的电线。

但是,电感器转换并释放所有磁能和电能之前需要一段时间,这是所有电感器起作用的电磁学的基本概念。 

为了说明这一点,我们可以将电感器视为大型水车。当你有一个沉重的固定水车并开始让水流过它时,需要一些时间和精力才能让水轮转动起来。然而,一旦它开始旋转并有足够的动力,当你切断供水时,它需要一段时间才能停止旋转。电感器的工作原理相同,但带有电荷。  

这种对电流的阻力就是我们所知道电感。它描述了磁通量与感应它的电流之间的比率。电子市场上有各种各样不同类型的电感器它们都有自己独特的基本属性、构造和用途。

电感器和电容器之间的差异

电源板电容和电感

电源板电容和电感

虽然电感器和电容器具有相似的功能,但它们的工作方式却大不相同。它们都是从电路中存储能量然后释放能量的无源元件。然而,电容器在电场中储存能量。相比之下,电感器将能量存储在磁场中并将其作为电能释放。因此,这是一个我们称为电磁感应的过程。

值得注意的是,这就是电感器得名的地方。尽管如此,我们通常在电源等高压电解应用中使用电容器。

我们还可以在需要大电容值的低电压应用和一般用途中使用它们。另一方面,我们在广播电视等交流应用中使用电感器。  

电感符号

我们使用电感的 SI 单位(我们称为亨利(H))来测量电感它得名于发现互感的著名科学家约瑟夫·亨利 (Joseph Henry)。然而,电感器的不同电子符号如下所示:

电感器的电气/电子符号

电感器的电气/电子符号

资料来源:维基共享资源

如何测量电感

在我们探讨如何测量电感之前,我们需要检查哪些因素会影响电感。

影响电感的因素

工业扼流电感合集 

工业扼流电感合集 

我们可以通过四个主要因素来确定电感器的电磁电感:

  • 线圈匝数(N

  • 磁芯材料和磁导率 (μ)

  • 线圈截面积(A)

  • 线圈长度 ( l )

电感与磁导率成正比如果我们增加磁导率,就会增加电感。让我们考虑一下空芯电感器。空气的相对渗透率为 1 (μ = 1)。这是因为空气,就像陶瓷一样,几乎没有磁性,因此它不会以任何方式增强线圈的电感。

如果您需要电感量更高的电感器,则应考虑使用磁性材料或铁磁性材料的磁芯。顺便说一下,磁芯电感的磁导率范围在数百 (μ = 100+) 之间。

因此,它们为相同尺寸的电感器提供了明显更高的电感。这就是制造商倾向于避免构建空芯电感器的原因。虽然您可能认为使用具有最高磁导率的磁芯材料是个好主意,但这并不是因为磁芯材料类型会影响功率和热效率。 

铁氧体和金属复合材料是制造商在导体中常用的两种磁芯。每种类型的材料都有优点和缺点。例如,对于给定的封装尺寸,铁氧体材料往往具有非常高的磁导率和高电感值。 

然而,热不稳定性可能是阻止人们选择这种芯材的一个因素。在饱和水平以上运行输入电流可能导致电子电路过热和故障。 

金属复合芯往往更受欢迎,因为它们的饱和特性较软。这可能更接近您的理想电感。然而,在选择电感器时,这些是您需要考虑的因素。它们控制和影响电感器的电磁特性。

如何计算电感线圈的微亨

要找到线圈的电感,您需要测量回路的长度 (L) 和直径 (d),并计算匝数 (N)(或回路中的环)。接下来,您必须将匝数 (N^2) 和直径 (D^2) 平方。接下来,您需要将平方数彼此相乘。在单独的计算中,将直径乘以 18 (18D) 并将其添加到长度上,然后乘以 40 (40L)。

将第一个方程除以第二个方程。您的最终方程式将如下所示: 

μH = (N^2)(D^2) ÷ (18D + 40L) 

上述计算将揭示线圈的微亨。要将微亨转换为亨利,您需要将上述分析的结果除以 1,000,000。这是因为: 

  • 1μH = 0.000001H 

  • 1H = 1000000μH    

您可以找到在线线圈电感计算器或购买已知值的电感器,以方便自己计算。 

串联和并联电感

就像将电阻器和电容器串联和并联一样,您很可能想要对电感器做同样的事情。作为一般经验法则,电感器以与电阻器相同的方式串联和并联。因此,串联和并联电阻器的公式与电感器相似。 

串联的电感器就像电阻器一样加在一起。假设您有两个串联的电感器(L1 和 L2)。等式将如下所示:

总计 = L1 + L2 

电感串联电路图

电感串联电路图

资料来源:维基共享资源

这是有道理的,因为流经所有电感器的电流相同。因此,如果草案有变化,所有电感器的差异是相同的。当我们并联电感器时,总电感量将小于每个电感器。 

因此,由于电流分裂,每个电感器经历的电流量小于流经电路的电流总量。因此,磁通量与电流的比率是不同的。因此,等式将如下所示:

总计 = 1/(1/L1+1/L2)

电路图如果电感并联

电路图如果电感并联

资料来源:维基共享资源

电感器储存的能量

在本节中,我们将探讨如何计算电感中的电能。 

让我们举一个例子,其中 15A(安培)的电流流过 200mH 的电感器。存储的能量是电感乘以风的平方的 1/2。 

我们方程的模板如下所示:

U = 1/2L * I^2 

使用我们的示例,我们需要采取的第一步是将 mH (millihenrys) 转换为 H (henrys)。为此,您需要将 mH 电感值乘以 10^-3。因此,计算和结果将如下所示: 

200mh * 10^-3 = 0.2H

一旦我们有了以亨利为单位的电感,我们就可以计算磁场的能量。计算如下:

U = 1/2(0.2) * 15^2

U = 22.5 焦耳   

这是计算电感器磁场中存储能量的标准方程。 

电感应用

电感器作为电路中的扼流圈 

电感器作为电路中的扼流圈 

我们在上一节中简要介绍了电感器的一些用途。尽管如此,让我们仔细看看并扩展其中的一些应用程序。我们将电感器用于:

  • 升压转换器,它们有助于提高直流 (DC) 输出电压,同时降低电流 

  • 扼流交流电源,只允许直流 (DC) 通过电路

  • 不同频率的分离

  • 射频电路、模拟电路和调谐电路

  • 电机、变压器、继电器以及各种其他电子产品和转换器

这些是最常见的电感器应用,我们也可以在无线电应用中使用更高频率的电感器。  

概括

请务必记住,您无法使用标准万用表测量电感。但是,您可以找到带有内置 RLC 仪表的特定型号。但是,它不会向您显示最准确的结果。要正确测量电感,您需要使用 RLC 表。您可以将电感器连接到设备,它将运行快速测试以测量值。或者,您可以使用上述指南中的一些信息来弄清楚如何自己计算电感。尽管如此,我们希望您发现上述文字对您有所帮助。一如既往,感谢您的阅读。