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電感的定義:
????????電感一般是由導(dǎo)線繞成空芯線圈或帶鐵芯的線圈而制成。
????????當(dāng)線圈中有電流通過時(shí),線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),當(dāng)線圈中流過的是直流電流時(shí),線圓周圍就會(huì)產(chǎn)生固定的磁場(chǎng),線圈產(chǎn)生的物理現(xiàn)象就是電磁鐵,當(dāng)在電感中通過直流電流時(shí),其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線,不隨時(shí)間變化而變化:當(dāng)在電感中通過交流電流時(shí),其周圍將呈現(xiàn)出隨時(shí)間變化而變化的磁力線。當(dāng)導(dǎo)線內(nèi)通過交流電流時(shí),在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍會(huì)產(chǎn)生交變的磁通,導(dǎo)線的磁通量與產(chǎn)生此磁通的電流之比就是電感。
????????根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,變化的磁力線在線圈兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),此感應(yīng)電勢(shì)相當(dāng)于一個(gè)電源當(dāng)形成閉合回路時(shí),此感應(yīng)電勢(shì)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,由楞次定律可知,感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁力線總量要力圖阻止原來磁力線的變化,由于原來磁力線變化來源于外加交變電源的變化,因此從客觀效果看,電感線圈有阻止交流電路中電流變化的特性。電感線圈有與力學(xué)中的慣性相類似的特性,在電學(xué)上取名為自感應(yīng),通常在拉開閘刀開關(guān)或接通用刀開關(guān)的瞬間會(huì)產(chǎn)生火花,這就是自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢(shì)所造成的。
????????當(dāng)電感線圈接到交流電源上時(shí),線圈內(nèi)部的磁力線將隨電流的交變而時(shí)刻變化,致使線圈不斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)。這種因線圈本身電流的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為自感電動(dòng)勢(shì),由此可見,電感量只是一個(gè)與線圈的圈數(shù),大小形狀和介質(zhì)有關(guān)的參量,它是電感線圈慣性的量度,而與外加電流無關(guān),電感只能對(duì)非穩(wěn)恒電流起作用.其特點(diǎn)是兩端電壓正比于通過它的電流的瞬時(shí)變化率(導(dǎo)數(shù)),比例系數(shù)就是它的自感
自感電動(dòng)勢(shì)的大小可用式(31.1)來表示,即
在電路中,當(dāng)電流流過導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng),電磁場(chǎng)的大小除以電流的大小就是電感。電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量。實(shí)驗(yàn)證明,通過線圈的磁通量和通入的電流成正比,它們的比值稱為自感系數(shù),也稱為電感,如果通過線圓的磁通量用表示單位是韋伯(Wb)電流用I表示,電感用L表示,那么
感抗公式
電感兩端電壓
電感是儲(chǔ)能元件,以磁的形式存儲(chǔ)能量
理想的電感電阻值很小,接近于零。電感是用絕緣導(dǎo)線(如漆包線,沙包線等)繞制面成的電磁感應(yīng)元件,屬于常用元件
電感的基本作用有濾波、振蕩,延遲,陷波等;變壓器可以進(jìn)行交流合、變壓、變流和阻抗變換等
電感線圈與變壓器的區(qū)別
(1)電感線圈:導(dǎo)線中有電流時(shí),其周圍即建立磁場(chǎng)。常我們把導(dǎo)線繞成線圈,以增強(qiáng)線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)。電感線圈就是據(jù)此把導(dǎo)線(漆包線,沙包線或裸導(dǎo)線)一圈挨一圈(導(dǎo)線間彼此互相絕)地繞在絕緣管(絕緣體,鐵芯或磁芯)上制成的,一般情況下,電感線圈只有一個(gè)繞組
(2)變壓器:電感線圈中流過變化的電流時(shí),不但在自身兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓,而且能使附近的線中產(chǎn)生感應(yīng)電壓,這一現(xiàn)象稱為互感,兩個(gè)彼此不連接但又靠近,相互間存在電磁感應(yīng)的線圈一般稱為變壓器。
電感的主要特性參數(shù)
(1)電感量L。電感量L表示線圈本身固有特性,與電流大小無關(guān)。除專門的電感線圈(色環(huán)電感)外,電感量一般不專門標(biāo)注在線圈上,而以特定的名稱標(biāo)注
(2)感抗XL,電感線圈對(duì)交流電流阻礙作用的大小稱為感抗XL.單位是Ω,它與電感量L和交流電頻率f的關(guān)系為XL=2πfL。
(3)品質(zhì)因數(shù)Q.品質(zhì)因數(shù)Q是表示線圈質(zhì)量的一個(gè)物理量,為感抗XL,與其等效的電阻的比值,即Q=XL/R,線圖的Q值越大,回路的損耗感小,線圈的Q值與導(dǎo)線的直流電阻.骨架的介質(zhì)損耗,屏蔽罩或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應(yīng)的影響等因素有關(guān),線圈的Q值通常為幾十到幾百,采用磁芯線圈,多股粗線圈均可提高線圈的Q值
(4)分布電容,線圈的匝與匝間,線圈與屏罩間,線圈與底板間存在的電容稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小,穩(wěn)定性變差,因而線圈的分布電容越小越好。采用分段繞法可減小分布電容
(5)允許誤差,允許誤差是電感量實(shí)際值與標(biāo)稱值之差除以標(biāo)稱值所得的百分?jǐn)?shù)
(6)標(biāo)稱電流,標(biāo)稱電流是指線圈允許通過的電流大小,通常用字母A.B.C.D.E分別表示,標(biāo)稱
電流值分別為50mA,150mA,300mA.700mA.1600mA
電感的分類
按電感形式分類
固定電感和可變電感,固定電惑即電感量不可調(diào)的線圈,又可分為空芯電感、磁芯電感和鐵芯電感等,根據(jù)結(jié)構(gòu)外形和引腳方式,固定電感還可分為立式同向引腳電感,臥式軸向引腳電感,大中型電感,小巧玲瓏型電感和片狀電感等??勺冸姼屑措姼辛靠烧{(diào)節(jié)的線圈,常用的手動(dòng)方式改變電感大小的方法有兩種:一種是采用帶螺紋的軟磁鐵氧體,通過改變鐵芯在線圈中的位置來調(diào)節(jié)電感量:另一種是采用滑動(dòng)開關(guān),通過改變線圈匝數(shù)來改變電感的電感量,常用的自動(dòng)方式改變電感大小的方法有3種:飽和電感法,開關(guān)控制電感法和正交鐵芯控制電感法
(1)飽和電感法。在鐵芯上繞兩個(gè)繞組,一個(gè)是工作繞組,通交流:另一個(gè)是控制繞組,通直流改變控制繞組中直流電流的大小,就可以改變鐵芯的飽和程度,從而改變工作繞組的等值電惑大小,這種方法歷史比較早,飽和電感和磁放大器的工作原理就建立在飽和電感法的基礎(chǔ)上。
(2)開關(guān)控制電感法。在電感電路中串聯(lián)一個(gè)雙向晶閘管開關(guān),通過雙向晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷來改變電感的等值電感大小,國內(nèi)外大量研究開發(fā)和生產(chǎn)的正弦能量分配器式交流穩(wěn)壓電源就建立在開關(guān)控制電感法的基礎(chǔ)上
(3)正交鐵芯控制電感法。把C型鐵芯的一半旋轉(zhuǎn)90°和另一半對(duì)接,一半鐵芯上繞工作繞組,通交流:另一半鐵芯上繞控制繞組,通直流,改變直流電流的大小,就可以連續(xù)改變工作繞組的電感大小。這種方法主要在開關(guān)電源、逆變電源,交流穩(wěn)壓電源和電力交流串聯(lián)補(bǔ)償器和移相器中應(yīng)用常用的可變電感有半導(dǎo)體收音機(jī)用振蕩線圈、電視機(jī)用行振蕩線圈,行線性線圈、中頻陷波線圈、音響用頻率補(bǔ)償線圈,扼流線圈等
按導(dǎo)磁體性質(zhì)分類:
可將電感分為空芯線圈、鐵氧體線圈、,鐵芯線圈和銅芯線圈。電感線圈是由導(dǎo)線一圈挨一圈地繞在絕緣管上的,導(dǎo)線彼此互相絕緣,而絕緣管可以是空芯的,也可以包含鐵芯或銅芯,空芯線圈不用磁芯,骨架和屏蔽罩等,而是先在模具上繞好后再脫去模具,并將線圈各圈之間拉開一定距離,電感線圈的電感量大小與有無磁芯有關(guān),在空芯線圈中插人不同性質(zhì)的磁芯,就可使其成為不同種類的電感線圈
鐵氧體線圈是在空芯線圈中插入鐵氧體磁芯,從而增加電感量和提高線圈的品質(zhì)因數(shù),
銅芯線圈通過旋動(dòng)銅芯在線圈中的位置來改變電感量,調(diào)整方便,耐用
按工作性質(zhì)分類,
分為天線線圈,振蕩線圈,扼流線圈、陷波線圈和偏轉(zhuǎn)線圈
天線線圈用于無線電信號(hào)接收;振蕩線圈在電路中與電容組或振蕩回路,產(chǎn)生高頻等幅振蕩信號(hào);扼流線圈在電路中用來限制交流電通過;陷波線圈與電阻和電容一起構(gòu)成帶阻濾波器,在無線電接收機(jī)中專門用于消除某些無用信號(hào),以減小對(duì)有用信號(hào)的干擾;偏轉(zhuǎn)線圈常用于電視機(jī)掃描電路的輸出級(jí),該應(yīng)用場(chǎng)景要求偏轉(zhuǎn)線圈具有偏轉(zhuǎn)靈最度高,磁場(chǎng)均勻、Q值大,體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。
按繞線結(jié)構(gòu)分類,
可將分為單層線圈和多層線圈,單層線圈是用絕緣導(dǎo)線一圈換一圈繞在紙簡(jiǎn)或膠木骨架上,如晶體管收音機(jī)中波天線線圈。單層線圈只能應(yīng)用在電感量小的場(chǎng)合,而當(dāng)電感量大于300uH時(shí),就應(yīng)采用多層線圈。據(jù)繞線方法的不同,多層線圈又可分為多層密繞線圈和蜂房式線圈兩種。
按工作頻率分類
,可將電感分為高頻線圈,中頻線圈和低頻線圈??招揪€圈,磁芯線圈和銅芯線圈一般為中頻或高頻線圈,而鐵芯線圈大多為低頻線圈
3什么場(chǎng)合需要使用電感?
LC調(diào)諧電路、電感濾波、LC濾波電路、線路板還大量采用蛇行線+貼片鉭電容“來組成LC電路,因?yàn)椤吧咝芯€“在電路板上來回折行,所以也可以看作一個(gè)小電感。
4主流電感的型號(hào)、規(guī)格及命名有哪些?
國內(nèi)外有眾多的電感生產(chǎn)廠家.其中知名的廠家有muRata、TDK-EPC、Taiyo,Yuden、Chilisin、Sunlord,Coilcraft,Maglaye,Sumida,Delta(Cyntec).Vishay
片狀電感:電感量:10nH-1mH;分類:鐵氧體,繞線型、陶瓷疊層;精度:J=±5%.K=±10%,M=±20%;尺寸:0402.0603.0805.1008,1206.1210,1812。
功率電感:電感量:1nH~20mH;分類:屏蔽,半屏蔽,無屏散;尺寸:CD43、CD54、CD73、CD75、CD104、CD105
色環(huán)電感:電感量:0.1uH~22mH;尺寸:0204、0307、0410、0512
豆形電感:電感量:0.1uH~22mH;精度:J=±5%,K=±10%,M=±20%;尺寸:0405、0606、0607、0909、0910
立式電感:電感量:0.1uH-3mH;規(guī)格:PK0455,PK0608、PK0810、PK0912
軸向?yàn)V波電感:電感量:0.1uH-10mH;規(guī)格:LGC0410、LCC0513、LGC0616、LGC1019;額定電流:65mA-10A
磁環(huán)電感:尺寸:3.25mm-15.88mm;規(guī)格:TC3026、TC3726、TC4426、TC5026
空氣芯電感:電感量:1nH-10pH;規(guī)格:1.5T、2.5T、3.5T、4.5T、7.5T
常見的磁芯有哪些
按磁芯材料分類:三氧化鐵、硅鋼片、鐵鎳合金、鐵粉芯、鐵硅鋁粉。各種材料的成型方式、成本、電阻率、頻率損耗、頻率特性、飽和磁通量、居里溫度、高溫老化都有些不同,具體選擇時(shí)需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景來分析。
按磁芯外形
按電感的結(jié)構(gòu)組成分類:環(huán)型電感、EE型電感
磁環(huán)的顏色與材質(zhì)的約定:
雙色代表鐵粉芯磁環(huán)、綠色代表高導(dǎo)磁環(huán)、黑色代表鐵硅鋁磁環(huán)
鐵粉芯磁環(huán)
鐵粉芯磁環(huán)由純鐵粉制成,具有較好的偏磁特性,但在高額下?lián)p耗較大,適宜于制造差模濾波器
及無源PFC電感,也常用于制造較低頻率下(通常指50kHz以下)開關(guān)電路輸出振流圈(Buck電感),有源PFC電感(Boost電感)等功率電感。鐵粉芯磁環(huán)在開關(guān)電源及EMC領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
羰基鐵粉芯磁環(huán)由超細(xì)純鐵粉制成,具有優(yōu)異的偏磁特性和很好的高頻適應(yīng)性。由于碳基鐵粉
芯磁環(huán)具有較低的高頻渦流損耗,因此它可以應(yīng)用在100KHz~100MHz的額率范圍內(nèi),適宜于制造高頻開關(guān)電路輸出扼流圈,諧振電感及高頻調(diào)諧磁芯。羰基鐵粉芯磁環(huán)在高開關(guān)電源及無線電通信領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
高導(dǎo)磁環(huán)
講到高導(dǎo)磁環(huán),就不得不說鎳鋅鐵氧體磁環(huán),磁環(huán)按材料分為鎳鋅鐵氧體磁環(huán)和錳鋅鐵氧體磁
環(huán),鎳鋅鐵氧體磁環(huán)材料的磁導(dǎo)率為100~1000,為低磁導(dǎo)率材料:錳鋅鐵氧體磁環(huán)材料的磁導(dǎo)率一般為1000以上,所以錳鋅材料生產(chǎn)的磁環(huán)稱為高導(dǎo)磁環(huán)
????????鎳鋅鐵氧體磁環(huán)一般用在各種線材,電路板端,計(jì)算設(shè)備中抗干擾,錳鋅鐵氧體磁環(huán)可制作電感器,變壓器,濾波器的磁芯,磁頭及天線棒,通常情況下,材料磁導(dǎo)率越低,適用的頻率范圍越寬;材料磁導(dǎo)率越高,適用的頻率范周越窄
3鐵硅鋁磁環(huán)
鐵硅鋁磁環(huán)是使用率較高的磁環(huán)之一,簡(jiǎn)單來說,鐵硅鋁磁環(huán)由AI-Si-Fe組成,擁有相當(dāng)高的Bmax(Bmax是在磁芯截面積上的平均最大磁通密度),其磁芯損耗遠(yuǎn)低于鐵粉芯磁環(huán),有低磁致伸縮(低噪聲),是低成本的儲(chǔ)能材料,無熱老化,可以替代鐵粉芯磁環(huán),在高溫下性能非常穩(wěn)定
????????鐵硅鋁磁環(huán)最主要的特點(diǎn)是相比鐵粉芯磁環(huán)損耗小,具有良好的DC偏流特性,鐵硅鋁磁環(huán)具有優(yōu)異的磁性能,功率損耗小,磁通密度高,在-55~+125℃溫度范圍內(nèi)使用時(shí),具有耐溫,耐濕、抗震等高可靠性:同時(shí),有60~160H/m的寬磁導(dǎo)率范圍可供選擇,鐵硅鋁磁環(huán)是開關(guān)電源輸出扼流線圈;PFC電感及諧振電感的最佳選擇,具有較高的性價(jià)比