自感現(xiàn)象:當(dāng)流經(jīng)導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。用金屬導(dǎo)線做成線圈,流經(jīng)線圈的電流發(fā)生變化時(shí),會(huì)產(chǎn)生很明顯的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,線圈自感應(yīng)反向電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化,起到平穩(wěn)電流的作用。具體地,如果電感器在沒有電流通過的狀態(tài)下,電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過它;如果電感器在有電流通過的狀態(tài)下,電路斷開時(shí)它將試圖維持電流不變。
自感現(xiàn)象:
1、自感現(xiàn)象:由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
①作用:阻礙原電流的增加,起延遲時(shí)間的作用。
2、自感電動(dòng)勢(shì):在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。,自感電動(dòng)勢(shì)的大小取決于線圈自感系數(shù)和本身電流變化的快慢,自感電動(dòng)勢(shì)方向總是阻礙電流的變化。
3、自感系數(shù):L為自感系數(shù),描述線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)大小本領(lǐng)的物理量。其單位為享,用H表示,1H=103mH=106mH。它的大小是由線圈本身決定,與通不通電流,電流的大小無關(guān)。線圈的橫截面積越大,線圈越長,匝數(shù)越密,它的自感系數(shù)就越大。實(shí)際上它與線圈上單位長度的匝數(shù)n成正比,與線圈的體積成正比。除此外,線圈內(nèi)有無鐵芯起相當(dāng)大的作用,有鐵芯比沒有鐵芯,自感系數(shù)要大得多。
4、自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止
(1)自感現(xiàn)象的應(yīng)用——日光燈工作原理
①電路圖
②起動(dòng)器的作用:利用動(dòng)觸片和靜觸片的接通與斷開起一個(gè)自動(dòng)開關(guān)的作用,起動(dòng)的關(guān)鍵就在于斷開的瞬間;
③鎮(zhèn)流器的作用:日光燈點(diǎn)燃時(shí),利用自感現(xiàn)象產(chǎn)生瞬時(shí)高壓;日光燈正常發(fā)光時(shí),利用自感現(xiàn)象,對(duì)燈管起到降壓限流作用。
(2)自感現(xiàn)象的防止:用雙線繞法——產(chǎn)生反向電流,使磁場(chǎng)相互抵消。
自感現(xiàn)象(self-inductionphenomenon)是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,它是由于導(dǎo)體本身電流變化而引起的。
圖1 自感,互感現(xiàn)象流過線圈的電流發(fā)生變化,導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì),總是阻礙線圈中原來電流的變化,當(dāng)原來電流在增大時(shí),自感電動(dòng)勢(shì)與原來電流方向相反;當(dāng)原來電流減小時(shí),自感電動(dòng)勢(shì)與原來電流方向相同。 因此,“自感”簡(jiǎn)單地說,由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,叫做自感現(xiàn)象。如圖1所示,我們將僅由回路1中電流I1的變化而引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為自感電動(dòng)勢(shì),用符號(hào)εL表示,而把僅由回路2中電流I2的變化而引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為互感電動(dòng)勢(shì),用符號(hào)ε12表示,這就是說,由于回路中有電流變化,而在該回路自身中引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是自感電動(dòng)勢(shì),而在兩個(gè)鄰近回路中,由于其中之一有電流的變化,而在另一回路引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則為互感電動(dòng)勢(shì).
電感量也稱自感系數(shù),是表示當(dāng)流經(jīng)電感器的電流發(fā)生變化時(shí),其產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。電感量的大小反映了元件存、釋能量的強(qiáng)弱。電感量是電感器本身固有特性,取決于線圈匝數(shù)、繞制方式、磁芯材料等。
公式:Ls=(k*μ*N2*S)/L
其中:μ為磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率
N 為線圈圈數(shù)的平方
S 線圈的截面積,單位為平方米
L 線圈的長度,單位為米
k 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
從公式可知:
線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈越密集,電感量就越大。有磁芯的線圈比無磁芯的線圈電感量大;磁芯導(dǎo)磁率越大的線圈,電感量也越大。電感量的基本單位是亨利(亨),用字母“H”表示。常用單位毫亨(mH)、微亨(μH)、納亨(nH)。換算關(guān)系為:1H=10^mH=10^6μH=10^9nH
電感量允許誤差
允許偏差是指電感器上標(biāo)稱的電感量與實(shí)際電感的允許誤差值。用于振蕩或?yàn)V波等電路中的電感器要求精度較高,允許偏差為±0.2%~±0.5%;用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高,允許偏差為±10%~±20%。
感抗XL
電感線圈對(duì)交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL,單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關(guān)系為XL=2πfL
品質(zhì)因素Q
品質(zhì)因素Q是表征電感器質(zhì)量的一個(gè)主要參量。
Q為電感器在某一頻率的交流電壓下工作時(shí),感抗XL與其等效的電阻的比值:
公式:Q = XL / R
因XL與頻率有關(guān),所以Q值與頻率相關(guān)。常見Q-F曲線為鐘形。電感器的Q值高低與線圈導(dǎo)線的直流電阻,磁芯介質(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)。Q值反映元件工作時(shí)所做的有用功與其本身消耗的能量比例關(guān)系,電感器Q值越高,回路的損耗越小,效率越高。電感器的Q值通常為幾十到幾百。接收、發(fā)射模塊中的耦合、調(diào)諧電路對(duì)Q值要求高,濾波電路Q值要求低
自諧振頻率SRF
電感器的寄生電容與電感量發(fā)生諧振的頻率點(diǎn),記為FSR。在FSR下,電感感抗與寄生電容容抗相等并互相抵消,整體表現(xiàn)為電抗為0,F(xiàn)SR處電感失去儲(chǔ)能能力表現(xiàn)出高阻的純阻特性。即FSR處,Q=0 。
公式:FSR=[2л(LC)1/2]-1
寄生電容是指線圈的匝與匝之間,線圈與磁芯之間,線圈與地之間,線圈與金屬之間都存在的電容。電感器的寄生電容越小,其穩(wěn)定性越好。寄生電容的存在使線圈的Q值減小,穩(wěn)定性變差,因而線圈的寄生電容越小越好。
直流電阻Rdc
直流電阻——直流狀態(tài)下測(cè)量元件的電阻值,單位為歐姆。表征元件內(nèi)部線圈的質(zhì)量狀況,符合歐姆定律。在電感設(shè)計(jì)中,都要求直流電阻隔盡可能的小。通常標(biāo)稱為最大值。
額定電流Ir
額定電流是指電感器在允許的工作環(huán)境下能承受的最大電流值。電流通過會(huì)引起元件發(fā)熱,元件溫升電感量會(huì)下降,取元件電感量下降30%或器件溫升40℃的電流值為額定電流。若工作電流超過額定電流,則電感器就會(huì)因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變,甚至還會(huì)因過流而燒毀。額定電流為其允許的最大工作電流,同系列產(chǎn)品,電感量增大,額定電流減少。對(duì)非磁性磁芯電感器來說,額定電流取決于直流電阻,直流電阻越小則溫升越小,容許電流越大。
電感感值是不是越大越好?
在回答這個(gè)問題之前,我們先來看一個(gè)公式:
上述公式為電感量的計(jì)算公式,L是電感值,μ是磁導(dǎo)率, N是線圈匝數(shù);A是磁心的橫截面積,ι是線圈的長度。電感值的大小與電感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),取決于線圈中磁心的橫截面積A、線圈的長度ι,以及磁心材料的磁導(dǎo)率μ以及線圈的匝數(shù)N。其中,N是二次方項(xiàng),說明匝數(shù)是影響電感量的主要因素。如果為了在相同外形尺寸及相同材質(zhì)的磁心上纏繞更多的匝數(shù),就必須用細(xì)一些的導(dǎo)線,電感的額定電流就會(huì)相應(yīng)的降低,就是說提高電感值的同時(shí)犧牲了電感的額定電流 (相同磁芯的條件下)。
所以電感感值不是越大越好。
那如何選擇合適的電感呢?
主要根據(jù)電感的封裝尺寸,以及電路設(shè)計(jì)需要的最小感值和額定工作電流等來確定所需要的合適的電感器。此外還需要綜合考慮電感器的工作環(huán)境,參考工作頻率、工作電壓等參數(shù)。
選擇了不合適的電感有哪些影響呢?
如果選擇了不合適的電感那么電感基本的儲(chǔ)能和濾波作用達(dá)不到,或者引起電路短路、漏電,更嚴(yán)重的電感發(fā)熱甚至引起電路板自燃,影響電路的使用。