表象的本质——认识电磁原理中的电感原创 磁小诗 2019-02-09 09:12:46
我们通常说电感或者单纯说电感,实际是说的一个概念问题,这里的电感是指"自感"或者称为"自感系数",这个"自"乃本身属性也。 磁通量:要说电感,我们先说一下磁通的概念吧,垂直通过一个面的总磁通线或磁力线称为磁通量或磁通,用字母φ表示,暂且不谈磁力线和某截面积存在其它夹角的情况,我们电源中涉及到的磁芯变压器和磁芯电感,在特定磁芯截面积上,由于磁芯材料磁阻的一致性,磁通密度B认为也是均匀的,磁力线也是垂直磁芯截面积的,所以磁通量φ如下①式: ![](http://p1-tt.byteimg.com/large/pgc-image/0f5a07308a094fc0a89cfc76192e838f?from=pc) 磁通量表达式
① ![](http://p1-tt.byteimg.com/large/pgc-image/47b954a685194f50a262032a39782d01?from=pc) 磁通量示意图
电源中我们碰到的磁通或磁链是流过线圈的电流产生的,假定线圈的磁芯材料的磁导率u是一个常数,那么磁链或磁通与通入线圈的电流成正比例关系,表达式如下②式,比例系数L,我们用系统响应框图表达,更易于理解和记忆,表达框图如下: ![](http://p1-tt.byteimg.com/large/pgc-image/83258a47e9e342b1b3f617032aa96feb?from=pc) 系统形式描述电流、电感和磁通或磁链
③式电感的定义式,即刚提到的比例常数L从④式电感的另一种表达式可以看出对于一个特定磁芯,磁阻Rm或磁阻G,若磁导率uc是一个常数,那么磁阻或磁导便是一个常数,这个参数是磁芯本身的属性,所以比例系数L必然是一个常数了。 ![](http://p6-tt.byteimg.com/large/pgc-image/d6d5772b45814cb5a45bfab17559dff0?from=pc)
② ![](http://p3-tt.byteimg.com/large/pgc-image/f1319797741d4100915c30fdcbedf5e9?from=pc)
③ ![](http://p3-tt.byteimg.com/large/pgc-image/c359bd108cde4e39be131d1a5c21d992?from=pc)
④ ![](http://p6-tt.byteimg.com/large/pgc-image/9986d8d81c4b4aafab21320df88cf405?from=pc) 磁芯参数示意图
![](http://p1-tt.byteimg.com/large/pgc-image/fffcff089e8a47ad9a10bbb4896d3c5a?from=pc) 环形电感示意图
②、③和④式中L称为N匝线圈的自感系数,简称为自感或电感,从基本定义式可以看出,电感本质意义是单位电流产生的总磁通匝链"Nφ",正如我们前面提到的电感本质相同,电感是衡量产生磁场或者磁通的能力,无论磁场还是磁通或者磁链它们的本质归结点都是相同的,它们之间只是存在特定的某种变换而已。 法拉第电磁感应定律如下⑤式 ![](http://p1-tt.byteimg.com/large/pgc-image/700a0fe96d654afb9c6a290a8b2e51b7?from=pc)
⑤ 将②式带入⑤式得到⑥式 ![](http://p6-tt.byteimg.com/large/pgc-image/8056e1d8413e486dae0f1e37634f637f?from=pc)
⑥ 将⑥式变换得到电感的又一种表达关系⑦式 ![](http://p6-tt.byteimg.com/large/pgc-image/48131837b60e4df18121ce85124476d2?from=pc)
⑦ 流过电感线圈在1秒(s)线性地(或均匀地)变化1A时,如果产生感应电动势刚好为1伏特(V),则此电路中线圈电感定义为1亨利(H),简称为亨,符号是H 电感两端感应电动势,楞次定理也告诉我们了,感应电动势总是阻碍电流的变化 (1)当电流增大时,感应电动势与电流方向相反,如下图 ![](http://p3-tt.byteimg.com/large/pgc-image/65069d77bda84e93860dcef696a80976?from=pc)
(2)当电流减小时,感应电动势与电流方向相同,如下图 ![](http://p3-tt.byteimg.com/large/pgc-image/9b55c5ba707c4695a9a6945260fa66ce?from=pc)
电感总是阻碍电流的变化,即阻碍电流的"变化率",也就是阻碍线圈中磁通的变化。 阻碍变化的实质意义:既然是阻碍,这是一个过程的量,即表现为为储能性质,线圈两端产生感应电动势,且存在输入电流,这就意味着电能的输入,所以我们就得出了最常见的电感储能表达式,如下⑧式 ![](http://p3-tt.byteimg.com/large/pgc-image/a40f2f89ab23460c9bddeed9af2dc9dc?from=pc) 电感储能表达式
⑧ ![](http://p3-tt.byteimg.com/large/pgc-image/f70f3e197e7d4b9fa4527b86463afe5c?from=pc)
⑧式表达了电感的储能,时间从开始时刻"0"到"t"时刻的过程,电感存储的能量是自感系数和电流积累量的乘积,按照国际单位制,能量单位是焦耳"J"。 下面我们展示电感的实物图,某恒流源后级滤波电感,材质是磁粉芯(铁镍和铁硅铝磁芯),通流能力可达6A,6A直流偏置下电感量保持在50uH,恒流源电感计算参见之前专门篇幅的讲解。 ![](http://p6-tt.byteimg.com/large/pgc-image/0ca675c1e3b24695bf9cdce3fdee5bec?from=pc) 铁硅铝电感
![](http://p1-tt.byteimg.com/large/pgc-image/8db0d4a2fb4640578a849bd6975df992?from=pc)
![](http://p3-tt.byteimg.com/large/pgc-image/af179cc081b84d368a0afa829b57f0b4?from=pc)
如有哪位同仁需要类似功率电感,可以留言与我,以为你选择适合你电源产品的电感器件,我在某款电源产品的过程中,也是选了好几家厂家,其中一家做的电感很精美,图中只是拍摄不好,实际我的电源产品中,这些磁性元器件做的相当精美。
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