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电感知识大全

su165108515 2023-06-14 08:00:03

简介电感知识大全

一、电感的种类

前面在学习电容的时候，为了让大家更形象，更通俗的去理解这个元器件，都是拿水缸去打比方的，但是对于电感，我们很难拿生活中的例子去类比

一、电感的种类

电感的种类有很多种，比如共模电感，差摸电感，功率电感，滤波电感，贴片电感等等。

甚至变压器也可以看成是一个电感，电机也是一种电感，把线圈一圈一圈的绕制在一个磁芯上，就构成了电感

1、共模电感

下面的照片，中间绕一个圆环形的磁芯，外面绕了一匝一匝的线圈，再引出4个脚，这样的电感基本都是共模电感。这个电感的作用就是抑制共模干扰的。

但是由于制造的工艺不同，它不光有磁芯，还有塑料骨架，由于有骨架，它明显容易固定一些，引线也不容易断

下图是一个桥式整流电路，一个整流桥+电容，就可以把一个220V的交流电，整流成310V的直流电

在这个电路中：当L电压高于N电压的时候，电容C1上的电流是从上流到下

当N电压高于L电压的时候，电容C1上的电流还是从电容上端流到电容下端

所以，不管是L电压高于N电压，还是N电压高于L电压，对于电容来说，电流始终从电容C1的上端流向电容的下端，也就是说，L和N之间是交流电，而电容C1上端的电压始终高于下端电压，C1两端的电压方向是不变的。

而且，电容C1起到了储能的作用，后级负载需要电能，电容C1就供给后级，如果我们把电容C1两端的电压变化控制在一个范围内，我们就认为电容C1两端电压近似不变

下图的L1就是共模电感，这个电感的作用就是抑制共模干扰的

C1是X电容，抑制的是差摸干扰，共模电感抑制的是共模干扰

2、差模电感

下面的是差摸电感，大家可以看到它有两个引脚

差摸电感在交流转直流电路中是用来抑制差摸干扰的

3、工字电感功率电感

这是另外一种电感，我们一般叫它功率电感或者工字电感

在后面要学习的BUCK电路中，会使用这样的电感

插件工字电感/功率电感贴片工字电感/功率电感

不管是插件的工字电感，还是贴片的工字电感，它的外围都是有很强的干扰的

是因为，它所处的工作环境就是高频场合，会存在很多干扰。

所以，就有了这种一体成型的电感，这种电感一般用在BUCK电路中，外围的金属可以起到很好的干扰屏蔽作用。

4、磁珠

这样的电感，外形和贴片电容差不多，这种电感叫做：磁珠

它是用来滤除信号级别的干扰的，比如通信口的干扰。

磁珠用于高频的场景，磁珠标注的一般是100MHz的阻抗值。

5、变压器

变压器的里面也有绕组线圈，也有磁芯

6、R棒电感、棒形电感、差模电感

这是R棒电感，也叫做差模电感，用在AC-DC电路中。

这种电感在安装尺寸上更有优势，占地面积更小。

二、电感符号

电感，共模电感，变压器，它们的原理图符号是有区别的

我们用这样的原理图符号来表示电感

电感共模电感变压器符号

三、电感特性

因为电感不仅涉及到电能，还涉及到了磁能，所以电感本身比较复杂，我们只能尽可能通俗的带大家认识电感，以实用为主，从实用的角度来认识电感。

前面我们在学习电容的时候，知道电容的特性是：通交隔直，电感也具有类似的性质，但是电感是反过来的，电感的特性是：通直阻交。

电容通高频阻低频，因为容抗Xc = 1/(2πfC)，其中f是电源的频率，C是电容的容值，频率f越高，容抗越小，所以说，电容通高频阻低频，高频信号的时候，电容的容抗小，低频信号的时候，电容的容抗大。

而电感的感抗XL = 2πfL，其中f是电源的频率，L是电感的感量，当频率f大的时候，感抗就大，当频率f小的时候，感抗就小。所以对于高频信号来说，电感对高频信号的阻碍作用大，所以，电感是通低频，阻高频的。

我们知道，电容的本质就是充放电，对吧，不管是储能，还是滤波，都可以用充放电去理解。

而电感的感抗单位是Ω，很明显，电感也是阻碍电流的，但是这里要注意，严格的说，电感是阻碍电流的变化，而不是阻碍电流，电路中的电流想要变大，那么电感就阻碍电流变大，电路中的电流想要变小，那么电感就阻碍电流变小，反正，不管电流是变大还是变小，电感总是阻碍电流变化，而且，理想的电感不消耗任何能量，所以，电感可以用来储能，正是由于电感阻碍电流的变化，所以电感也可以用来滤波，

四、电感的能量公式

电感的能量公式是：E = 1/2*L*I²，其中L是电感的感量，I是流过电感的电流。

对于电容来说，电容两端的电压u和流过电容的电流i的关系是：I = C*du/dt。

那么，对于电感来说，也有一个类似的公式：U = L*di/dt。其中L表示电感的感量，di表示流过电感的电流的变化量，dt表示电流变化di所花费的时间，di／dt表示的是电流的变化速度。请问大家，我现在跑步，10秒钟跑了100米，那100米/10秒表示什么啊？是速度。

电感中的电流在dt=2秒内从10A增大到20A，那电流变化量di=(20A-10A),请问，di/dt=(20A-10A)/2是什么？是不是在2秒时间内，电流的变化速度。

那么，对于电感来说，U = L*di/dt表示的是什么意思啊，电感两端的电压U和什么有关系？

电感两端的电压U正比于电感的电感量L，也正比于电感中电流的变化速度di/dt，对不对，也就是说电感中的电流变化速度越快，电感两端的电压就越高

那么，请问大家，同一个电感，当电感中的电流=100A的时候，电感两端的电压U等于多少？

电感中电流恒定等于100A的时候，电感两端感应的电压U就等于0，因为电流变化速度等于0，对不对，要注意区分电流的大小和电流的变化速度，电流变化速度等于0， U = L*di/dt中di/dt=0。

五、电感三个公式

感抗XL = 2πfL

电感中的能量E = 1/2*L*I²

电感两端电压和电感电流的关系:U = L*di/dt

六、电磁感应的基本知识

电容是以电场的方式来存储能量的，而电感之所以难以理解，是因为电感多了一个维度，

电感是以磁场的方式来存储能量的。

我们知道，电是会产生磁的，有电流流过，就会产生磁场。

我们看上面这幅图，这根导线上流过电流I，根据电磁感应定律，在它周围会产生磁场。

磁场的方向是什么样子的？是根据右手螺旋定则来判断的，

伸出右手，拇指指向电流方向，四指就是磁力线方向

我们看上面的线圈，将导线绕成一圈一圈的，就成了线圈。

这个线圈中通入电流以后，同样会产生磁场，请问这个磁场的方向是什么样子的啊。

也是用右手螺旋定则判断，四指指向电流方向，拇指方向就是磁力线的方向。

但是，如果把导线绕成一圈一圈的话，线圈里面如果是空气的话，这个线圈电感的感量是很小的。

在实际工作中，几乎没有见过这样的产品。

如果在这样的电感线圈中间加一个磁芯的话，这个电感的感量就很大了，这是由于磁芯的磁导率比空气的磁导率大很多，它们之间相差很大很大，而电感量的大小，是和这个磁导率是有关系的，如果其他条件相同，一个是空心线圈，另一个是有磁芯的线圈，它们的感量L相差好几千倍，所以，带有磁芯的电感更具有实际应用价值。

七、感量和磁导率简单了解

我们知道，电容是以电场的方式存储能量的，这个电场的元素就是正负电荷，也就是电荷量Q，电容C的大小和电荷量Q，以及电压U之间存在这样的关系：Q = C*U。

而电感是以磁场的方式存储能量的，这个磁场中有一个元素就是磁链Ψ

电感L的大小，磁链Ψ，以及电流I之间的关系为：Ψ = L*I。磁链就是很多个线圈的磁通量。

单根线圈的磁通量用Ф来表示，N根线圈的磁通量用Ψ来表示，Ψ=N*Ф。磁通量Ф表示穿过某个截面的磁力线的条数，磁通 Ф=BA，B是磁感应强度，A 是电感的有效截面积，所以，磁链Ψ就等于Ψ = N*B*A。

磁动势用F来表示，F = I*N，也就是磁动势等于电流I和电感的匝数N的乘积。磁动势在磁场哪个维度也有一个公式，就是：F = H*l 磁动势F=磁场强度H*磁力线的路径长度l I*N = H*l

所以，就有了这么一个公式

而磁场强度H和磁感应强度B，它们之间也具有一个关系式：B = H* μ μ 就是磁导率

所以，我们得到了这个公式

蓝框内的部分有一个统称，叫做电感系数，也可以写成AL，当一个电感的形状、尺寸、磁芯材质确定好了以后，那么电感系数AL也就确定了。

以上讲解的公式，只是让大家做一些了解，是不做要求的。

磁铁内部，在磁铁的内部，很多个电子绕着原子核旋转，电子绕着原子核旋转，它就会产生磁场，如上图中箭头表示的就是分子中电子旋转产生的磁场。产生的这个磁场可以看做是磁畴，无数个这样的磁畴，如果他们的方向趋于一致，宏观上就会产生磁场，就形成了磁铁。所以，从这个角度来说，磁铁也就是电生磁了，上图表示，当无数个磁畴的角度一致的时候，整个磁铁就对外表现出磁性，S表示磁铁的南极，N表示磁铁的北极。

而当磁铁内部的磁畴是这样散乱的分布的时候，从宏观上来说，磁铁就没有磁性了。

如果在一个闭合导线周围，放一块磁铁，请问回路中会有电流产生吗？这里的关键点就是：看闭合线圈所围的闭合区域中，区域中的磁场是否在变化，如果磁铁静止不动，其实对回路没有任何影响，只是在一个闭合导线周围放一块磁铁的话，磁铁不和导线产生相对运动的话，回路中是没有电流的，因为回路中的磁通量没有发生变化‘，如果这个磁铁是运动的，回路中就会产生电流，相应的也会有感应电动势，其实，这就是法拉第电磁感应原理了，其实关键就是看闭合回路中的磁通量有没有发生变化，只不过当时法拉第并没有把感应电动势的方向给定义出来，后来楞次就优化了一下，也就是楞次定律。

我们看上面这幅图，这是一个完整的源、回路、阻抗，当开关闭合时，回路中的电流是12mA。

如果要画出波形，应该是这样子的。

我们设定在0时刻，就是开关闭合的时刻，当开关一闭合后，回路中的电流就从0mA瞬间变成了12mA，12mA就是这个回路所能达到的最大电流，因为有电阻R1把电流给限制住了。

注意，蓝线表示的是回路中的电流，在0时刻，电流从0跳变为12mA。现在我们把电路修改以下，增加一个电感来看看

此时我们在回路中加了一个电感，此时当开关一闭合时，回路中的电流不是一下子就达到12mA的，这和刚才只有一颗电阻时是不同的，这是因为电感具有这么一个特性：电感具有阻碍电流变化的能力，注意啊，这里更深了一个层次，是阻碍电流变化，而不是阻碍电流。

当回路中的电流增大的时候，电感就阻碍电流变大，电感不让电流变大

当回路中的电流减小的时候，电流就阻碍电流变小，电感不让电流变小，换言之，电感中的电流不能突变，也就是说，电感中的电流只能连续变化。

我们把刚才两个电路中的电流变化画出来

左图中，电阻上的电流是可以突变的，在t=0时从0跳变到12mA。

右图中，回路中的电流不是一下子就能达到12mA的，而是有一个缓慢连续变大的过程。

电感是具有自感电动势的，那么，在刚才的电路中，如何用自感电动势去分析呢

我们看上面这幅图，大家看到电感两端的+ -了没，在电路中，电感的自感电动势就是这么去标注的，我标的 + -，就是电感的自感电动势的方向，电感的自感电动势有一个公式：U = L*di/dt，电感中的电流i发生变化时，电感中的磁通量就随着电流变化了，变化的磁通量就会在电感两端感应出自感电动势U。

我们看，在开关刚刚闭合的一瞬间，由于电感中的电流不能突变，所以此时回路中的电流是多少？是0。开关刚刚闭合的瞬间，回路中的电流为0，要知道，此时电感的自感电动势就是12V，而且自感电动势和电源电压是反着的，所以，自感电动势和电源电压相互抵消了，回路中的电流才等于0

我们将这个公式整理一下

就得到了这个公式

等式左边就是电感上的电流变化率，也就是电流变化的快慢程度

在t0时刻，由于是刚刚上电，这一瞬间电流为0,所以，电感上端的电压就是12V，电感下端的电压就是0V，由于这一瞬间，电流为0，所以电阻两端的电压Ur = 0V。

所以，我们知道了电感电压UL=12V，根据刚才的公式，电感电流的变化速度di/dt=UL/L=12V/L，对吧，L肯定是一个常数，我们不管是多少。

那么，现在，我们假设在t1时刻，对应回路中的电流是5mA，请问此时电流的变化速度di/dt是多大？

由于我们假设的 t1 时刻回路中的电流是 5mA，所以电阻两端的电压就是Ur = 5mA*1k = 5V

那么，很明显电感两端的电压 UL就等于：UL = U - Ur =12V - 5V =7V。

电感电压UL等于电源电压减去电阻电压，所以，t1时刻，电流变化速度di/dt等于7V/L。

同理，我们假设t2时刻回路中的电流等于8mA，那么可以得到t2时刻回路中的电流变化速度di/dt=4V/L，观察一下，从t0到t2时刻，回路中的电流变化速度是不是越来越小的啊

我们以后就把电流变化速度称为电流斜率，这是我们通常习惯的叫法，我们发现，随着时间的推移，电流斜率会越来越小，也就是说，这个曲线刚开始的时候很陡，然后越来越缓，到最后接近一条水平线了，电流变化速度等于0，也就是电流不变了，它表明的是过了一段时间以后，电感就没有阻碍电流的作用了，电感就相当于一根导线了。