电感原理图与线圈的原理作用和磁芯的磁化和磁导率分析
岑科实业2020-12-01 14:18
电感器对直流的作用
线圈的过渡响应
线圈(电感器)通过自感应作用，在阻碍电流变化的方向上产生电动势(感应电动势)。因此，即使在线圈上施加电压，电流也不会马上流动，而且即便去掉电压，电流也不会马上消失。在开关处于开或关等时，非常态的电流和电压变化被称为线圈的过渡响应(过渡现象)。
例如，在将线圈和霓虹灯(放电起始电压为数10V以上)并联的如下电路中，即使将干电池(数Ｖ左右)的开关导通，霓虹灯也不会被点亮。但是，在线圈中有电流流动的状态下切断开关时，霓虹灯会被点亮。通过自感应作用在线圈中产生的电动势(V)与电流的变化率(ΔI/Δt)呈比例关系。当开关导通时，电流会慢慢增大，电动势不会超过电源电压。但是，当开关断开时，由于正在流动的电流瞬间被切断，电流的变化率增大，因此产生了能够点亮霓虹灯的高电动势。
线圈蓄能
在上述电路中霓虹灯能被点亮是由于线圈蓄能的缘故。这个能量与流过线圈和电感的电流的平方呈比例关系。当开关断开时存蓄的能量瞬间被释放，由此产生高电动势。
线圈对交流的作用
感应性电抗(XL)
线圈(电感器)具有能使直流顺利通过，但对交流则起着如同电阻般的阻碍作用，而且具有频率越高越不容易通过的性质。这种性质叫做线圈的感应性电抗(XL)，其与交流频率(f)、电感(L)之间存在着如下的关系。
具有线圈的交流电路的电压波形和电流波形
商用交流电是带有正弦波(sin波)波形的交流电。当把线圈连接到交流电源时，通过自感应作用，在线圈中阻碍电流变化的方向上产生电动势。因此，随着电压的变化电流将变化为如下滞后90°(1/4周期)的波形。
磁芯的磁化和磁导率
磁化曲线和磁饱和
线圈产生的磁通(Φ)与电感(L)和流动的电流(I)呈比例关系。而且，由于电感与磁导率呈比例关系，因此如果磁芯使用高磁导率的磁性体，且通过的电流越大，产生的磁通越多。但是，磁性体汇集磁通的能力有限，如加大电流，则不久磁芯就会处于磁饱和状态。此时的磁通密度(B)称为最大磁通密度(Bm)。
磁芯的磁化过程和磁导率的变化
随着磁芯的磁化，磁芯的磁导率也跟着变化。磁导率(μ)如下述曲线所示，用磁芯的磁化曲线斜率(θ)表示，原点附近的初磁化曲线的斜率特称为起始磁导率(μ0)。一般所说的磁导率就是指这个起始磁导率，铁氧体材料的产品目录中记载的也是这个数值。
当加大通过线圈的电流、提高磁化强度时，磁导率也跟着上升，不久就会达到极大値。这时称其为最大磁导率(μm)，之后磁导率转变为下降变小。
磁芯的涡流损耗
当交流电流通过线圈时，为了防止产生的磁通发生变化而产生了电动势，磁芯中将流过同心圆状的电流。此电流叫做涡流，RI2(R：电阻、I：电流)的功率将变成焦耳热而被损耗掉。将此种情况就叫做涡流损耗。金属磁芯由于其电阻低所以其涡流损耗也大。电源变压器的磁芯之所以采用叠片铁心就是为了减小涡流损耗。但是，在高频情况下，涡流损耗将会增大并且发热增加。由于铁氧体的固有电阻值较高，因此涡流损耗较小，所以多用作高频线圈和高频变压器等的磁芯。
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