线圈电感的基础教程

线圈的电感是指电感线圈必须抵抗流过它的电流的任何变化的电气特性。因此，只有当电流发生变化时，电感才会出现在电路中。

由于磁场的变化，电感器会在其内部产生自感应电动势。在电路中，当在电流变化的同一电路中感应电动势时，这种效应称为自感应（L），但有时通常称为反电动势，因为它的极性与施加电压。

当电动势被感应到位于同一磁场内的相邻组件时，电动势被称为互感感应，（M），互感是变压器、电动机、继电器等的基本工作原理。自感是互感的一种特殊情况，因为它是在单个隔离电路中产生的，所以我们通常将自感简称为电感。

电感的基本测量单位称为亨利( H )，以约瑟夫·亨利命名，但它也有韦伯每安培单位  (  1 H = 1 Wb/A  )。

楞次定律告诉我们，感应电动势会产生一个方向的电流，该方向与首先引起电动势的通量变化相反，即作用和反作用的原理。然后我们可以准确地将电感定义为：“当线圈中感应出一伏的电动势时，如果流过所述线圈的电流以一安培/秒的速率变化，则线圈的电感值为一个亨利”。

换句话说，当流过线圈的电流以一安培/秒 ( A/s ) 的速率变化时，线圈具有一个亨利 ( 1H ) 的电感 ( L ) 。这种变化会在其中感应出一伏特的电压 ( V L )。因此，每单位时间通过绕组线圈的电流变化率的数学表示如下：

 

其中：di是以安培为单位的电流变化，dt是以秒为单位的电流变化所需的时间。然后，由于这种电流变化，电感为L亨利的线圈中感应的电压 ( V L )表示为：

 

请注意，负号表示感应电压与每单位时间通过线圈的电流变化 ( di/dt ) 相反。

从上面的等式，线圈的电感因此可以表示为：

线圈电感

 

其中：L是以亨利为单位的电感，V L是线圈两端的电压，di/dt是以安培/秒为单位的电流变化率，A/s。

电感L实际上是衡量电感器对流经电路的电流变化的“阻力”，其亨利值越大，电流变化率越低。

我们从前面关于电感器的教程中知道，电感器是可以以磁场的形式存储能量的设备。电感器由单独的导线环组合而成一个线圈，如果增加线圈内的环数，则对于流过线圈的相同电流量，磁通量也会增加。

因此，通过增加线圈内的环路或匝数，会增加线圈电感。那么自感 ( L ) 和匝数 ( N ) 之间的关系对于一个简单的单层线圈可以给出如下：

线圈的自感在哪里：        L在亨利        N是匝数        Φ是磁通量        Ι  单位为安培

该表达式也可以定义为磁通链 (NΦ) 除以电流，因为实际上相同的电流值流过线圈的每一匝。请注意，此等式仅适用于线性磁性材料。

电感示例 No1

空心空心电感线圈由 500 匝铜线组成，当通过 10 安培的直流电流时会产生 10mWb 的磁通量。以毫亨为单位计算线圈的自感。

 

 电感示例 No2

计算 10 毫秒 (10ms) 后同一线圈中产生的自感电动势的值。

 

线圈的自感，或者更准确地说，自感系数也取决于其结构的特性。例如，尺寸、长度、匝数等。因此，通过使用高磁导率和大量线圈匝数的磁芯，可以获得具有非常高自感系数的电感器。那么对于一个线圈，其内核产生的磁通量等于：

 

其中：Φ为磁通量，B为磁通密度，A为面积。

如果每米长度有N匝数的长螺线管线圈的内芯是空心的，即“空芯”，则其芯内的磁感应强度为：

 

然后将上述个等式中的这些表达式代入电感，我们将得到：

 

通过抵消和组合相似的项，空心线圈（螺线管）的自感系数的终方程为：

在哪里：        L在亨利        μ ο是自由空间的磁导率 (4.π.10 -7 )        N是圈数        A是以 m 2为单位的内核区域 (πr  2 )        ?是以米为单位的线圈长度

由于线圈的电感是由其周围的磁通量引起的，因此对于给定的电流值，磁通量越强，电感就越大。因此，多匝线圈的电感值将高于仅几匝线圈的电感值，因此，上面的等式将给出电感L与匝数的平方N 2成正比。

EEWeb 有一个的在线线圈电感计算器，用于计算不同导线尺寸和位置配置的线圈电感。

除了增加线圈匝数外，我们还可以通过增加线圈直径或延长磁芯来增加电感。在这两种情况下，都需要更多的电线来构造线圈，因此，存在更多的力线来产生所需的反电动势。

如果线圈缠绕在由软铁材料制成的铁磁芯上，则线圈的电感会比缠绕在非铁磁或空心空气芯上的电感更大。

铁氧体磁芯

如果内芯由一些铁磁材料制成，如软铁、钴或镍，线圈的电感会大大增加，因为对于相同的电流量，产生的磁通量会更强。这是因为材料通过较软的铁磁芯材料更强烈地集中了力线，正如我们在电磁体教程中看到的那样。

因此，例如，如果磁芯材料的相对磁导率比自由空间大 1000 倍，如软铁或钢， 1000μο，则线圈的电感会大 1000 倍，因此我们可以说线圈的电感增加随着岩心的磁导率增加成比例。

然后对于缠绕在线圈架或铁芯上的线圈，需要修改上述电感方程以包括新线圈架材料的相对磁导率μ r 。

如果线圈缠绕在铁磁芯上，则会产生更大的电感，因为磁芯的磁导率会随磁通密度而变化。然而，根据铁磁材料的类型，内核磁通量可能会很快达到饱和，从而产生非线性电感值。由于线圈周围的磁通密度取决于流过它的电流，电感L也成为该电流i的函数。

在下一个关于电感器的教程中，我们将看到线圈产生的磁场会导致电流流过放置在它旁边的第二个线圈。这种效应称为互感，是变压器、电动机和发电机的基本工作原理。