一文看懂电感的结构、分类及特性

电子材料圈2020-11-07 06:39:18

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电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。


电感器的结构类似于变压器,但只有一个绕组。电感器具有一定的电感,它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下,电路接通时它将试图阻碍电流流过它;如果电感器在有电流通过的状态下,电路断开时它将试图维持电流不变。


电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。


电感的发展



最原始的电感器是1831年英国M.法拉第用以发现电磁感应现象的铁芯线圈。1832年美国的J.亨利发表关于自感应现象的论文。人们把电感量的单位称为亨利,简称亨。19世纪中期,电感器在电报、电话等装置中得到实际应用。1887年德国的H.R.赫兹,1890年美国N.特斯拉在实验中所用的电感器都是非常著名的,分别称为赫兹线圈和特斯拉线圈。


功能用途



电感器在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用,还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。电感在电路最常见的作用就是与电容一起,组成LC滤波电路。


电容具有“阻直流,通交流”的特性,而电感则有“通直流,阻交流”的功能。


如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路,那么,交流干扰信号将被电感变成热能消耗掉;变得比较纯净的直流电流通过电感时,其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能,频率较高的最容易被电感阻抗,这就可以抑制较高频率的干扰信号。


电感器具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性,频率越高,线圈阻抗越大。因此,电感器的主要功能是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。


电感的结构



电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心等组成。


1、骨架 骨架泛指绕制线圈的支架。一些体积较大的固定式电感器或可调式电感器(如振荡线圈、阻流圈等),大多数是将漆包线(或纱包线)环绕在骨架上,再将磁心或铜心、铁心等装入骨架的内腔,以提高其电感量。


骨架通常是采用塑料、胶木、陶瓷制成,根据实际需要可以制成不同的形状。小型电感器(例如色码电感器)一般不使用骨架,而是直接将漆包线绕在磁心上。空心电感器(也称脱胎线圈或空心线圈,多用于高频电路中)不用磁心、骨架和屏蔽罩等,而是先在模具上绕好后再脱去模具,并将线圈各圈之间拉开一定距离。


2、绕组 绕组是指具有规定功能的一组线圈,它是电感器的基本组成部分。绕组有单层和多层之分。单层绕组又有密绕(绕制时导线一圈挨一圈)和间绕(绕制时每圈导线之间均隔一定的距离)两种形式;多层绕组有分层平绕、乱绕、蜂房式绕法等多种。


3、磁心与磁棒 磁心与磁棒一般采用镍锌铁氧体(NX系列)或锰锌铁氧体(MX系列)等材料,它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多种形状。


4、铁心 铁心材料主要有硅钢片、坡莫合金等,其外形多为“E”型。


5、屏蔽罩 为避免有些电感器在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件正常工作,就为其增加了金属屏幕罩(例如半导体收音机的振荡线圈等)。采用屏蔽罩的电感器,会增加线圈的损耗,使Q值降低。


6、封装材料 有些电感器(如色码电感器、色环电感器等)绕制好后,用封装材料将线圈和磁心等密封起来。封装材料采用塑料或环氧树脂等。



铜线圈



电感是导线内通过交流电流时,在导线的内部周围产生交变磁通,导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。当电感中通过直流电流时,其周围只呈现固定的磁力线,不随时间而变化;


可是当在线圈中通过交流电流时,其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。根据法拉第电磁感应定律—磁生电来分析,变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势,此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时,此感应电势就要产生感应电流。


由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止磁力线的变化的。磁力线变化来源于外加交变电源的变化,故从客观效果看,电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性,在电学上取名为“自感应”,通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间,会发生火花,这自感现象产生很高的感应电势所造成的。



总之,当电感线圈接到交流电源上时,线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着,致使线圈产生电磁感应。


这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势,称为“自感电动势”。


由此可见,电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量,它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。


代换原则:

1、电感线圈必须原值代换(匝数相等,大小相同)。

2、贴片电感只须大小相同即可,还可用0欧电阻或导线代换。


电感的分类


自感器:

当线圈中有电流通过时候,线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时,其周围的磁场也产生相应的变化,此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势(感生电动势)(电动势用以表示有源元件理想电源的端电压),这就是自感。


用导线绕制而成,具有一定匝数,能产生一定自感量或互感量的电子元件,常称为电感线圈。为增大电感值,提高品质因数,缩小体积,常加入铁磁物质制成的铁芯或磁芯。电感器的基本参数有电感量、品质因数、固有电容量、稳定性、通过的电流和使用频率等。由单一线圈组成的电感器称为自感器,它的自感量又称为自感系数。


互感器:

两个电感线圈相互靠近时,一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈,这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。 


电感器的特性


电感器的特性与电容器的特性正好相反,它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。直流信号通过线圈时的电阻就是导线本身的电阻压降很小;当交流信号通过线圈时,线圈两端将会产生自感电动势,自感电动势的方向与外加电压的方向相反,阻碍交流的通过,所以电感器的特性是通直流、阻交流,频率越高,线圈阻抗越大。电感器在电路中经常和电容器一起工作,构成LC滤波器、LC振荡器等。另外,人们还利用电感的特性,制造了阻流圈、变压器、继电器等。


通直流:指电感器对直流呈通路关态,如果不计电感线圈的电阻,那么直流电可以“畅通无阻”地通过电感器,对直流而言,线圈本身电阻很对直流的阻碍作用很小,所以在电路分析中往往忽略不计。


阻交流:当交流电通过电感线圈时电感器对交流电存在着阻碍作用,阻碍交流电的是电感线圈的感抗。



来源:传感器技术

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