电磁场论文：静态电磁场中的电感

静态电磁场中的电感

主题:静态电磁场中的电感

关键词:静态电磁场,电感,电感的应用

摘要:

电感包括自感和互感。由电磁学、电路理论已知，描述一个电路或两个相邻电路间电流变化而感生电动势效应的物理参数，分别是自感系数L和互感系数M，他们统称为电感。与电容、电阻参数的计算相同，同样须运用场的观点，在相应的场分布分析的基础上，才能计算出实际电磁系统的电感参数。

正文：

一、电感的定义：

电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，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。根据法拉弟电磁感应定律－－－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原来磁力线的变化的。由于原来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，这就是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，致使线圈不断产生电磁感应。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。

二、电感的分类

按电感值分类：固定电感、可变电感。

按导磁体性质分类：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。 按工作性质分类：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。 按绕线结构分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

三、电感的作用及应用：

在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感，电感的定义是I

L Φ=

, 单位是韦伯。电感是衡量线圈产生电磁感

应能力的物理量。给一个线圈通入电流，线圈周围就会产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数，也叫做电感。如果通过线圈的磁通量用Φ表示，电流用I 表示，用L 表示，那么

I

L Φ=

。电感的单位是亨（H ），也常用毫亨（mH ）或微亨（uH ）做单位。1H=1000mH ，

1H=1000000uH 。电感只能对非稳恒电流起作用，它的特点两端电压正比于通过他的电流的瞬时变化率（导数），比例系数就是它的“自感” 。电感起作用的原因是它在通过非稳恒电流时产生变化的磁场，而这个磁场又会反过来影响电流，所以，这么说来，任何一个导体，只要它通过非稳恒电流，就会产生变化的磁场，就会反过来影响电流，所以任何导体都会有自感现象产生。板上可以看到很多铜线缠绕的线圈，这个线圈就叫电感，电感主要分为磁心电感和空心电感两种，磁

心电感电感量大常用在滤波电路，空心电感电感量较小，常用于高频电路。 电感的特性与电容的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。电感的特性是通直流、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。

电感通直流，阻交流 。通直流:所谓通直流就是指在直流电路中,电感的作用就相当于一根导线,不起任何作用. 阻交流:在交流电路中,电感会有阻抗,整个电路的电流会变小,对交流有一定的阻碍作用。

电感的基本作用：滤波、振荡、延迟、陷波等。

通直在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。

由fL L X L πω2==可 知,电感L 越大，频率f 越高，感抗就越大。该电感器两端电压的大小与电感L 成正比，还与电流变化速度

t

i ∆∆成正比，电感线圈也

是一个储能元件，它以磁的形式储存电能，储存的电能大小可用下式表示：

2

2

1LI W L =

可见，线圈电感量越大，流过越大，储存的电能也就越多。

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。我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，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容变成热能消耗掉；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。LC 滤波电路在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容，这二者组成的就是上述的 LC 滤波电路。另外，线路板还大量采用“蛇行线＋贴片钽电容”来组成LC 电路，因为蛇行线在电路板上来回折行，也可以看作一个小电感。

四、自感

载有电流I 的线圈,其各匝交链的磁通的总和称为磁链ψ(亦称自感磁链)。显然，若N 匝的线圈，各匝磁通均等于Φ，则其磁链Φ=ψN 。然而，实际上线圈各匝所交链的磁通往往并不相同。有时存在“部分交链”的情况，从而线圈的总磁链应表示为相应线匝磁链的总和，即∑Φ=

ψi i

N

。

在线性媒质中，线圈的自感磁链ψ与其励磁电流I 成正比，该比值定义为线圈的静态自感系数（简称自感）L ，即

I

L ψ=

（单位：H ）

若场中含有铁磁煤质，则煤质非线性的磁特性，决定了ψ和I 之间的非线性关系，此时，定义磁链的增量ψd 对电流量dI 的比值为动态自感d L ，即

dI

d L d ψ=

。对于线性煤质的讨论，静态与动态自感是同一决定于线圈几何形状、

尺寸，以及煤质磁导率的参数。

当载流导体截面较大时，通常又将自感磁链ψ分为内磁链i ψ和外磁链o ψ两部分之和，以分别对应于不同的磁通与线匝交链的情况。可以看出，完全在载流导体外部闭合的磁通（如典型的由一束磁场线所组成的元磁感应管a ），合成为外磁链o ψ；而由元磁感应管b 描述的则为与部分电流I ’交链的内磁通Φd 。对于这类部分交链的情况，这时线匝数以载流I 为基数（设为1），则I ’应计为分数匝，其值为

I

I '。于是相应的元磁链Φ

=

ψd I

I d '，而内磁链

⎰

Φ=

ψS

i d I

I d '

若令I ’=I ，则上式即转换为外磁链o ψ的计算关系式。