电感元件是一种储能元件,电感元件的原始模型为导线绕成圆柱线圈。当线圈中通以电流i,在线圈中就会产生磁通量Φ,并储存能量。表征电感元件(简称电感)产生磁通,存储磁场的能力的参数,也叫电感,用L表示,它在数值上等于单位电流产生的磁链。电感元件是指电感器(电感线圈)和各种变压器。
一个电感元件储存的能量(单位:焦耳)等于流经它的电流建立磁场所做的功,其值由下式给出:
$E=\frac{1}{2}LI^2$
其中L为电感,I为流经电感的电流。
上述的关系仅适用在电流和磁通呈线性,尚未进入磁饱和的电感元件。
若针对电感元件,要计算在时间$t_0$到$t_1$之间,电感元件可以储存的能量,可以用下式计算:
$E=\int_{t0}^{t1}P(t)dt = \frac{1}{2}LI(t_1)^2 - \frac{1}{2}LI(t_0)^2$
像电容元件反抗电压的变化一样,电感元件反抗电流的变化。一个理想电感元件应对直流电不呈电阻性,然而只有超导电感元件才会产生零电阻。
一般来说,随时间变化的电压v(t)与随时间变化的电流i(t)在一个电感为L的电感元件上呈现的关系可以用微分方程来表示:
$v(t) = L\frac{d i(t)}{dt}$。
电感线圈的种类
应用
电感元件广泛的应用在模拟电路与信号处理过程中。
电感元件与电容元件及其他一些器件结合可以形成调谐电路,可以放大或过滤一些特定的信号频率。
大电感可用于电源的阀门(chokes),以前也经常与滤波器联用用于去除直流输出的冗余和波动成分。
磁珠或环绕电缆可产生小电感可阻止传输线中的射频干扰。
小的电容/电感还可结合产生调谐电路用于无线电的收发。
两个或多个电感元件之间有耦合磁通量可形成变压器,变压器是电力电源系统的基本组件。变压器的效率随着频率的增加而减小,但高频变压器的体积也变的很小,这也是为什么一些飞行器用400赫兹交流电而不是通常的50或60赫兹,用小型变压器而节省了大量的载重。
在开关式电源中,电感元件被做为储能元件。电感元件随着调整器的转换频率的特定部分而储能,而在周期后半部分释放能量。其能量转换比决定了输入输出电压比。 这个XL 用于补充主动半导体设备可用来精确控制电压。
电感元件也被应用于电力传输系统,用来降低系统电压或限制疵电流(fault current),这些通常被用于反应堆。相比其他元件电感元件要显得大而重,所以在现代设备里以减少了其应用;固态开关电源去掉了大变压器,电路转为使用小的电感元件,而大值则由回转器(gyrator)电路模拟。
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