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一根通電導(dǎo)線，是否存在電感?在回答這個(gè)問題之前，我們先來了解一下什么是電感。就像是每種事物都有自己獨(dú)一無二的特性，電感線圈也有自己獨(dú)一無二的特性，這個(gè)特性由電感表征。具體如何表征，且看以下講解。

▎一、電感是什么

通電導(dǎo)線可以產(chǎn)生磁場，根據(jù)右手螺旋定則，磁場方向如下圖1-1所示，該磁場大小用磁場強(qiáng)度“H”表示。電流越大，磁場越強(qiáng)，這個(gè)磁場完全是由電流產(chǎn)生的，電流為零，磁場也即隨之消失。

圖1-1

當(dāng)把通電導(dǎo)線纏繞起來，如下圖1-2下部圖所示，就成為了線圈。給導(dǎo)線通電，那么每一段導(dǎo)線都會(huì)產(chǎn)生磁場。在線圈內(nèi)部，每匝線圈產(chǎn)生的磁場會(huì)疊加合成，如圖1-2上部圖所示兩個(gè)圈，表示紫色段導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場。

圖1-2

顯然，電流越大，線圈匝數(shù)越多，在線圈內(nèi)部疊加合成的磁場就越大。磁場大小用磁力線數(shù)目表示，即穿過單位面積的磁力線數(shù)目越多，磁場就越強(qiáng)。把穿過線圈內(nèi)部的磁力線數(shù)目稱為磁通，那么磁場越大就表示為磁通越大。這個(gè)磁場依然是僅由電流產(chǎn)生。在線圈內(nèi)部放一根鐵芯，如下圖1-3所示。鐵芯是鐵磁物質(zhì)，可以被周圍磁場所磁化。通電線圈產(chǎn)生磁場，這個(gè)磁場會(huì)磁化鐵芯，使得鐵芯產(chǎn)生另外一個(gè)附加的磁場。

圖1-3

換言之，此時(shí)鐵芯線圈周圍的磁場，是由兩部分組成，一部分是電流在導(dǎo)線上所激發(fā)的，另一部分是鐵芯被磁化產(chǎn)生的。所以放了鐵芯后，線圈的磁場會(huì)增強(qiáng)，此時(shí)的磁場大小用磁感應(yīng)強(qiáng)度“B”表示。

毫無疑問，加了鐵芯后，線圈的磁通(穿過線圈內(nèi)部的磁力線數(shù)目)也增大了。磁通表示的是穿過某個(gè)面的磁力線數(shù)目，線圈有N匝，那么就形成了N個(gè)面，把磁通乘以N個(gè)面，就得到磁鏈，如下圖1-4所示。

圖1-4

磁鏈有一個(gè)特點(diǎn)，那就是它的大小與電流成正比。也就是說，電流在變化時(shí)，磁鏈就按比例隨著電流變化，例如，若某線圈的電流為1A時(shí)，磁鏈為2Wb，那么若電流增大為3A，磁鏈就會(huì)變?yōu)?Wb。此時(shí)就有了一個(gè)比例系數(shù)，例如以上例子中磁鏈與電流的比例系數(shù)為磁鏈/電流=2。

把線圈磁鏈與電流的比例系數(shù)稱為電感，用符號(hào)“L”表示，單位為亨利[H]，這就是電感的由來。如下圖1-5所示，電感又稱自感系數(shù)，它是表征線圈產(chǎn)生磁場的這一性質(zhì)。而磁場是存在能量的，所以電感也反映了線圈存儲(chǔ)磁場能量這一物理現(xiàn)象。電感是一個(gè)參數(shù)，它一方面表示線圈的元件特性，一方面又表示線圈，也就是說，我們?cè)谡f“電感”時(shí)，可以是指電感參數(shù)，也可以是指電感元件。

圖1-5

以電感線圈的電流和磁鏈關(guān)系畫出一條直線，如圖1-5所示。這條直線就是電感元件的特性曲線，類似于電阻元件的伏安特性曲線，磁鏈的單位是韋伯，電流的單位是安培，所以電感元件的特性曲線稱為韋安特性曲線。

看到這里，對(duì)于開篇的問題，你是否有了答案?答案是“存在的”，一根導(dǎo)線，相當(dāng)于匝數(shù)為1圈的線圈，給它通以電流就可以產(chǎn)生磁場，顯然，這個(gè)磁場也可以用電感來表示，但它產(chǎn)生的磁場往往很弱，不會(huì)對(duì)周圍或電路產(chǎn)生影響，所以人們把它忽略掉了。

▎二、電感線圈基于磁場的應(yīng)用

基于給電感線圈通電，他就會(huì)產(chǎn)生磁場，電感線圈在工程上的應(yīng)用非常廣泛，例如接觸器、電磁繼電器、磁懸浮列車等。

例如電磁繼電器就是基于電感線圈通電產(chǎn)生磁場的工作原理，如下圖1-6所示，當(dāng)開關(guān)閉合，流過電流的線圈產(chǎn)生磁場，鐵芯被磁化，從而吸引觸頭，使觸點(diǎn)閉合;當(dāng)開關(guān)斷開，電感線圈的電流也隨之為零，磁場消失，觸頭在彈簧的作用力下彈開，使觸點(diǎn)斷開。

圖1-6

在繼電器原理的基礎(chǔ)上增加滅弧裝置，就可以構(gòu)成簡單的接觸器，如下圖1-7所示。接觸器等工作原理也比較簡單，給線圈通電，線圈吸合主觸頭，使主回路接通，反之，線圈失電，回路斷開。

圖1-7

磁懸浮列車的工作原理也有涉及到電感線圈，其具體過程在此不再展開闡述。

電感線圈的作用，除了產(chǎn)生磁場外，還有其他方面的應(yīng)用，如產(chǎn)生高電壓、限制短路電流、抗干擾、功率傳輸?shù)?，這些應(yīng)用也是基于電感線圈的元件特性，但不僅僅是產(chǎn)生磁場這一面。

▎三、電感線圈的電壓電流關(guān)系

一個(gè)電感線圈，若把它置于一個(gè)變化的磁場中，它就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，例如將條形磁鐵來回穿過線圈，對(duì)于線圈而言，條形磁鐵的磁場就是變化的，所以線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

若將線圈兩端與外電路連接，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。類似的，若變化的磁場有線圈本身產(chǎn)生，顯然這個(gè)線圈也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 給線圈通以交流電流，這個(gè)交變的電流產(chǎn)生的磁場也是交變的，在這個(gè)交變的磁場下，線圈兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電壓與磁通變化率成正比，如下圖1-8所示。

圖1-8

結(jié)合電磁感應(yīng)定律和電感元件的元件特性，磁通乘以匝數(shù)等于磁鏈，而磁鏈又等于電感乘以電流，依次可以得出電感元件的電壓、電流關(guān)系如圖1-8所示，即電感電壓 u 與電流變化率 ?i /?t 成正比 。

經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算后可以得出電感的電壓與電流的比值為一個(gè)與頻率有關(guān)的參數(shù)，也就是感抗XL ，在數(shù)值上等于2πf 。類似于歐姆定律，電阻元件的電壓與電流比值為電阻，單位是歐姆，感抗也是電壓與電流的比值，單位也是歐姆。

當(dāng)電壓不變時(shí)，感抗、電流與頻率的關(guān)系曲線如下圖1-9所示。隨著頻率的增大，感抗也增大，電流逐漸變小。

圖1-9

這就是電感元件在正弦交流電路中的特性。圖1-9中電流變化曲線的前提是電感元件兩端的電壓大小保持不變，但在電路中，電感元件兩端的電壓往往不是固定的，所以還是那句話，電感電壓隨著電流變化的快慢而增大減小。

另外，電感電流的存在會(huì)產(chǎn)生磁場，電流越大，磁場也越大，這表明，電流的變化反映的是磁場能量的變化。由于能量是不能突變的，所以電感元件的電流也不能突變 。

在知道了電感元件在交流電路中的特性后，我們就可以分析電感元件另一方面的應(yīng)用。

▎四、基于交流電路的電感線圈應(yīng)用

不管是強(qiáng)電還是弱電領(lǐng)域，電感元件在交流電路中的應(yīng)用也非常廣泛。

例如電抗器就是有電感線圈制成，可以串接在線路中起到限流的作用。其原理是基于電感電流不能突變的特性，當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí)，由于串有電感，所以工作電流不會(huì)立即升到短路電流，而是有個(gè)時(shí)間上的緩沖。

由于電感電壓與電流變化率成正比，鎮(zhèn)流器隨之被應(yīng)用。鎮(zhèn)流器內(nèi)部含有電感線圈，在回路切斷瞬間，由于電感電流在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)變?yōu)榱?，所以電感元件兩端?huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓。

電感線圈在電子電路中還可以和電容元件組成LC諧振電路或?yàn)V波電路等，在電力系統(tǒng)中可以制成變壓器、發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)等，這些器件或設(shè)備的工作原理均與電感線圈的特性息息相關(guān)，所以理解電感線圈的特性對(duì)電工朋友們來說有很大的幫助。

(技成培訓(xùn)網(wǎng)原創(chuàng)，作者：楊思慧，未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載，違者必究)