電感充放電的原理是什麼?

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電感利用電磁感應原理實現充放電

電感是一種電磁轉換的元器件,利用“電生磁”,“磁生電”的電磁感應原理,電感可以把電能轉換為磁能存儲起來,電感所存儲的電能與可以轉換成電能。在通電瞬間,電感會試圖阻礙電流的增加,在斷時瞬間,電感又會試圖阻礙電流的消失

電磁感應原理分析

電流通過電感瞬間,會在電感中產生磁場來試圖阻礙電流的增大,根據右手定則(安培定則),右手大拇指為產生產磁場的方向。電能轉換為磁場的過程我們可以理解為電感的充電過程。在斷電的瞬間,電感中存儲的磁場又會轉化電場來試圖阻礙電流的消失,磁場轉化為電能的過程,我們可以理解為放電。

電感的作用

電容有著充電和放電的特性,再利用電感電場和磁場的相互轉換,電感和電容並聯起來可以實現LC振盪。電容放電產生電流時,電感會阻礙電流通過,把電場轉化為磁場儲存起來;電容放電結束後,電感就會阻礙電流的消失,電感中的磁場轉化為電場,產生的電流對電容的另一個電極充電;充電完成後,電容又開始反向放電;形成振盪的能量。如果不考慮能量的損耗,這個振盪會一直的持續下去。

利用電感的電場和磁場的相互轉換(充放電)特性,可以實現隔交流、通直流。在電源的電路中,我們經常用電感來濾波以消除高頻干擾信號。

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電感這個元件在電子電路中是經常見到的,我們炒菜用的電磁爐裡面有線圈盤它是特製的電感、電源變壓器、電流互感器以及扼流圈都是電感。它在電路中一般起到濾波、扼流、調諧、延時、耦合、補償等很多作用,今天我們來說說電感是如何進行充放電的。


電感的充電原理

為了能夠清楚表述充電的原理,我們可以用下面的電路模型來進行說明問題。當我們把開關撥到1的位置的時候,由於電感的自感應原理,會建立一個左正右負的感應電動勢來阻礙電源對線圈的充電電流,此時電感線圈L裡的電流會慢慢增大,與電感線圈的燈泡此時的亮度會慢慢變亮。從這個漸亮的過程我們可以推測到電感總是阻礙自身電流的變化的。

電感的放電原理

當我們把開關撥到2的位置時候會發現燈泡A並不會立即熄滅,而是慢慢熄滅的。這時候電感線圈相當於一個電動勢,其電感的左邊是正極右邊是負極。電感儲存的電能逐漸被燈泡消耗完。所以我們看到燈的亮度由亮慢慢變暗最後熄滅這樣一個漸進的過程。從這個電感的充電放電過程可以看出,電感中的電流是不能突變的,因此我們常常稱電感元件是“慣性元件”。


以上是我對這個問題的理解,歡迎朋友們參與討論,並關注電子及工控技術。


電子及工控技術


電感與電阻、電容一樣,也是一種基本的電子元件,其在各種LC振盪電路、濾波電路及選頻電路中用的很廣。下面我們通過兩個簡單的電路來介紹一下電感的充放電原理。▲ 電感的充放電電路。

上圖中,閉合開關K,電感L開始充電,流過L的電流從零開始增大,由於變化的電流會產生變化的磁場,變化的磁場在電感L中會產生感生電壓,此電壓與電源電壓方向相反,從而會阻礙電感中電流的增大,這樣接通電源後流過電感的電流是從零逐漸增加到最大值(這個與電容充電時,其兩端電壓由零逐漸增大到最大值相似)。當開關K斷開,並在L兩端並聯一個負載時,電感中儲存的磁能便會通過負載釋放,流過負載的電流從最大值逐漸變小。電感充放電的速率與電感量及電流的大小有關。▲ 電感線圈。

▲ 電感充放電實驗電路。

上圖中的HL1和HL2是兩個同規格的小燈泡,假設開關K1和K2同時閉合,我們會發現小燈泡HL2是馬上點亮,而HL1的亮度則是由弱變強,延遲了一段時間才達到與HL2相同的亮度。出現這種情況是由於電感中產生的感生電流阻礙了電源電流的增大,從而使其亮度不會馬上增大,而HL2則是通過電阻R接電源,R不會阻礙電流的變化。


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首先要明白電磁現象,通電導體在它的周圍會產生磁場,變化的電流產生變化的磁場,反過來變化的磁場又可以在它周圍的導體產生變化的電流:。電感就是導體通過交流電時在它周圍產生變化|磁場,產生的磁場,這個變化的磁場反過來對通電導體產方向相反的電壓和電流,對通電流起阻礙作用,這就是電感。 單根導線的電感很小,通常繞成線圈,加入磁芯電感更大。電感分為高頻電感和低頻電感。。。電感的充電,就是把電流通過電感,產生相反的感生電流,電流不能突變,經一定時間電感磁場達到最大值,也就是電感充滿了電。電感相當於一個儲能設備。。。充滿電的電感可以放電,停止對電感充電,接上用電器就可以放電了。放電是由於電感的磁場的消失,產生感生電流。。。電感與電容器並聯可組成震盪電路,產生電磁波。利用電感斷電時電磁場突變可以產很高的脈衝電壓,製作高壓發生器。電路中的電磁繼電器的線圈反並一個二極管,就是消耗感生電流,起保護電路作用。。。將來室溫超導實現後,可以用電感來儲能,代替蓄電池開汽車。電阻,電容和電感是電路里常用另件。


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合上開關的瞬間,電源電壓通過導線接在電感兩段。電感流過電流(很小),感生電動勢(最大)。

感生電動勢的方向,是根據右手螺旋定則(四指電流方向,拇指是感生電動勢的方向)

感生電動勢的方向與電源相反,阻礙電流的增大,所以剛開始電流很小,隨著時間的延長,流過電感的電流逐漸增大到最大值(電源電壓/電感電阻)。

電感中間產生的磁場也達到最大,此時,由於磁場變化,電感感生電動勢方向調換方向,與電源電壓方向相同,共同作用,消耗掉儲存在電感裡的磁場能量。


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