电感

 

电感

3.1 电感基础知识

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。

简单的说电感线圈就是由导线一圈*一圈地绕在绝缘管上，导线彼此互相绝缘，而绝缘管可以是空心的，也可以包含铁芯或磁粉芯，简称电感。用L表示，单位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH)，1H=10^3mH=10^6uH。

3.2 电感的分类：
   按 电感形式 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。
   按 工作频率 分类：高频线圈、低频线圈。
   按 结构特点 分类：磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等

3.3 电感线圈的主要特性参数
    电感量L：电感量L表示线圈本身固有特性，与电流大小无关。除专门的电感线圈（色码电感）外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注。
   感抗XL： 电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL
   品质因素Q：品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：Q=XL/R。线圈的Q值愈高，回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻，骨架的介质损耗，屏蔽罩或铁芯引起的损耗，高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到几百。采用磁芯线圈，多股粗线圈均可提高线圈的Q值。
  分布电容：线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。采用分段绕法可减少分布电容。

  允许误差：电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。

  标称电流：指线圈允许通过的电流大小，通常用字母A、B、C、D、E分别表示，标称电流值为50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。

3.4 常用线圈
      1）单层线圈
     单层线圈是用绝缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上。如晶体管收音机中波天线线圈。
   2）蜂房式线圈
     如果所绕制的线圈，其平面不与旋转面平行，而是相交成一定的角度，这种线圈称为蜂房式线圈。而其旋转一周，导线来回弯折的次数，常称为折点数。蜂房式绕法的优点是体积小，分布电容小，而且电感量大。蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制，折点越多，分布电容越小
   3）铁氧体磁芯和铁粉芯线圈
    线圈的电感量大小与有无磁芯有关。在空芯线圈中插入铁氧体磁芯，可增加电感量和提高线圈的品质因素。
   4）铜芯线圈
    铜芯线圈在超短波范围应用较多，利用旋动铜芯在线圈中的位置来改变电感量，这种调整比较方便、耐用。
   5）色码电感器
    色码电感器是具有固定电感量的电感器，其电感量标志方法同电阻一样以色环来标记。
   6）阻流圈（扼流圈）
      限制交流电通过的线圈称阻流圈，分高频阻流圈和低频阻流圈。
   7）偏转线圈
      偏转线圈是电视机扫描电路输出级的负载，偏转线圈要求：偏转灵敏度高、磁场均匀、Q值高、体积小、价格低。

3.5 电感的型号、规格及命名

国内外有众多的电感生产厂家，其中名牌厂家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。
  1）片状电感
   电感量：10NH～1MH
   材料：铁氧体 绕线型陶瓷叠层
   精度： J=±5% K=±10% M=±20%
   尺寸： 0402 0603 0805 1008 1206 1210 1812 1008=2.5mm*2.0mm 1210=3.2mm*2.5mm 
 2）功率电感
   电感量：1NH～20MH 
   带屏蔽、不带屏蔽
   尺寸：SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105；RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124；CD43/54/73/75/104/105；
 3）片状磁珠
   种类：CBG（普通型）阻抗：5Ω～3KΩ
   CBH（大电流）阻抗：30Ω～120Ω
   CBY（尖峰型）阻抗：5Ω～2KΩ

规格：0402/0603/0805/1206/1210/1806（贴片磁珠）
   规格：SMB302520/SMB403025/SMB853025（贴片大电流磁珠）
  4）插件磁珠

规格	A	B	C	阻抗值(Ω)
				10mHz	100mHz
RH3.5X4.7X0.8	3.5±0.15	4.7±0.3	62±2	20	45
RH3.5X6X0.8	3.5±0.15	6±0.3	62±2	25	65
RH3.5X9X0.08	3.5±0.15	9±0.3	62±2	40	105

  5）色环电感
   电感量：0.1uH～22MH
   尺寸：0204、0307、0410、0512
   豆形电感：0.1uH～22MH
   尺寸：0405、0606、0607、0909、0910
   精度：J=±5% K=±10% M=±20%
   精度：J=±5% K=±10% M=±20%
   插件的色环电感 读法：同色环电阻的标示
  
   6）立式电感
   电感量：0.1uH～3MH
   规格：PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

   7）轴向滤波电感
   规格：LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019
   电感量：0.1uH-10mH。
   额定电流：65mA~10A。
   Q值高，价位一般较低，自谐振频率高。

   8）磁环电感
   规格：TC3026/TC3726/TC4426/TC5026
   尺寸（单位mm）：3.25~15.88
   9）空气芯电感  

空气芯电感为了取得较大的电感值，往往要用较多的漆包线绕成，而为了减少电感本身的线路电阻对直流电流的影响，要采用线径较粗的漆包线。但在一些体积较少的产品中，采用很重很大的空气芯电感不太现实，不但增加成本，而且限制了产品的体积。为了提高电感值而保持较轻的重量，我们可以在空气芯电感中插入磁心、铁心，提高电感的自感能力，借此提高电感值。目前，在计算机中，绝大部分是磁心电感。

3.6 电感在电路中的作用

电感在电路最常见的功能就是与电容一起，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（如图），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。
  

 

电感的基本作用还包括：滤波、振荡、延迟、陷波等
    形象说法：“通直流，阻交流”
    细化解说：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。
    由感抗XL=2πfL 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△i/△t
    成正比，这关系也可用下式表示：
    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：WL=1/2 Li2 。
    可见，线圈电感量越大，流过越大，储存的电能也就越多。

 3.7 电感的使用常识。

1）  电感使用的场合
潮湿与干燥、环境温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性，还是阻抗特性等，都要注意。

2）  电感的频率特性
在低频时，电感一般呈现电感特性，既只起蓄能，滤高频的特性。
但在高频时，它的阻抗特性表现的很明显。有耗能发热，感性效应降低等现象。不同的电感的高频特性都不一样。
下面就铁氧体材料的电感加以解说：
铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金，这种材料具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常在高频情况下应用，因为在低频时他们主要程电感特性，使得线上的损耗很小。在高频情况下，他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上，铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由他的电阻特性决定的。

3）  电感设计要承受的最大电流，及相应的发热情况。

4）  使用磁环时，对照上面的磁环部分，找出对应的l值，对应材料的使用范围。

5）  注意导线（漆包线、纱包或裸导线），常用的漆包线。要找出最适合的线经。

3.8 电感器、变压器的检测方法。

　1）色码电感器的的检测将万用表置于R×1挡，红、黑表笔各接色码电感器的任一引出端，此时指针应向右摆动。根据测出的电阻值大小，可具体分下述三种情况进行鉴别：A被测色码电感器电阻值为零，其内部有短路性故障。B被测色码电感器直流电阻值的大小与绕制电感器线圈所用的漆包线径、绕制圈数有直接关系，只要能测出电阻值，则可认为被测色码电感器是正常的。

　2）中周变压器的检测A将万用表拨至R×1挡，按照中周变压器的各绕组引脚排列规律，逐一检查各绕组的通断情况，进而判断其是否正常。B检测绝缘性能将万用表置于R×10k挡，做如下几种状态测试：（1）初级绕组与次级绕组之间的电阻值；（2）初级绕组与外壳之间的电阻值；（3）次级绕组与外壳之间的电阻值。上述测试结果分出现三种情况：（1）阻值为无穷大：正常；（2）阻值为零：有短路性故障；（3）阻值小于无穷大，但大于零：有漏电性故障。

　3）电源变压器的检测A通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象。如线圈引线是否断裂，脱焊，绝缘材料是否有烧焦痕迹，铁心紧固螺杆是否有松动，硅钢片有无锈蚀，绕组线圈是否有外露等。 B绝缘性测试。用万用表R×10k档分别测量铁心与初级，初级与各次级、铁心与各次级、静电屏蔽层与初次级、次级各绕组间的电阻值，万用表指针均应指在无穷大位置不动。否则，说明变压器绝缘性能不良。C线圈通断的检测。将万用表置于R×1挡，测试中，若某个绕组的电阻值为无穷大，则说明此绕组有断路性故障。D判别初、次级线圈。

电源变压器初级引脚和次级引脚一般都是分别从两侧引出的，并且初级绕组多标有220V字样，次级绕组则标出额定电压值，如15V、24V、35V等。再根据这些标记进行识别。E空载电流的检测。（a）直接测量法。将次级所有绕组全部开路，把万用表置于交流电流挡（500mA，串入初级绕组。当初级绕组的插头插入220V交流市电时，万用表所指示的便是空载电流值。此值不应大于变压器满载电流的10％～20％。一般常见电子设备电源变压器的正常空载电流应在100mA左右。如果超出太多，则说明变压器有短路性故障。（b）联一个10/5W的电阻，次级仍全部空载。把万用表拨至交流电压挡。加电后，用两表笔测出电阻R两端的电压降U，然后用欧姆定律算出空载电流I空，即I空= U/R.F空载电压的检测。将电源变压器的初级接220V市电，用万用表交流电压接依次测出各绕组的空载电压值（U21、U22、U23、U24）应符合要求值，允许误差范围一般为：高压绕组≤±10％，低压绕组≤±5％，带中心抽头的两组对称绕组的电压差应≤±2％。G一般小功率电源变压器允许温升为 40℃～50℃，如果所用绝缘材料质量较好，允许温升还可提高。H检测判别各绕组的同名端。在使用电源变压器时，有时为了得到所需的次级电压，可将两个或多个次级绕组串联起来使用。采用串联法使用电源变压器时，参加串联的各绕组的同名端必须正确连接，不能搞错。否则，变压器不能正常工作。I.电源变压器短路性故障的综合检测判别。电源变压器发生短路性故障后的主要症状是发热严重和次级绕组输出电压失常。通常，线圈内部匝间短路点越多，短路电流就越大，而变压器发热就越严重。检测判断电源变压器是否有短路性故障的简单方法是测量空载电流（测试方法前面已经介绍）。存在短路故障的变压器，其空载电流值将远大于满载电流的10％。当短路严重时，变压器在空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热，用手触摸铁心会有烫手的感觉。此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在。两个或多个次级绕组串联起来使用。采用串联法使用电源变压器时，参加串联的各绕组的同名端必须正确连接，不能搞错。否则，变压器不能正常工作。I.电源变压器短路性故障的综合检测判别。电源变压器发生短路性故障后的主要症状是发热严重和次级绕组输出电压失常。通常，线圈内部匝间短路点越多，短路电流就越大，而变压器发热就越严重。检测判断电源变压器是否有短路性故障的简单方法是测量空载电流(测试方法前面已经介绍)。存在短路故障的变压器，其空载电流值将远大于满载电流的10％。当短路严重时，变压器在空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热，用手触摸铁心会有烫手的感觉。此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在。