電感是稱為電感器的電子元件的一種特性，當電流流過電感器時就會產(chǎn)生電感，從而產(chǎn)生磁場。該磁場與電路的其他部分相互作用，導致感抗現(xiàn)象，這是一種對抗電流變化的形式。感抗影響電路的整體阻抗，并對信號濾波和頻率響應具有重要影響。了解串聯(lián)和并聯(lián)配置中的電感器至關(guān)重要，因為它會影響總電感并影響電路的行為。此外，電感電路中的功率涉及電壓和電流之間的相移，從而導致復雜的功率計算。

在電感電路中，電流的變化會產(chǎn)生感應電動勢，根據(jù)楞次定律，感應電動勢將抵抗電流的變化。在直流電路中，感應效應導致電流緩慢上升，終根據(jù)電路電阻達到大約電流的值。

在感應交流電路中，電流的值和方向不斷變化，產(chǎn)生感應電動勢，該感應電動勢必須不斷抵抗電流的變化。圖 1 顯示了純電感電路的電流、感應電動勢和電源電壓之間的關(guān)系。

使用電壓相量作為參考，電流相量滯后 90°，因此與電壓參考成直角繪制。請記住，在電壓下，電流為零但不斷上升，而在零電壓下，電流。

 

感抗

在交流電路中，電流的變化會產(chǎn)生與電流相反的感應電動勢 (EMF)。這種電流對抗的影響稱為感抗（符號 X L），以歐姆為單位測量。

實際上，歐姆定律規(guī)定電流等于電壓除以電流的阻力。感抗是一種對電流的阻礙；也就是說，對于純電感，I = V/ X L。

感抗取決于電感和電源頻率，可以通過以下公式計算：

 

XL=2πfL

在哪里

X L = 感抗（歐姆）

f = 頻率，單位為赫茲 (Hz)

L = 電感，單位為亨利 (H)

示例 1： 電感為 0.05 H 的線圈在頻率為

(a) 30 赫茲和

(b) 60 赫茲，以及

 

XL=2πfL=2×3.142×30×0.05=9.43Ω

 

XL=2πfL=2×3.142×60×0.05=18.85Ω

示例 2：當施加 600 V、60 Hz 電源時，流過電感為 0.12 H 的線圈的電流值是多少？

 

XL=2πfL=2×3.142×30×0.12=45.2Ω

 

I=VXL=60045.2=13.3A

示例 3：當施加 250 V、60 Hz 電源且通過線圈的電流為 3 A 時，扼流線圈的電感是多少？

 

R=VI=2503=83.33Ω

 

L=XL2πf=83.332×3.142×60=203mH

 

串聯(lián)電感

如果兩個電感器串聯(lián)，每個電感器都會產(chǎn)生一個感應電動勢，并且總感應電動勢將會增加。因此增加了對電流流動的阻力。通過串聯(lián)放置電感器，總感抗會增加，就像串聯(lián)放置電阻器會增加總電阻一樣：

 

XL總=XL1+XL2+XL3???+XLn

示例 4：當兩個電感器（一個感抗為 10 Ω，另一個感抗為 14 Ω）串聯(lián)連接到 250 V、60 Hz 電源時，

(a) 確定總感抗。

(b) 確定總電流。

 

XL總=XL1+XL2+10+14=24\歐米茄

 

I=VXL=25024=10.42A

因為感應電動勢的總值增加，這意味著總電感增加。因此，以同樣的方式求出總電感。

 

\[L_{總計}=L_{1}+L_{2}+L_{3}

\cdot\cdot\,\cdot+L_{n}\]

 

并聯(lián)電感

如果兩個純電感器并聯(lián)，則每個電感器都從電源汲取自己的電流，并且線電流是單獨電流的相量和。每個電流滯后電壓90°；因此，它們彼此同相并且可以算術(shù)相加。

因此，總感抗隨著電流的增加而按比例減少，從而使我們能夠使用與并聯(lián)電阻器相同類型的公式。

 

XLtotal=11XL1+1XL2+1XL3???+1XLN

在哪里

X Ltotal = 總電抗

X L1 = 電抗 1

X L2 = 電抗 2

X L3 = 電抗 3

X LN = 更多電抗

使用相同的方法計算并聯(lián)電感器電路的總電感

 

L總計=11L1+1L2+1L3???+1LN

在哪里

L總 = 總電感

L 1 = 電感1

L 2 = 電感2

L 3 = 電感3

L N = 更多電感

示例 5：當兩個電感器（一個感抗為 16 Ω，另一個感抗為 14 Ω）并聯(lián)在 250 V、60 Hz 電源上時，

(a) 確定總感抗。

(b) 確定總電流。

 

XLtotal=11XL1+1XL2=1116+114=7.468\歐米茄

 

I=VXL=2507.468=33.48Ω

 

電感電路中的功率

電感器將能量存儲為磁場，當磁場消失時，能量返回到電路。這種情況每半個周期發(fā)生，并且由于沒有電阻（理論上），因此沒有損耗，并且所有能量都返回到電路。

圖 1 將施加的電壓顯示為紅色正弦波，將反電動勢顯示為綠色正弦波。當電阻不存在或可忽略不計時，反電動勢等于所施加的電壓且極性相反，或者，正如您可能注意到的，它異相 180°。

 

 

 

圖 1. 感應交流電路中的功率動態(tài)。圖片由 Amna Ahmad 提供

 

反電動勢與電流變化成正比，因此與電流異相 90°。類似地，電流與施加的電壓異相 90°，當施加的電壓改變極性（即過零）時出現(xiàn)電流。

在圖1中，功率由陰影正弦波表示，表明它的頻率是電壓或電流的兩倍，并且有兩個正功率脈沖，我們通常認為已使用的能量?，F(xiàn)在我們必須考慮儲存在電感器中的能量。

然而，功率曲線的負脈沖并不意味著我們發(fā)現(xiàn)了負功率，而是意味著我們發(fā)現(xiàn)了已返回電路的能量。

這意味著功率波形的符號每四分之一周期反轉(zhuǎn)，表明功率交替地饋入電感器和從電感器返回。

在電流上升期間，能量用于產(chǎn)生磁場，而在電流下降期間，磁場崩潰，能量恢復供電。在一個完整的周期內(nèi)，功率波形的正負部分相互抵消；因此，純電感器消耗的平均功率為零。

圖1還表明，如果電壓和電流波形是正弦波，但功率波的頻率是線路頻率的兩倍，則功率波是正弦波。

 

交流電路電感器的要點

交流電路中的電感器是影響電氣系統(tǒng)行為的關(guān)鍵組件。它們表現(xiàn)出感抗，影響電路中電流的阻力。了解電感器在串聯(lián)和并聯(lián)連接中的行為對于分析電路的阻抗和電流特性至關(guān)重要。此外，了解電感電路中的功率動態(tài)對于分析能量傳輸和效率至關(guān)重要。通過理解這些概念，人們可以有效地分析和設計涉及電感器的交流電路。