電感電壓與電流的關係(大小/相位/頻率/數量關係)

2021-01-10 電子發燒友
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電感電壓與電流的關係（大小/相位/頻率/數量關係）

發表於 2018-03-13 13:50:31

什麼是電感

電感是閉合迴路的一種屬性，是一個物理量。當線圈通過電流後，在線圈中形成磁場感應，感應磁場又會產生感應電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關係稱為電的感抗，也就是電感，單位是「亨利（H）」，以美國科學家約瑟夫·亨利命名。它是描述由於線圈電流變化，在本線圈中或在另一線圈中引起感應電動勢效應的電路參數。電感是自感和互感的總稱。提供電感的器件稱為電感器。

1、電感電流與電壓的大小關係為

感抗與電阻的單位相同，都是歐姆（W）。

感抗Xl與電感L、頻率f成正比，因此電感線圈對高頻電流的阻礙作用很大，而對直流則可視作短路。還應該注意，感抗只是電壓與電流的幅值或有效值之比，而不是它們的瞬時值之比。

當線性電感元件的電壓電流取關聯參考方向，根據電磁感應定律與楞次定律，得到電壓與電流的關係

注意：

① 電感電壓u 的大小取決於i 的變化率，與 i 的大小無關，電感是動態元件；

② 當i為常數（直流）時，u =0。電感相當於短路。

2、電感電流與電壓的相位關係

電感電壓比電流超前90°（或 p/2），即電感電流比電壓滯後90°

設電流為參考正弦量，即

3、電感電流與電壓的頻率關係

電感電流與電壓的頻率相同，工頻交流電中，頻率都是50HZ。

4、純電感電路中電壓與電流間的數量關係

由於電阻很小的線圈組成的交流電路，可以近似地看成是一個純電感電路。

在直流電路中，影響電流跟電壓關係的只有電阻。在交流電路中，情況要複雜一些，影響電流跟電壓關係的，除了電阻，還有電感和電容。

電感對交流電的阻礙作用。為什麼電感對交流電有阻礙作用呢？交流電通過電感線圈時，電流時刻在改變，電感線圈中必然產生自感電動勢，阻礙電流的變化，這樣就形成了對電流的阻礙作用。在電工技術中，變壓器、電磁鐵等的線圈，一般是用銅線繞的。銅的電阻率很小，在很多情況下，線圈的電阻比較小，可以略去不計，而認為線圈只有電感。只有電感的電路叫純電感電路。

在純電感電路中，電流強度跟電壓成正比，即I∝U.用1/（XL）作為比例恆量，寫成等式，就得到I=U/（XL）這就是純電感電路中歐姆定律的表達式。把這個表達式跟I=U/R比，可以看出XL相當於電阻R。XL表示出電感對交流電阻礙作用的大小，叫做感抗，它的單位也是歐姆。

線圈的感抗XL跟自感係數L和交流電的頻率f間有如下的關係：

XL=2лfL

由於1亨=1伏·秒／安，1亨／秒=1伏／安=1歐，因此上式中的XL、f、L的單位應分別用歐姆、赫茲、亨利。

電阻是由導體本身的電阻率、長度和橫截面積決定的，跟通過的電流無關。XL=2лfL說明，感抗卻跟通過的電流的頻率有關。例如，自感係數是1亨的線圈，對於直流電，f=0，XL=0；對於50赫的交流電，XL=314歐；對於500千赫的交流電，XL=3.14兆歐。所以電感線圈在電路中有「通直流、阻交流」或「通低頻、阻高頻」的特性。在電工和電子技術中，用來「通直流、阻交流」的電感線圈，叫低頻扼流圈。線圈繞在閉合的鐵心上，匝數為幾千甚至超過一萬，自感係數為幾十亨。這種線圈對低頻交流電就有很大的阻礙作用。用來「通低頻、阻高頻」的電感線圈，叫高頻扼流圈。線圈有的繞在圓柱形的鐵氧體心上，有的是空心的，匝數為幾百，自感係數為幾個毫亨。這種線圈對低頻交流電的阻礙作用較小，對高頻交流電的阻礙作用很大。

交流電路中，純電感電路的電壓和電流的相位相差90°，所以在電阻、電感（即線圈，略掉了線圈直流電阻的影響））串聯的電路中，其電抗Rx（即總的電阻）與電阻R。感抗RL（RL=2πfL）的關係是Rx=√（R^2+RL^2），則總電壓V與電阻上的電壓VR和電感上的電壓VRL關係也滿足這個關係，即V=√（VR^2+VRL^2）。

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