電感器如何選用、檢測及標註的方法

2021-01-09 騰訊網

外形與符號

將導線在絕緣支架上繞制一定的匝數(圈數)就構成了電感器。常見的電感器的實物外形如圖4-1(a)所示,根據繞制的支架不同,電感器可分為空芯電感器(無支架)、磁芯電感器(磁性材料支架)和鐵芯電感器(矽鋼片支架), 它們的電路符號如圖4-1(b)所示。

圖4-1 電感器

主要參數與標註方法

(1)主要參數

電感器的主要參數有電感量、誤差、品質因數和額定電流等。

電感量 電感器由線圈組成,當電感器流過電流時會產生磁場,電流越大,產生的磁場越強,穿過電感器的磁場(又稱為磁通量 Φ )就越大。實驗證明,通過電感器的磁通量 Φ 和流入的電流 I 成正比關係。 磁通量 Φ 與電流的比值稱為自感係數,又稱電感量 L , 用公式表示為:

電感量的基本單位為亨利(簡稱亨),用字母「H」表示,此外還有毫亨(mH)和微亨( H),它們之間的關係是:

電感器的電感量大小主要與線圈的匝數(圈數)、繞制方式和磁芯材料等有關。 線圈匝數越多、繞制的線圈越密集,電感量就越大;有磁芯的電感器比無磁芯的電感量大;電感器的磁芯磁導率越高,電感量也就越大。

誤差 誤差是指電感器上標稱電感量與實際電感量的差距。 對於精度要求高的電路,電感器的允許誤差範圍通常為±0.2%~±0.5%,一般的電路可採用誤差為±10%~ ±15%的電感器。

品質因數( Q 值) 品質因數也稱 Q 值,是衡量電感器質量的主要參數。品質因數是指當電感器兩端加某一頻率的交流電壓時,其感抗

與直流電阻 R 的比值。 用公式表示為:

從上式可以看出,感抗越大或直流電阻越小,品質因數就越大。電感器對交流信號的阻礙稱為感抗,其單位為Ω。電感器的感抗大小與電感量有關,電感量越大,感抗越大。

提高品質因數既可通過提高電感器的電感量來實現,也可通過減小電感器線圈的直流電阻來實現。例如粗線圈繞制而成的電感器,直流電阻較小,其 Q 值高;有磁芯的電感器較空芯電感器的電感量大,其 Q 值也高。

額定電流 額定電流是指電感器在正常工作時允許通過的最大電流值。 電感器在使用時,流過的電流不能超過額定電流,否則電感器就會因發熱而使性能參數發生改變,甚至會因過流而燒壞。

(2)參數標註方法

電感器的參數標註方法主要有直標法和色標法。 電感器的參數標註方法說明見表4-1。

表4-1 電感器的參數標註方法說明

性質

電感器的主要性質有「通直阻交」和「阻礙變化的電流」。

(1)電感器「通直阻交」性質

電感器的「通直阻交」是指電感器對通過的直流信號阻礙很小,直流信號可以很容易通過電感器,而交流信號通過時會受到較大的阻礙。

電感器對通過的交流信號有較大的阻礙,這種阻礙稱為感抗,感抗用 X L 表示,感抗的單位是歐姆(Ω)。電感器的感抗大小與自身的電感量和交流信號的頻率有關, 感抗大小可以用以下公式計算:

式中, X L 表示感抗,單位為Ω; f 表示交流信號的頻率,單位為Hz; L 表示電感器的電感量,單位為H。

由上式可以看出:交流信號的頻率越高,電感器對交流信號的感抗越大;電感器的電感量越大,對交流信號感抗也越大。

舉例:在圖4-2所示的電路中,交流信號的頻率為50Hz,電感器的電感量為200mH,那麼電感器對交流信號的感抗就為:

圖4-2 感抗計算例圖

(2)電感器「阻礙變化的電流」性質

當變化的電流流過電感器時,電感器會產生自感電動勢來阻礙變化的電流。 下面以圖4-3所示的兩個電路來說明電感器這個性質。

圖4-3 電感器「阻礙變化的電流」說明圖

電感器「阻礙變化的電流」性質說明

在圖4-3(a)中,當開關S閉合時,會發現燈泡不是馬上亮起來,而是慢慢亮起來。這是因為當開關閉合後,有電流流過電感器,這是一個增大的電流(從無到有),電感器馬上產生自感電動勢來阻礙電流增大,其極性是A正B負,該電動勢使A點電位上升,電流從A點流入較困難,也就是說電感器產生的這種電動勢對電流有阻礙作用。由於電感器產生A正B負自感電動勢的阻礙,流過電感器的電流不能一下子增大,而是慢慢增大,所以燈泡慢慢變亮,當電流不再增大(即電流大小恆定)時,電感器上的電動勢消失,燈泡亮度也就不變了。

如果將開關S斷開,如圖4-3(b)所示,會發現燈泡不是馬上熄滅,而是慢慢暗下來。這是因為當開關斷開後,流過電感器的電流突然變為0,也就是說流過電感器的電流突然變小(從有到無),電感器馬上產生A負B正的自感電動勢,由於電感器、燈泡和電阻器R連接成閉合迴路,電感器的自感電動勢會產生電流流過燈泡,電流方向是:電感器B正燈泡電阻器R電感器A負,開關斷開後,該電流維持燈泡繼續發光,隨著電感器上的電動勢逐漸降低,流過燈泡的電流慢慢減小,燈泡也就慢慢變暗。

從上面的電路分析可知, 只要流過電感器的電流發生變化(不管是增大還是減小),電感器都會產生自感電動勢,電動勢的方向總是阻礙電流的變化。

電感器「阻礙變化的電流」性質非常重要,在以後的電路分析中經常要用到該性質。為了讓大家能更透徹理解電感器這個性質,再來看圖4-4中兩個例子。

圖4-4 電感器性質解釋圖

在圖4-4(a)中,流過電感器的電流是逐漸增大的,電感器會產生A正B負的電動勢阻礙電流增大(可理解為A點為正,A點電位升高,電流通過較困難);在圖(b)中,流過電感器的電流是逐漸減小的,電感器會產生A負B正的電動勢阻礙電流減小(可理解為A點為負時,A點電位低,吸引電流流過來,阻礙它減小)。

種類

電感器種類較多,下面主要介紹幾種典型的電感器。

(1)可調電感器

可調電感器是指電感量可以調節的電感器。 可調電感器的電路符號和實物外形如圖4-5所示。

圖4-5 可調電感器

可調電感器是通過調節磁芯在線圈中的位置來改變電感量,磁芯進入線圈內部越多,電感器的電感量越大。 如果電感器沒有磁芯,可以通過減少或增多線圈的匝數來降低或提高電感器的電感量,另外,改變線圈之間的疏密程度也能調節電感量。

(2)高頻扼流圈

高頻扼流圈又稱高頻阻流圈,它是一種電感量很小的電感器,常用在高頻電路中 ,其電路符號如圖4-6(a)所示。

圖4-6 高頻扼流圈

高頻扼流圈又分為空芯和磁芯,空芯高頻扼流圈多用較粗銅線或鍍銀銅線繞制而成,可以通過改變匝數或匝距來改變電感量;磁芯高頻扼流圈用銅線在磁芯材料上繞制一定的匝數構成,其電感量可以通過調節磁芯在線圈中的位置來改變。

高頻扼流圈在電路中的作用是「阻高頻,通低頻」 。如圖4-6(b)所示,當高頻扼流圈輸入高、低頻信號和直流信號時,高頻信號不能通過,只有低頻和直流信號能通過。

(3)低頻扼流圈

低頻扼流圈又稱低頻阻流圈,是一種電感量很大的電感器,常用在低頻電路(如音頻電路和電源濾波電路)中 ,其電路符號如圖4-7(a)所示。

圖4-7 低頻扼流圈

低頻扼流圈是用較細的漆包線在鐵芯(矽鋼片)或銅芯上繞制很多匝數製成的。 低頻扼流圈在電路中的作用是「通直流,阻低頻」 。如圖4-7(b)所示,當低頻扼流圈輸入高、低頻和直流時,高、低頻信號均不能通過,只有直流信號才能通過。

(4)色碼電感器

色碼電感器是一種高頻電感線圈,它是在磁芯上繞上一定匝數的漆包線,再用環氧樹脂或塑料封裝而製成的。 色碼電感器的工作頻率範圍一般在10kHz~200MHz之間,電感量在0.1~3300 H範圍內。色碼電感器是具有固定電感量的電感器,其電感量標註與識讀方法與色環電阻器相同,但色碼電感器的電感量單位為 H。

檢測

電感器的電感量和 Q 值一般用專門的電感測量儀和 Q 表來測量,一些功能齊全的萬用表也具有電感量測量功能。

電感器常見的故障有開路和線圈匝間短路 。電感器實際上就是線圈,由於線圈的電阻一般比較小,測量時一般用萬用表的 R ×1Ω擋,電感器的檢測如圖4-8所示。

圖4-8 電感器的檢測

線徑粗、匝數少的電感器電阻小,接近於0Ω,線徑細、匝數多的電感器阻值較大。在測量電感器時,萬用表可以很容易檢測出是否開路(開路時測出的電阻為無窮大),但很難判斷它是否匝間短路,因為電感器匝間短路時電阻減小很少,解決方法是:當懷疑電感器匝間有短路,萬用表又無法檢測出來時,可更換新的同型號電感器,故障排除則說明原電感器已損壞。

選用

電感器選用注意事項

在選用電感器時,要注意以下幾點。

選用電感器的電感量必須與電路要求一致,額定電流選大一些不會影響電路。

選用電感器的工作頻率要適合電路。低頻電路一般選用矽鋼片鐵芯或鐵氧體磁芯的電感器,而高頻電路一般選用高頻鐵氧體磁芯或空芯的電感器。

對於不同的電路,應該選用相應性能的電感器,在檢修電路時,如果遇到損壞的電感器,並且該電感器功能比較特殊,通常需要用同型號的電感器更換。

在更換電感器時,不能隨意改變電感器的線圈匝數、間距和形狀等,以免電感器的電感量發生變化。

對於可調電感器,為了讓它在電路中達到較好的效果,可將電感器接在電路中進行調節。調節時可藉助專門的儀器,也可以根據實際情況憑直覺調節,如調節電視機中與圖像處理有關的電感器時,可一邊調節電感器磁芯,一般觀察畫面質量,質量最佳時調節就最準確。

對於色碼電感器或小型固定電感器,當電感量相同、額定電流相同時,一般可以代換。

對於有屏蔽罩的電感器,在使用時需要將屏蔽罩與電路地連接,以提高電感器的抗幹擾性。

電感器的型號命名方法

電感器的型號命名由三部分組成:

第一部分用字母表示主稱為電感線圈;

第二部分用字母與數字混合或數字來表示電感量;

第三部分用字母表示誤差範圍。

電感器的型號命名及含義見表4-2。

表4-2 電感器的型號命名及含義

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