什麼是自感,時間常數?一起了解電感在電路中的變化原理

2020-12-04 電子通信和數學

我們來思考一下如何利用交流電路的獨特優勢,我們知道當通電線圈中的電流發生變化時,會產生磁通量,磁通量的變化被感應電動勢生產的反向電流所阻礙。這就是楞次定律。

因此在交流電路中最終產生一種變化的電流,它會感應出相反的磁通量,從而感應出相反的電動勢,所以導體本身電流變化而產生相反電流的電磁感應現象被稱為自感。

電流隨時間的變化率乘上負L就是感應電動勢

L為自感係數,表示線圈產生反向電流的能力,取決於線圈的形狀和尺寸,取負表示感應電動勢與原電流的方向相反,它的單位是H(亨)

電磁感應式非常有用的,工程師製造線圈的目的就是將其效果最大化

為產生自感而設計的線圈稱為電感器,為了掌握電感器的工作方式,我們先來看一個直流電路,假設一個電感與一個恆定電壓為V0的電池串聯,大多數電感都具有很小的電阻,我們把這個小電阻單獨拿出來,這就是著名的RL電路

我們組裝好的電路通電後,電感兩端的起始電壓就是電源電壓V0,但電流卻不會立即達到最大值。因為電感不讓電流因電壓變化而發生突然變化。因此電流會緩慢增加,直到它達到最大電流,也就是電壓除以電阻,因此處理電感時必須考慮到時間。

電感電路中的電流表達式如圖,分數寫在e的指數上

電流最大值是電壓除以電阻,τ稱為時間常數,它等於電感除以電阻

對於τ的數學意義我們暫時還不能完全理解,但隨著時間的推移,電流曲線會逼近最大值

電流最大相當於汽車最終會跑的最快,時間常數表示加速到最大速度的時間,時間越小,表示加速和剎車所需的時間越少。相反,時間常數越大,表示加速和剎車所需花的時間越多。現在假設電路達到穩定,即電流達到最大值。即電流不再發生變化,電感像一根導線,但是如果電源突然斷電,電流也不會馬上降到0

重要的是電感器會改變自己的磁通來反抗電流的變化,所以電源斷開後,電感會產生屬於自己的電流,這就像開車的時候把腳離開油門,你不在給車加速,但車也不會馬上停下來,而是速度慢慢變小。

所以可以減速版的電流方程是

最大電流和τ經過足夠長的時間後,電流相當於0,無論電流是增加還是減少,電感都隨時奉陪。

所以你打開或關係設備是的響應會延遲,可能就是電感在系統中起作用。

開關可以瞬時控制電壓,但系統中的電感卻可以讓電流反應遲鈍。

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