电感两端电压和电感电压(感应电压)相同吗?

文摘   科技   2024-10-24 19:00   浙江  

这个问题很有意思,仔细想一下,就会有一种违和感,因为法拉第电磁感应定律和基尔霍夫定律告诉我们:电感的外加电压 = 电感的感应电压。

但是如果这两个电压相等,即:外加电压=感应电压,那么加在电感两端的电压就是0,电感器上就不应该有电流流过才对,为什么流过电感的电流还会变化呢?

好,接下来我们分两部分来看这个问题:

1,电感两端外加的电压与感应电压真的是一样的么?

2,为什么电感两端电压为0,还会有电流呢?

1, 法拉第电磁感应定律

根据法拉弟电磁感应定律分析:变化的磁通量在线圈两端会产生感应电动势,此感应电动势相当于一个“新电源”

当形成闭合回路时,感应电动势就会产生感应电流。

由楞次定律我们知道:电磁感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化(来拒去留)

而原磁通量的变化来源于外加交变电源的变化,所以从客观效果看:电感线圈有阻碍交流电路中电流变化的特性

所以我们可以简化理解:将由于电磁感应现象导致阻碍电流变化特性的元件看成是电感器(这是个非常重要的判断感性的依据)。

电感线圈有与力学中的惯性(牛顿第一运动定律)相似的特性:任何物体试图保持其原运动状态(静止或匀速运动),直到外力迫使它改变。而电感线圈总是试图保持磁通量不变,直到外加电压迫使它改变。

离线式开关电源中的MOS管开关时产生的高脉冲尖峰,就是变压器漏感产生的感应电动势所造成的。

我们将电感线圈接到交流电源上时:线圈内部的磁力线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(自感电压)

如下图所示,当开关闭合的瞬间:根据楞次定律电感器中的电流不能突变,所以电路电流为0,再根据欧姆定律电阻两端的电压VR = I*R = 0V,由基尔霍夫第二定律可得电感上的电压VL = Vin;理想电感器中的绕组导线电阻为0Ω,不产生电压,这个电压是从哪里来的呢?

答案是:自感电动势/自感电压。

所以如果在电感/线圈两端外加电压为V,那么其产生的感应电压则为-V(在磁饱和或铜线过流烧坏之前):感应电压与外加电压大小相同,反向相反

2, 电感电流的原因

如上所述,那就出现了让人费解的现象:既然电感器的感应电压与外加电压大小相等,反向相反(完全相互抵消),电流应该持续保持为0,为什么电感导线上会产生电流呢?

因为对于电感来说,电流不变则电流变化率为0,意味着感应电压也为0,即感应电压依赖于电流变化而存在,所以电流必须改变。我们在对开关电源电感器或变压器的分析中可以观察到:电感两端的电压(感应电压)是不变的,等于外加电压的大小,但是流过电感器的电流则在不断的变化中

直流电流并不会产生感应电压(理想电感用于电源滤波应用时,并不会产生直流压降),变化的电流是产生感应电压的原因,因为电流与磁场(磁力线/磁通量)相关,而非电压(电压与电场相关,关联器件是:电容器)

假如有一个电感器一端接交流电源,另外一端悬空(高阻),或则电感器通过恒定电流,那么该电感器相当于一条理想导线,不会呈现出电感特性。

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