电感元件的性质和应用

1）感抗

简单来说，当线圈中有电流通过时，就会在线圈中形成感应电磁场，而感应电磁场又会在线圈中产生感应电流来阻碍通过线圈的电流。因此，我们把这种电流与线圈之间的相互作用称为感抗，也就是电路中的电感。感抗用符号XL表示。

实验证明，感抗和电感成正比，和频率也成正比，即

XL=2πfL

式中　XL——感抗，单位是欧［姆］（Ω）；

L——电感，单位是亨［利］（H）；

F——交流电频率，单位是赫［兹］（Hz）。

电感量越大，电感的感抗就越大；交流电的频率高，电流也难以通过线圈，电感的感抗作用大。

电感具有“通直流，阻交流”或“通低频，阻高频”的特性，因而在交流电路中常应用电感器来旁通低频及直流电，阻止高频交流电。

2）自感

（1）自感现象

图2.26　自感现象实验

如图2.26所示，闭合开关S时，A灯泡会立即正常发光，而B灯泡则慢慢变亮；断开开关时，A灯泡几乎立即熄灭，而B灯泡要经过一个短促的继续发光阶段才会熄灭，在断电瞬间，灯光甚至比原来更亮。

上述实验表明：在开关闭合时，线圈中慢慢增大的电流使线圈产生感应电动势，此感应电动势阻碍电感线圈回路中电流的增大；在开关断开时，线圈中逐渐减小的电流使线圈产生感应电动势，此感应电动势阻碍电感线圈回路中电流的减小。电感器是一个储能元件，它的端电压不能突变。

自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它是由线圈本身电流变化而引起的。由自感产生的感应电动势，称为自感电动势。

（2）自感的应用

荧光灯就是利用电感器产生的自感电动势点亮灯管的例子。

图2.27所示为日光灯电路。电感器常常被称为镇流器。接通电源后，电源电压通过镇流器和日光灯的灯丝加到了启辉器的两端，使启辉器产生辉光放电，致使金属片受热形变并互相接触，整个电路就形成闭合回路，在电路中就有电流流过，日光灯的灯丝被电流加热而释放大量电子。同时，由于启辉器两端接通，辉光熄灭，金属片冷却并断开，把整个电路切断，于是在镇流器线圈中产生比电源电压高得多的自感电动势，使灯管内的气体电离而产生辉光放电，日光灯便发光了。

图2.27　日光灯电路

另外，电感线圈具有扼制高频电流通过的性质，在无线电电路中用作高频扼流圈；自感线圈与电容器组合可以构成振荡电路或滤波电路。

（3）自感的危害及消除措施

有时自感现象是有害的。例如，当具有大电感线圈的电路断开时，产生的大的自感电动势会使电闸产生强烈电弧，危及设备和人员安全，必须设法避免。

消除自感的方法是尽量减少回路的自感磁链。例如，要绕制一个无感电阻时，可将选好的电阻丝对折后绕在支架中，如图2.28（a）所示。电路接通时，并绕电阻丝中通过的电流大小相等，方向相反，产生的磁通互相抵消，因而大大减小了电感。

除此以外，也可设法使电阻丝绕在一个薄板上，以减小它的横截面积，从而减小电感，如图2.28（b）所示。

图2.28　消除自感的措施

3）互感

一个线圈中的电流发生变化，使其他线圈产生感应电动势的现象称为互感现象。这个感应电动势称为互感电动势。

互感在电工电子技术中应用很广泛，通过互感线圈可以使能量或信号由一个线圈方便地传递到另一个线圈。利用互感现象的原理可制成变压器等器件。

4）电感线圈的磁场能量

①感抗不消耗电能。电流通过电感时，电流增大，电能转变成磁场能；电流减小，磁场能又转变成电能。所以，交流电通过纯电感时，电能并没有减少，而是在电能—磁场能或电能—电场能之间不停地转化。

②线圈把电能转变为磁场能，并以磁场能的形式储存能量。通过理论和实践证明：电感线圈的磁场能量与线圈所通过的电流的平方及线圈的电感成正比，即

式中　WL——电感线圈的磁场能量，单位是焦［耳］（J）；

L——电感，单位是亨［利］（H）；

I——电流，单位是安［培］（A）。

5）电感器的质量判断

（1）直观观察(www.xing528.com)

直接观察电感器的引脚是否断开，铁芯是否松动、绝缘材料是否破损或烧焦等。

（2）万用表检测

检测电感器质量需用专用的电感测试仪，在一般情况下，可用指针式万用表欧姆挡（R×1或R×10挡）来判断。正常情况下，电感器的直流电阻很小（有一定阻值，但最多几欧［姆］）。若万用表读数偏大或为无穷大，则表示电感器损坏；若万用表读数为零，则表明电感器已短路。

【经验分享】

在测量电感量很小的线圈时，只要电阻挡测量线圈两端导通便是好的。

【思考与练习】

一、填空题

1.电感具有通______阻______或通______阻______的特性。

2.在电感器好坏判断中，常使用万用表的______挡测量电感器的通断及电阻值大小来判断。

3.变压器是利用______现象的原理制成的。

4.日光灯电路中，镇流器有两个作用：一是__________，启辉灯管；二是灯管启辉后起____________作用，使灯管正常稳定地工作。

二、选择题

1.自感现象是指线圈本身的（　　）。

A.体积发生改变而引起的现象，如多绕几圈

B.线径发生变化的现象，如用粗线代替细线

C.铁磁介质变化，如在空心线圈中加入铁磁介质

D.电流发生变化而引起电磁感应现象

2.当流过线圈中的电流发生变化时，线圈本身所引起的电磁感应现象称为（　　）现象。

A.互感B.自感C.电感D.以上都不对

3.在收音机等电子产品上，常常能看到几个只绕了几圈而且没有铁芯的线圈，它的作用是（　　）。

A.阻碍高频成分，让低频和直流成分通过

B.阻碍直流成分，让低频成分通过

C.阻碍低频成分，让直流成分通过

D.阻碍直流和低频成分，让高频成分通过

三、判断题

1.电感线圈对直流电流的阻力很大，通交流电时可认为短路。（　　）

2.由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应属于自感现象。（　　）

3.一般情况下电感器用万用表R×1挡测量，只要能测出电阻值，则可认为被测电感器是正常的。（　　）

4.当怀疑电感器内部有短路性故障时，用R×1挡测一次，就能作出正确的判断。（　　）

5.交流电的频率越高，电感的感抗作用就越大。（　　）

【本章小结】

1.电容器是一种储存电场能的元件，它由两块极板构成，两极板之间为绝缘介质。

2.电容量是电容器的一个工作参数，用于衡量电容器储存电荷本领的大小，用字母C表示。电容量的国际单位制单位为法［拉］（F）。

3.电容器的主要参数有标称容量、允许偏差、额定电压。在电路中，电容器具有“隔直流，通交流”，“阻低频，通高频”等特性。

4.电容器串联时，电容量减小，其等效电容量的倒数等于各分电容电容量倒数之和；电容器并联时，电容量增加，其等效电容量等于各分电容电容量之和。

5.电感器是一种储存磁场能的元件。在电路中，具有“通直流，阻交流”，“通低频，阻高频”等特性，用字母L表示电感器。

6.电感器主要参数：电感量、额定电流和品质因数。

7.电感器电感量L，国际单位制单位为亨［利］（H）。

8.自感现象是一种特殊的电磁感应现象，有利有弊。

9.一般使用万用表的欧姆挡对电容器、电感器的质量进行初步检测。