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[嵌入式]RLC电阻电容电感基础知识——电感篇

电感

值大小

电感在电路中常用L表示,单位:亨利(H),千进制。
符号:L、FB、TF、B、BD、CHOK、COK。

1亨(H)= 1000毫亨(mH)
1毫亨(mH)= 1000微亨(uH)

符号

在这里插入图片描述
添加磁铁或者铁芯会增加电感量。
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分类

1、空心电感: 空心线圈。
2、铁心电感: 用在电力变压器,扼流圈等。
3、贴片电感、保险电感等。

等效电路

电感线圈由铜导线绕制,等效电路如图所示。
在这里插入图片描述
寄生电阻RS,包括了绕线电阻、引脚串联电阻以及磁芯损耗电阻三部分组成,其中绕线电阻与线径、长度、铜线电阻率有关;引脚电阻与引线长短、粗细有关;磁芯损耗电阻与磁芯材料特性有关,显然磁芯损耗电阻还与工作频率有关.寄生电容C主要是绕线圈与圈之间的杂散电容(为PF级),与绕线工艺有关。
等效导纳
在这里插入图片描述
显然:
(1)当角频率ω(频率f)较小时,呈电感性.
(2)当角频率ω等于ω0时,导纳Y虚部为0,呈现电阻性,即发生共振。令导纳Y虚部为0,即可求出共振角频率ω0
在这里插入图片描述
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(3)当角频率ω>ω0时,呈容性。
实际线圈电抗Z特性与理想电感L差别很大.当频率f接近f0时,寄生电容C的影响
不能忽略.当频率f=f0时,呈阻性;而当频率f>f0时,呈容性,失去了电感特性。因此,为使线圈在电路中逼近理想电感特性,最高工作频率f一般取1/2f0
在这里插入图片描述
例如某线圈电感1=10mH,寄生电阻Rs,=100Q,寄生电容C=2pF,则共振频率f0=1/(2π根号LC)=1.126MHZ,Q=ω0L/RS≈71
在滤波电路中,电感线圈引线也不宜长,引线寄生电感对滤波有益,但引线寄生电阻会消耗额外功率。

特性

1、能量转换、转移、存储:电感也是一种储能元件,它可以把电能转化为磁能储存起来,也可以把磁能转化为电能释放出来。(我们目前使用的电感有2中:电感线圈和贴片电感)
2、通低频阻高频:频率越低电感产生的感抗越小,所以容易通过。而频率越高,电感产生的感抗越大所以阻碍越强。
3、扼流:通过电感线圈的电流发生变化时,电感线圈就会产生一个感应电动势,这个感应电动势的方向总是阻碍电流变化。
A、若电流以增长趋势通过电感,电感会产生一个上正下负的感应电动势来阻碍电流的增长。
B、若电流以减小趋势通过电感,电感会产生一个上负下正的感应电动势来阻碍电流的减弱。
所以电感具有恒定的作用。

补充说明: 第二点,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抵制通过线圈中的电流。 因此,我们把这种电流与线圈之间的相互作用称其为电的感抗,也就是电路中的电感。只要电流变化(包括交流电和脉冲),就会产生电感、感抗。

作用

1、滤波
2、振荡
3、延迟
4、陷波
5、储能
形象说法:“通直流,阻交流”;能量转换,能量转移;能量储存(间接存储)

检测

常见故障:电阻值增大、断路。
好坏判断:1、万用表拨到蜂鸣档,不管正负极,测量电感2端,蜂鸣器响。(补充说明: 数字万用表在0.03以下,电阻值绝对为0。而超过0.03以上,有些会发出蜂鸣响声,但是电阻值不是绝对为0。)
2、注意电感的精确数值,与电路要求一致就是好的。

参数

电感的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数、分布电容及额定电流等。

相关概念

感抗
电感的感抗 XL=2πfL,L为电感的电感量,感抗对交流信号的阻塞类似于电阻对信号的阻碍;
自感
当线圈中有电流通过时,线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时,其周围的磁场也产生相应的变化,此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势(感生电动势)(电动势用以表示有源元件理想电源的端电压),这就是自感。
互感
两个电感线圈相互靠近时,一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈,这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。

典型电路

LC滤波电路

相当于在原有的滤波电容电路中增加电感。
在直流等效电路中,电感呈现通路,产生的压降很小,对直流信号的影响比电阻要好;在交流等效电路中,电感呈现大阻抗,因此相对于电容的容抗很大,因此其分压电路对交流信号的衰减更好;
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,与谐波源并联,除起滤波作用外,还兼顾无功补偿的需要。
LC滤波器按照功能分为LC低通滤波器、LC带通滤波器、LC高通滤波器、LC全通滤波器、LC带阻滤波器。
在电子线路中,电感线圈对交流有限流作用,由电感的感抗公式XL=2πfL 可知,电感L越大,频率f越高,感抗就越大。因此电感线圈有通低频,阻高频的作用,这就是电感的滤波原理。
在这里插入图片描述

RLC谐振电路

分RLC串联谐振电路和RLC并联谐振电路

谐振的条件:即为X=WL-1/WC=0。
解释:由电感L和电容C串联而组成的谐振电路称为串联谐振电路。其中R为电路的总电阻,即R=RL+RC,RL和RC分别为电感元件与电容元件的电阻;Us 为电压源电压,ω为电源角频率。其中X=WL-1/WC。故得Z的模和幅角分别为当X=WL-1/WC=0时,即有φ=0,即XL与XC相同。

现象:谐振的现象是电流增大和电压减小,越接近谐振中心,电流表电压表功率表转动变化快,但是和短路的区别是不会出现零序量。
RLC串联谐振:
在这里插入图片描述
RLC并联谐振:
在这里插入图片描述
串联谐振和并联谐振的区别:
串联谐振特点是:电路呈纯电阻性,电源、电压和电流同相位,电抗X等于0,阻抗Z等于电阻R,此时电路的阻抗最小,电流最大,在电感和电容上可能产生比电源电压大很多倍的高电压,因此串联谐振也称电压谐振。
并联谐振:在电阻、电容、电感并联电路中,出现电路端电压和总电流同相位的现象,叫做并联谐振,其特点是:并联谐振是一种完全的补偿,电源无需提供无功功率,只提供电阻所需要的有功功率,谐振时,电路的总电流最小,而支路电流往往大于电路中的总电流,因此,并联谐振也叫电流谐振。

1、负载电路
串联谐振:对电源呈现低阻抗,要求由电压源供电。
并联谐振:对电源呈现高阻抗,要求由电流源供电,需在直流电源末端串接大电抗器。

2、输出电压
串联谐振:输入电压恒定,输出电压为矩形波,输出电流近似正弦波。
并联谐振:输入电流恒定,输出电压近似正弦波,输出电流为矩形波。

3、换流方向
串联谐振:换流是在晶闸管上电流过零以后进行。
并联谐振:换流是在谐振电容器上电压过零以前进行。

4、供电类型
串联谐振:恒压源供电,为避免谐振的上、下桥臂晶闸管同时导通,造成电源短路,换流时,必须保证电源先关断,后开通。
并联谐振:恒流源供电,为避免滤波电抗Ld上产生大的感生电势,电流必须连续。

5、工作频率
串联谐振:工作频率必须低于负载电路的固有振荡频率。
并联谐振:可自动调谐扫描频率,也可以手动寻找。

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加:2022-05-11 16:35:53  更:2022-05-11 16:37:18 
 
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