直流電路中的電感

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電感是一種以磁場的形式儲存能量的無源器件。在有需要的時候,電感能夠把儲存的能量釋出至電路。電感是由繞了多圈導線的柱芯構成。圖 1和圖 2分別是電感的基本結構和符號。

圖1: 電感的基本結構

圖2: 電感的符號

當電感連接到一電源是直流電 (DC) 的電路時,在特定的情況下,有兩個過程會發生,分別是電感 “儲能” 和 “放能”。

在圖3中,電感與直流電源相接。突然增加的電流使電感產生自感電動勢vemf,這阻止了電流的改變,見圖1。這改變使電感兩端出現一電壓,vL = - vemf。這個- vemf 會減慢電流的改變,然而減慢電流的改變會使vL變小。當電流變得穩定時,電感不再產生阻抗,vL降至0 V,而電感的儲能過程完成。

圖3: 電感正在儲能

由於電感的儲能過程完成後,流過電感的電流iL是穩定的,iL = V / R,沒有自感電動勢產生,vL為0 V,所以在直流電路中,電感可等效為短路。電感就像普通的導線,它的電阻值為零,而流過電感的電流iL不能突變。

當電感與電源斷開後,見圖4,vL改變極性,電壓瞬間由零降至一負值,但同時,iL保持同一流動方向和大小。電感通過電阻RD放能,vL逐漸上升至零,而iL逐漸下降至零。

圖4: 電感正在放能

在圖3和圖4中,RS和RD的電阻值都能改變電感的儲能和放能速度。

電感值L 和電阻值R的商數被稱為時間常數τ,這個常數描述電感儲能和放能的速度,見圖5。

圖5: 在儲能及放能過程中的電壓vL 和電流iL

電阻值愈大,時間常數也愈小,電感儲能和放能的速度愈快,反之亦然。

電感存在於很多的電子電路中。如兩個電感可以組成變壓器來轉換電壓的高低,反之亦然。

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