电感是以电磁感应为基础的元件,通常的电感有铁芯和线圈,也有没铁芯的电感。说起电磁感应,它主要分两部分内容,一部分是电流产生磁场,线圈的电流与产生的磁感应强度、磁通量成正比,另一部分是磁生电,也就是法拉第电磁感应定律,当线圈中的磁通量发生变化时,线圈上就会有感应电动势,感应电动势与变化率成正比。
电感线圈的电阻很小,一般忽略不计(线圈很多的大感值电感除外),通常按直流电阻为0考虑,所以,如果没有电感,接电源会短路,就因为有电感,外加电压时,它会产生电流,而且电流会变化,使得感应出来的电压正好与外加电压相等,所以,外加电压越高,电流变化率就越大,感应电压也就越大。如果外加正弦波电压,并且选择从正弦波的1/4周期,也就是电压从最大值开始算起,第一个1/4周期,电压为正,电压从最大值逐渐降到0,所以,电流会从0开始上升,上升速度从最大降到0,电流波形正好是正弦波的第一个1/4周期;然后电压进入负半周,瞬时电压从0到负的最大值,因为加的是反向电压,所以电流的变化率变为负值,电流逐渐下降到0,下降率从0变到最大值,电流波形为正弦波的第二个1/4周期。以此类推,得到下面的波形,电流落后于电压1/4周期。
根据这个波形,如果电感为L,加的正弦波交流电有效电压为U,频率为f,有效电流就I=U/(2πfL)(具体计算过程要用到高数的微积分,这里略过),所以感抗XL=U/I=2πfL。
这个过程也可以认为是第一个1/4周期,电感把电能转化为磁能存储,第二个1/4周期磁能转化为电能释放,如此反复,所以电感实际上并不真正消耗能量,由P=UI计算出来的功率是虚的,专业上称为无功功率。虽然无功功率本身不实际消耗电能,但它会使电网的电流增大,导致电线损耗P=I²R增大,所以供电局要求变电站不得有太大的无功功率。
电感线圈的电阻很小,一般忽略不计(线圈很多的大感值电感除外),通常按直流电阻为0考虑,所以,如果没有电感,接电源会短路,就因为有电感,外加电压时,它会产生电流,而且电流会变化,使得感应出来的电压正好与外加电压相等,所以,外加电压越高,电流变化率就越大,感应电压也就越大。如果外加正弦波电压,并且选择从正弦波的1/4周期,也就是电压从最大值开始算起,第一个1/4周期,电压为正,电压从最大值逐渐降到0,所以,电流会从0开始上升,上升速度从最大降到0,电流波形正好是正弦波的第一个1/4周期;然后电压进入负半周,瞬时电压从0到负的最大值,因为加的是反向电压,所以电流的变化率变为负值,电流逐渐下降到0,下降率从0变到最大值,电流波形为正弦波的第二个1/4周期。以此类推,得到下面的波形,电流落后于电压1/4周期。
根据这个波形,如果电感为L,加的正弦波交流电有效电压为U,频率为f,有效电流就I=U/(2πfL)(具体计算过程要用到高数的微积分,这里略过),所以感抗XL=U/I=2πfL。
这个过程也可以认为是第一个1/4周期,电感把电能转化为磁能存储,第二个1/4周期磁能转化为电能释放,如此反复,所以电感实际上并不真正消耗能量,由P=UI计算出来的功率是虚的,专业上称为无功功率。虽然无功功率本身不实际消耗电能,但它会使电网的电流增大,导致电线损耗P=I²R增大,所以供电局要求变电站不得有太大的无功功率。