电感是什么？线性电感中电压电流的关系

1、定义

把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种抵抗电流变化、储存磁能的部件。电感元件是实际线圈的一种理想化模型，它反映了电流产生磁通和磁场能量储存其元件特性是磁通链Ψ与电流I的代数关系。下图所示为工程应用中实际的电感元器件照片。

 

图1 实际电感元器件照片

 

2、线性时不变电感

任何时刻，通过电感元件的电流i与其磁链y成正比的电感称为线性时不变电感。

 (1)

电感的单位是亨[利](H)或(mH)。图2(a)所示为电容元件电路符号；图2(b)为线性时不变电感元件的韦安特性曲线，y~i特性为过原点的直线。

图2 电感元件

 

3、线性电感的电压、电流关系

当线性电感元件的电压电流取关联参考方向，如图6.4(a)所示，根据电磁感应定律与楞次定律，得到电压与电流的关系

 (3)

注意：

① 电感电压u 的大小取决于i 的变化率，与 i 的大小无关，电感是动态元件；

② 当i为常数（直流）时，u =0。电感相当于短路。

 

式(3)的逆关系可写为

 (4)

上式表明：

①某一时刻的电感电流值与-¥到该时刻的所有电压值有关，即电感元件有记忆电压的作用，电感元件也是记忆元件；

②研究某一初始时刻t₀以后的电感电流，不需要了解t₀以前的电流，只需知道t₀时刻开始作用的电压u和t₀时刻的电流i(t₀)；

③上式中i(t₀)称为电感电压的初始值，它反映电感初始时刻的储能状况，也称为初始状态。

 

4、电感的功率和储能

①电感的功率

在电压和电流的关联参考方向下，线性电容元件吸收的功率为

 (5)

当电流增大，p>0，电感吸收功率；当电流减小，p<0，电感发出功率。表明电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是储能元件，它本身不消耗能量。

 

②电感的储能

 (6)

电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变。电感储存的能量一定大于或等于零。