純電感電路中電壓與電流間的數(shù)量關(guān)系

由電阻很小的線圈組成的交流電路可以近似地視為純電感電路。

在DC電路中，只有電阻影響電流和電壓的關(guān)系。在交流電路中，情況更復(fù)雜。除了電阻，電感和電容還影響電流和電壓的關(guān)系。

電感對(duì)交流電的阻抗。為什么電感會(huì)阻礙交流電？當(dāng)交流電通過(guò)電感線圈時(shí)，電流矩發(fā)生變化，電感線圈中不可避免地會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的變化，從而對(duì)電流形成阻斷作用。在電氣技術(shù)中，變壓器線圈、電磁鐵等。通常用銅線纏繞。銅的電阻率很小。在許多情況下，線圈的電阻相對(duì)較小，可以省略。相反，線圈被認(rèn)為只有電感。只有電感電路被稱(chēng)為純電感電路。

在純電感電路中，電流強(qiáng)度與電壓成正比，即I ∝ u。用1/(XL)作為比例常數(shù)并寫(xiě)一個(gè)方程，得到I=U/(XL)，這是純電感電路中歐姆定律的表達(dá)式。將這個(gè)表達(dá)式與I=U/R的比值相比較，我們可以看到x1等于電阻R。x1表示電感對(duì)交流電的阻值。它被稱(chēng)為感抗，它的單位也是歐姆。

電容和電感在交流電下會(huì)不會(huì)產(chǎn)生電流的熱效應(yīng)？

我們知道，交流正弦電路中的電感由于反電動(dòng)勢(shì)，其兩端的電壓和電流相差近90度。對(duì)于純電感電路，相位差等于90度。

讓我們看一下圖1:注意將電源波形圖與電壓和電流波形圖進(jìn)行比較。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)電感在一段時(shí)間內(nèi)從電源獲取電能，在另一段時(shí)間內(nèi)將電能回饋給電網(wǎng)。如果不考慮電源和電感之間的線電阻，電感可以被視為不消耗能量。

電容的情況類(lèi)似于電感的情況。差別只是電壓和電流之間的相位差:一個(gè)比電壓高90度，另一個(gè)比電流高90度。

與電阻不同，我們稱(chēng)之為電感電容和電源無(wú)功之間的功率交換，這意味著它們不消耗有功功率。但事實(shí)真的是這樣嗎？

在我們的研究中，導(dǎo)線的線路電阻可以忽略，但在實(shí)際配電系統(tǒng)中，由于電流規(guī)模大，必須考慮線路電阻。

我們這樣想:當(dāng)電感和電容等無(wú)功負(fù)載與電源交換無(wú)功功率時(shí)，相應(yīng)的無(wú)功電流將不可避免地流經(jīng)兩者之間的電纜。電纜上既有電阻負(fù)載產(chǎn)生的有功功率電流，也有電感/電容產(chǎn)生的無(wú)功功率電流，兩者都會(huì)使電纜發(fā)熱。

我們把與無(wú)功功率相對(duì)應(yīng)的加熱稱(chēng)為“無(wú)功功率交換引起的電纜有功功率消耗”，這是一個(gè)有點(diǎn)尷尬的名詞組合。

電感的特性——電流不能突變

在理解了電感的工作方式之后，我們?cè)賮?lái)看電感zui重要的特性——電感上的電流不能突變。

在開(kāi)關(guān)閉合的瞬間，電感上的電流為0A，相當(dāng)于電感開(kāi)路，這是因?yàn)樗查g的電流急劇變化，會(huì)產(chǎn)生巨大的感應(yīng)電流（綠色）來(lái)抵抗外部激勵(lì)電流（藍(lán)色）；

在達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中，電感上的電流大小按指數(shù)規(guī)律變化；

在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電感上的電流為I=E/R，相當(dāng)于電感短路；

與感應(yīng)電流相呼應(yīng)的是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它的作用是對(duì)抗E，所以稱(chēng)為Back EMF（反向電動(dòng)勢(shì)）；

四、到底什么是電感？

電感是用于描述器件對(duì)抗電流變化的能力，如果對(duì)抗電流變化的能力越強(qiáng)，那么電感的感性越大，反之越小。

對(duì)于直流激勵(lì)來(lái)說(shuō)，zui終電感呈現(xiàn)為短路狀態(tài)（電壓為0）。但在通電的過(guò)程中，電壓和電流不為0，意味著有功率，累積這些能量的過(guò)程就是充電，它以磁場(chǎng)的方式儲(chǔ)存起這些能量，在需要的時(shí)候（如外部激勵(lì)不能維持穩(wěn)態(tài)情況下的電流大小）釋放能量。