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电感简介及电感失效分析

导读: 电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流,线圈周围就会产生磁场,线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大,磁场就越强,通过线圈的磁通量就越大。实验证明,通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的,它们的比值叫做自感系数,也叫做电感。

  1、电感本质

  我们通常所说的电感指的是电感器件,它是用绝缘导线(例如漆包线,沙包线等)绕制而成的电磁感应元件。

  在电路中,当电流流过导体时,会产生电磁场,电磁场的大小除以电流的大小就是电感。

  电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流,线圈周围就会产生磁场,线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大,磁场就越强,通过线圈的磁通量就越大。实验证明,通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的,它们的比值叫做自感系数,也叫做电感。

  电感简介及电感失效分析

  1.1 电感分类

  按电感形式 分类:固定电感、可变电感。

  按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

  按工作性质 分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。

  按绕线结构 分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

  按工作频率 分类:高频线圈、低频线圈。

  按结构特点 分类:磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

  空心电感,磁芯电感和铜芯电感一般为中频或高频电感而铁心电感多数为低频电感

  1.2电感的材质及工艺

  电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心等组成。

  1)骨架:泛指绕制线圈的支架。通常是采用塑料、胶木、陶瓷制成,根据实际需要可以制成不同的形状。小型电感器一般不使用骨架,而是直接将漆包线绕在磁心上。空心电感器不用磁心、骨架和屏蔽罩等,而是先在模具上绕好后再 脱去模具,并将线圈各圈之间拉开一定距离。

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  2)绕组:指具有规定功能的一组线圈,有单层和多层之分。单层有密绕和间绕两种形式;多层有分层平绕、乱绕、蜂 房式绕法等多种。

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  3)磁心:一般采用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体等材料,它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多种形状。

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  铁心:主要有硅钢片、坡莫合金等,其外形多为“E”型。

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  4)屏蔽罩:用于为避免有些电感器在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件正常工作。采用屏蔽罩的电感器,会增加线圈的损耗,使Q值降低。

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  5)封装材料:有些电感器(如色码电感器、色环电感器等)绕制好后,用封装材料将线圈和磁心等密封起来。封装材料采用塑料或环氧树脂等。

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  1.3 电感主要参数

  1)电感量:也称自感系数,是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。

  电感量的大小,主要取决于线圈的圈数、绕制方式、有无磁心及磁心的材料等等。通常,线圈圈数越多、绕制的线圈越密集,电感量就越大。有磁心的线圈比无磁心的线圈电感量大;磁心导磁率越大的线圈,电感量也越大。

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  应用的工作频率越高电感的尺寸可以越小

  同样的阻抗值,频率越高,感值越小

  感值小,圈数可减小,电感的尺寸就可以做小

  感值小,材质的导磁率亦不用太高

  (材质的导磁率越高,越不适合在高频工作)

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  2)允许偏差:指电感上标称的电感量与实际电感的允许误差值。一般用于振荡或滤波等电路中的电感要求精度较高,允许偏差为±0.2%~±0.5%;而用于耦合、高频阻流等线圈的精度要求不高;允许偏差为±10%~15%。

  3)固有频率:电感的等效电路实际上是电感与电容的并联谐振电路,其震荡频率

  f0= 即是固有频率。

  也定义为感抗和容抗相等时对应的自谐振频率。使用电感线圈时,为保障线圈的电感量稳定,应使线 圈的工作频率远低于固有频率。

  4)分布电容:指线圈的匝与匝之间、线圈与磁心之间存在的电容。电感的分布电容越小,其稳定性越好。

  减小分布电容的方法:

  1)如果磁性是导体,用介电常数低的材料

  2)起始端与终止端远离(夹角》40°)

  3)尽量单层绕制,并增加匝间距离

  4)多层绕制时,采用渐进方式绕,避免来回绕制

  5)直流电阻Rdc:指直流状态下测量器件的电阻值为直流电阻,表征器件内部线圈的质量状况。

  6)阻抗Z:表征的是给定频率下元件对流经其本身的交流电流的总抵抗能力。

  7)品质因数:也称Q值,是衡量电感质量的主要参数。它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。

  电感器的Q值越高,其损耗越小,效率越高。在实际当中,Q不仅只与线圈的 直流电阻有关,还包括线圈骨架的介质损耗,铁芯和屏蔽的损耗以及在高频条件下工作时的趋肤效应等因素有关,提高线圈的Q值,并不是一件很容易的事情。

  实际电感的应用选择必须同时兼顾较小的电感量波动与较高的Q值。

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  8)额定电流Ir:指电感正常工作时反允许通过的最大电流。若工作电流超过额定电流,则电感器就会因发热而使性能参数发生改变,甚至还会因过流而烧毁。

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