高手进来说说电感L与时间T的关系
据说权威的解释
首先说明一下,量纲关系不是数学关系式,概念混淆。含时间量纲的量多了去了,不能看到个时间量纲[T]就说其一定就与时间有关,譬如速度、频率、电流和功率等等。
下面仔细说明一下 u = L di/dt 的由来:
由《电磁学》可知,存在关系
Φ = L(i,t) i
其中,Φ是磁链,i是电流,L(i,t)是一般与i和t都有关的函数。根据法拉第电磁感应定律有关系
u = dΦ/dt = (d/dt)(L(i,t)i)
这就是电感关于u和i的一般关系式(注意,这里采用了关联或无源符号约定)。显然,若要进一步表达此式的话得用点《数学》,具体为
u = (∂L/∂i di/dt + ∂L/∂t) i + L(i,t) di/dt
到此作几个假设:
1)L(i,t)与t无关,即为L(i),则有关系
u = (∂L/∂i di/dt) i + L(i) di/dt
这叫时不变。
2)L(i,t)与i无关,即为L(t),则有关系
u = (∂L/∂t) i + L(t) di/dt
这叫线性。
3)L(i,t)与t和i都无关,则为常数L,侧有关系
u = L di/dt
这叫线性时不变(LTI)。
好了,那看看线性时不变的电感能玩出点什么玩意儿。
对 u = L di/dt 求积分得
∫u dt = L i
需注意,这里的u和i都是时间t的函数,即严格应该表示成
∫u(t) dt = L i(t)
进一步令u(t)为恒定电压(恒压源),表示为U,得
U t = L i(t)
即
i(t) = (U/L)t
这表明,若理想的线性时不变电感两端加一个理想恒压源,电感上的电流呈线性增加。这和电阻(欧姆定律)有着根本区别。这个关系应用甚广,而由此还引入了所谓“伏秒积”的概念。
对于电路理论中的电感模型,自感系数不随频率变化,是对的,因为电感模型就是这样定义的。
对于电感器件,比如电感线圈,测量到的电感量或者说自感系数,与频率相关,测量到的自感系数随频率升高而增大。原因如下:
物理存在的电感线圈,匝与匝之间存在分布电容,粗略地说,可以把电感线圈看做一节一节的LC并联电路串联在一起构成的网络;严格的说,即使每一匝,都是由无数这种LC并联网络串联构成的,每一个并联的L、C都是无穷小,整个线圈当然更是由无限多个这种LC并联网络串联构成的。
我们都知道,一个理想的电感,与一个理想的电容并联,等效阻抗是随频率变化的,低频段呈感性,随频率升高,达到并联谐振,阻抗为无穷大,再生高频率,阻抗为容性。
对于电感线圈这样的复杂网络,阻抗必定是频率的函数,存在着无数个变化的区间:感性---并联谐振----容性-----串联谐振----感性。
如果用网络分析仪测量一个实际的电感线圈,这种现象是可以看到的。
从低频到高频,第一个谐振频率是一个非常重要的参数,为了使电路工作稳定,第一谐振频率应该远远高于工作频率。