电感特性

在理想情况下，电感器充当纯电抗装置。也就是说，它对交流电流的反对严格基于对电流变化的感应反应，而不是像电阻元件那样的电子摩擦。

然而，电感器的反应行为并不是那么纯粹。首先，它们是由电线制成的，我们知道所有电线都具有一些可测量的电阻（除非是超导线）。

这个内置电阻就像是与线圈的完美电感串联一样，就像这样：

实际电感的电感等效电路。

因此，任何实际电感器的阻抗总是电阻和感抗的复杂组合。

使这个问题更加复杂的是一种叫做皮肤效应的东西 ，这是 AC 流过导体横截面的外部区域而不是中间区域的趋势。当电子沿单一方向 (DC) 流动时，它们会使用导体的整个横截面积来移动。

另一方面，电子切换流动方向往往会避免穿过导体的正中间，从而限制了可用的有效横截面积。随着频率的增加，趋肤效应变得更加明显。

此外，用交流电激励的电感器的交变磁场可能会作为电磁波的一部分辐射到太空中，尤其是在交流电是高频的情况下。该辐射能量不会返回到电感器，因此在电路中表现为电阻（功耗）。

电感中的涡流

除了导线和辐射的电阻损耗外，铁芯电感器中还有其他作用，它们表现为引线之间的附加电阻。当电感器通电时，产生的交变磁场往往会在铁芯内感应出循环电流，称为涡流 .

铁芯中的这些电流必须克服铁提供的电阻，而铁的导体不如铜好。涡流损耗主要是通过将铁芯分成许多薄片（叠片）来抵消的，每片薄片之间用一层薄薄的电绝缘漆隔开。

由于铁芯的横截面被分成许多电隔离的部分，因此电流无法在该横截面内流通，并且不会（或很少）因该效应而产生电阻损失。

正如您所料，金属电感器磁芯中的涡流损耗以热量的形式表现出来。

这种效应在较高频率下更为明显，并且可能非常极端，以至于有时在制造过程中被用来加热金属物体！

事实上，这种“感应加热”工艺常用于高纯金属铸造操作，金属元素和合金必须在真空环境中加热，以避免空气污染，因此标准燃烧加热技术将无用。

这是一种“非接触”技术，加热物质不必接触线圈产生磁场。

在高频服务中，涡流甚至会在导线本身的横截面内产生，从而导致额外的电阻效应。为了抵消这种趋势，由非常细的、单独绝缘的股线制成的特殊电线称为利兹线 （Litzendraht 的缩写 ) 可以使用。

将绞合线彼此分开的绝缘层可防止涡流通过整根导线的横截面积循环。

此外，电感器磁场的每次反转都需要克服任何磁滞现象，这构成了能量消耗，在电路中表现为电阻。

一些磁芯材料（如铁氧体）因其滞后效应而臭名昭著。最好通过选择合适的磁芯材料和限制每个周期产生的峰值磁场强度来抵消这种影响。

总之，实际电感器的杂散电阻特性（线电阻、辐射损耗、涡流和磁滞损耗）在“有效电阻”一词下表示：

具有趋肤效应、辐射、涡流和磁滞损耗的真实电感器的等效电路。

值得注意的是，趋肤效应和辐射损耗同样适用于交流电路中的直线长度的导线，就像它们适用于盘绕的导线一样。通常，它们的组合效应小到无法察觉，但在无线电频率上，它们可能会非常大。

例如，无线电发射器天线的设计明确目的是以电磁辐射的形式耗散最大量的能量。

品质因数（Q Factor）

电感器中的有效电阻可能是交流电路设计人员认真考虑的问题。为了帮助量化电感器中有效电阻的相对量，存在另一个值，称为Q 因子 ，或“品质因数”，计算如下：

符号“Q”与电荷（库仑）无关，这往往容易混淆。出于某种原因，Powers That Be 决定使用相同的字母来表示完全不同的数量。

“Q”的值越高，电感就越“纯”。由于在需要时很容易添加额外的电阻，因此就设计而言，高 Q 电感优于低 Q 电感。理想电感器的 Q 值为无穷大，有效电阻为零。

因为感抗 (X) 随频率变化，所以 Q 也会变化。但是，由于电感器的电阻效应（线趋肤效应、辐射损耗、涡流和磁滞）也随频率变化，Q 不随电抗成比例变化。为了使 Q 值具有精确的含义，必须在特定的测试频率下对其进行指定。

相关工作表：

• 电感工作表