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電感的暫態(tài)行為探討
Views:4549 Date:2019-01-18

1. 電感是如何工作的?
電感器件線(xiàn)圈上的電流(I)會(huì )在磁芯上激發(fā)出感應磁通量(?),如下圖所示。

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如果線(xiàn)圈上的電流是不變的,也就是在直流穩態(tài)(steady state) 的條件下,則電感器件就如同短路般,不呈現任何功能。

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有了電感電流瞬時(shí)變量的感應電動(dòng)勢之法拉第定律描述,再根據電路學(xué)的基爾霍夫定律(Kirchhoff’s circuit law),則 iL 流經(jīng)電阻 R1 形成的電壓降加上所串聯(lián)電感的感應電動(dòng)勢,此兩者之和等于直流電壓源  E。我們可以建構出如下方程式:

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這即是典型的一階微分方程式。要求解這個(gè)微分方程式的電流 iL,可經(jīng)由移項處理并對其進(jìn)行數學(xué)積分:

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在初始條件 t = 0 時(shí) iL = 0,且 E、R1與 L 均為定值的情況下,上述數學(xué)積分的結果如下:

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其中e 為自然對數底或稱(chēng)之為 Euler(歐拉)數 e = 2.71828182846…, τ = L/R1 稱(chēng)之為感應時(shí)間常數(inductive time constant)。
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4. 電感的暫態(tài)行為與楞次定律

根據上述的電路暫態(tài)分析,可知流經(jīng)電感的電流 iL 之所以會(huì )有如此反應,實(shí)則可以透過(guò)楞次定律得到定性解釋。若以楞次定律的〝磁通量表述〞為說(shuō)明,則在此例:


1.電路開(kāi)關(guān)閉合導通的瞬間,電感為了保持其原初磁通為零的狀態(tài),開(kāi)始便對 iL 產(chǎn)生抵抗,這個(gè)抵抗的過(guò)程可藉由電路學(xué)的基爾霍夫定律得到進(jìn)一步的電路架構解析,并藉助數學(xué)微積分處理而得以做出定量闡釋。


2.電路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)不導通的瞬間,電感也是為了保持其在穩態(tài)下的磁通狀態(tài),為此而產(chǎn)生感應電流,藉以穩住原磁通狀態(tài)。同樣地,整個(gè)感應電流的過(guò)程可藉由電路學(xué)的基爾霍夫定律得到進(jìn)一步的電路架構解析,并藉助數學(xué)微積分處理而得以做出定量闡釋。


3.楞次定律在電感器件暫態(tài)行為的通俗描述,可以用〝磁通量的慣性定律〞來(lái)做注腳。





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