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转:电感反向电动势浅浅谈   [复制链接]

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发表于 2014-10-24 15:14:10 |显示全部楼层
本帖最后由 蓝色梦想 于 2014-10-24 15:16 编辑

       很早以前做单片机时,知道马达,继电器一类电感线圈需要并联一个反向续流二极管,防止电感产生的反向电动势损坏线圈。近来突发思考,在考虑如何彻底 地理解这个反向电动势的产生及方向问题,期间查阅了相关资料,也有了新的一些理解,纠正了以前的误解。在此一并写出,作为总结。


一 如何理解电感的电压和电感的自感电动势


电路理论中提到的电感符号如下,给出了电压和电流的方向,



       并给出了电压与电流的公式 u(t)=L di/dt, 电压和电流参考方向关联时,P>0则吸收能量,P<0则放出能量。


电感自感电动势,ε=-L di/dt。


       现在如何理解电感电压和电感自感电动势公式不同的问题。实际上,电感电压的推导是根据法拉第电磁定律来的,也就是与电感电动势同出一辙,从本质上讲,电感的电压就是其自感电动势。那么为什么两者公式有正负号之差呢?因为自感电动势等同于电池内部, 方向是从负极指向正极,与电流的方向相反。而电感电压公式首先就是假定电流和电压方向关联,即参考方向一致,这样一来,电感的公式就与电感自感电动势有一 个负号之差了。但无论怎样,最核心的基础就是楞次定律,感应电动势的总是阻碍原电流的变化。如下图,当电流突然减小为0时,电感电压的方向为红色标注。



图1 电感的电流和电压   

        

       有 人说,这样讲还是不太清楚。的确,从公式上去判断自感反向电动势的方向经常容易出错。下面让我们抛开公式,从楞次定律出发去理解性地判断电动势的方向。如 图1,假定流过电感的电流I增大,那么根据楞次定律,产生的电感电动势要阻碍电流的增加,所以电感电动势(自感电动势)产生的电流和I相反,即从B到A, 根据电池的特性,感应电动势的方向为从A到B,即和电流的方向一致。电流减小时,感应电流方向从A到B,感应电动势方向从B到A,即VB>VA。推 导就是这么简单。这样的结果与电感电压公式是一致的。


二 从能量的角度理解感应电动势的方向


       再让我们从能量的观点来理解感应电动势的方向。如图1,当电流增大时,可知外部电源输出功率有增大的趋势,又因电感有储能作用,此时电感有吸收能量的趋势,可以认为外部电压不变,吸收能量的结果就是减小电流,即阻碍电流的增加。这时电感相当于一个被充电的电池, 其电动势为从A到B。


        实际上,电感这种“充电电池”作用是阻碍不了电流的增大,最终被“充电的电池能量”转换为磁场能(电流)了。当电流减小时或突然降为 0时,那么电感的电池作用又显现了,磁能要转换为电能,这个电能就是电压(反向电动势),因为它有阻碍电流减小的趋势,它势必通过反向电动势(好比电池电压)来给外部电路供能量, 否则它的能量怎么办?根据P=UI,如果I很小,则U很大,也就是说假如电路断路,电感电流突然变为0,则电感的感应电动势会非常大,其中能量也只能通过 辐射消耗了。因为这时电感的电动势(电池)释放能量的趋势是维持电流的不变,所以感应电流的趋势是从A到B,感应电动势的方向则是从B到A。


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发表于 2015-2-12 11:11:43 |显示全部楼层

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发表于 2015-8-26 20:00:49 |显示全部楼层
如果能给大家带来好处也不错。

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发表于 2016-11-5 13:10:30 |显示全部楼层
大家好我是新人 初次来到 多多关照哦~嘻嘻

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发表于 2017-10-12 01:38:59 |显示全部楼层
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