電感線(xiàn)圈在工程技術(shù)上的應(yīng)用非常廣泛,如電機(jī)、電磁繼電器、接觸器、互感器等等,在我們?nèi)粘I罟ぷ髦须S處可見(jiàn)。
電感線(xiàn)圈在電路圖中的理想模型為電感元件,如下圖1-1所示,圖形符號(hào)為四個(gè)弧形的串接,字母符號(hào)為“L ”。所謂理想模型,是指忽略電感線(xiàn)圈的電阻,只計(jì)及電感參數(shù) L 。實(shí)際上,字母“L ”一方面表示電感元件,一方面又表示電感元件的參數(shù)值。
在實(shí)際應(yīng)用中,電感線(xiàn)圈一般繞制在鐵芯上,以增強(qiáng)其元件參數(shù)。這是因?yàn)殍F芯能被磁化,產(chǎn)生附加磁場(chǎng),使得線(xiàn)圈的磁性增強(qiáng)。想象一下,給一個(gè)沒(méi)有鐵芯的線(xiàn)圈通以一定電流,它產(chǎn)生磁場(chǎng)能夠吸引一定數(shù)量的鐵釘;然后給該線(xiàn)圈穿過(guò)一鐵芯,通以相同電流,顯然它能吸引的鐵釘就會(huì)變多。
通電線(xiàn)圈能夠產(chǎn)生磁場(chǎng),而磁場(chǎng)存在能量,換言之,通電線(xiàn)圈能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能量,并且這個(gè)磁場(chǎng)能量隨著電流的變化而變化。這表明,若電感線(xiàn)圈的電流不變,那么它所含有的磁場(chǎng)能量就能保持不變,這就是電感線(xiàn)圈的儲(chǔ)能特性,即電感線(xiàn)圈是儲(chǔ)能元件。
可能有的讀者不能理解為什么磁場(chǎng)存在能量,在這里我簡(jiǎn)單解釋一下。眾所周知,磁鐵之間有力的作用,它們同性相斥,異性相吸。拿一個(gè)條形磁鐵去靠近另一個(gè)條形磁鐵,就能把它吸起來(lái)或推走(其實(shí)是兩個(gè)磁場(chǎng)之間的作用),這個(gè)吸起來(lái)或推走的過(guò)程,就是磁場(chǎng)力的做功過(guò)程,而做功的過(guò)程又是能量的變化過(guò)程。綜上,磁場(chǎng)具有能量,可以對(duì)置于其中的磁鐵產(chǎn)生力的作用,從而對(duì)磁鐵做功。
上文提到,若電感線(xiàn)圈的電流不變,那么它所含有的磁場(chǎng)能量就能保持不變。這句話(huà)其實(shí)已經(jīng)回答了標(biāo)題所示的問(wèn)題。用腳指頭想都知道,能量是不能突變的,若能量能夠突變,那么永動(dòng)機(jī)就不是夢(mèng),閃現(xiàn)技能在生活中也能實(shí)現(xiàn),不用時(shí)間也能吃飽飯……
既然能量不能突變,顯然,電感線(xiàn)圈所存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量也不能突變,而電感線(xiàn)圈所存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量變化是通過(guò)電流的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所以磁場(chǎng)能量不能突變就等同于電感電流不能突變。
雖然電感電流不能突變,但這不妨它可以變得很快呀。例如在一個(gè)串有電感線(xiàn)圈的回路中,突然斷開(kāi)開(kāi)關(guān),切斷回路,顯然回路斷開(kāi)電流就為零,這個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的過(guò)程非常短,在這么短的時(shí)間內(nèi),電感的電流從有到無(wú),就變化的很快。
另外,電感線(xiàn)圈的電壓正比于其電流的變化率,也就是說(shuō),只要電感電流變化得夠快,那么它兩端就會(huì)產(chǎn)生足夠高的電壓。所以在很短時(shí)間切斷含有電感的回路,很容易產(chǎn)生電弧。例如上一段話(huà)的例子中,在開(kāi)關(guān)處會(huì)產(chǎn)生電弧,這是因?yàn)殡姼须娏髯兓^(guò)快,從而產(chǎn)生非常高的電壓,使得開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭間的空氣被電離,產(chǎn)生電弧。
不過(guò),電感電流快速變化會(huì)產(chǎn)生高電壓的現(xiàn)象有利有弊,例如鎮(zhèn)流器就是利用電感線(xiàn)圈電流的快速變化來(lái)產(chǎn)生高壓工作的。
由于電感電流不能突變,電感線(xiàn)圈還可以用來(lái)限制線(xiàn)路的短路電流,這就是串聯(lián)電抗器的應(yīng)用。在高壓線(xiàn)路中,一旦發(fā)生故障短路,其短路電流就會(huì)非常大。在線(xiàn)路出線(xiàn)端串接電抗器,當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生短路,由于電感電流不能突變,此時(shí)線(xiàn)路的電流從工作電流上升到短路電流就需要一定時(shí)間,在這個(gè)電流升高的期間,繼電保護(hù)裝置就能及時(shí)切斷故障線(xiàn)路,從而保護(hù)設(shè)備與人身安全。