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电感为什么可以储存能量?

2019-08-26  来自: 东莞市中磁电子科技有限公司 浏览次数:43

     电感为什么可以储存能量?

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我们都知道电容能储存电荷,也即电容可以存储电能。

电感也是储能元件,电感是如何存储电能的呢?很多人不明白电感是如何进行存储电量的。这个问题比较难解释,所以不明白也是可以理解,这要根据电生磁、磁生电的原理才能说清楚的,只有明白这两个概念的人,才能理解电感线圈储能的原理。

电感线圈差模电感

电生磁,即电流流过螺线管产生磁场,由丹麦物理学家奥斯特发现的电流磁效应而来。后来有许多的物理学家便试图寻找它的逆效应,磁场能否产生电呢?

英国的物理学家法拉第发现了磁生电,并提出了有名的电磁感应定律。其实当时美国科学家亨利也是同时发现的,但也有文献说比法拉第发现电磁感应现象还早,只是没有即时发表成果,当时还是很认可亨利的成果,给电感量的单位为亨利。同时俄国的物理学家楞次总结大量实验数据后,总结出一条判断感应电流方向的规律,称为楞次定律,至此磁生电才得以广泛应用。

其实我可以举个例子,就可以明白了。用“发条”来举例,以前的机械表或小玩具里面就有发条,当我们用力将发条旋紧后,机械表就可以走很长一段时间,这个过程里面给发条旋紧其实发条就存储了能量,然后发条再慢慢地释放能量。

收紧发条-储能-带动齿轮-释放能量可以理解为发条就是储能元件。

电感线圈玩具车发条

再来看电感,电感储能在哪里呢?为增大电感量,电感都会有一个”磁芯“,磁芯是磁性材料,不同的磁性材料对磁场的储存时间是不同的,比如铁放在磁铁上,再把磁铁拿走,此时铁上还会有磁性,并会保持一段时间,这就是铁存储了磁性。储能部分就是这个磁芯,首先是电流流过线圈后在磁芯上产生磁场,从而磁化磁芯,使磁芯储存了磁能,当无电流流过线圈时,磁芯释放磁场能量。

电感线圈高频磁芯电感

磁芯在静态时,内部可看成拥有大量的小磁极,并且各个磁极的方向是随机的,不规律的。

电感线圈磁芯内部磁极

当线圈通过电流后,磁芯被磁化,内部的磁极被统一方向,完成“电生磁”的过程。

电感线圈磁芯被磁化

当线圈无电流后,无磁场进行磁化,此时磁极将回复原位,即磁场变化产生电流,完成“磁生电”的过程。

电感线圈磁极回复原位

这就是电感存储电能并释放电能的过程,能量转换是在磁芯内部完成的。

在快速能量转换的场合,当然磁芯不能用铁性金属,因为铁被磁化后,磁能释放太慢,所以就会导致能量转换太慢,无法实现能量的快速传递,常用的有铁氧体、高频磁条等,这些材料被磁化后能够快速释放磁能,比如用在开关电源的高频变压器,开关电源的开关管其开关速度很快,当然就得磁能快速转换,能够及时储能并释放能量,将变压器原边的能量传递到副边。

电感线圈

而对于一些不需要能量快速转换的场合,磁场能长期保存的也有其用途,比如以前的磁带、磁盘的磁碟等,刚好利用磁芯被磁化后可以长期保存,这种磁性作为信号单元,就相当于数据保存。像硬盘的磁碟通常可以保存100年以上,其实就是磁场能够保持这么长的时间,而半导体存储单元是依靠内部电容的放电,故时间较短,大概也就10年以上。以前在市场上炒得火热的固态硬盘,都说要替代传统的磁性硬盘,这么多年过去了,也没见被替代,反导以共存的形式存在,这就是所谓的传统硬盘里还集成固态flash存储器,如2T的硬盘+128G固态,系统用于大量快速数据交换时用128G固态区间,而不需频繁操作的数据及资料则存放到磁碟硬盘。


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