电感元件

电感元件是一种储能元件电感元件的原始模型是导线缠绕成圆柱形线圈。当线圈通上电流I时，线圈中会产生磁通量φ，能量被储存起来。表征电感元件（简称电感）产生磁通量和储存磁场能力的参数，也叫电感，用L表示，数值上等于单位电流产生的磁通量。电感元件指的是电感器（电感线圈）和各种变压器。

电感元件”是“电路分析”在学科的电路模型中，除了电阻元件R和电容元件c之外的基本电路元件。在线性电路中，电感元件用电感l表示。元件的“伏安关系”除了基尔霍夫 线性电路分析中的s定律。电感元件的伏安关系是电感元件两端的电压除了电感L不同于电阻元件R的电压，它不取决于电流I本身，而取决于电流随时间的变化率（电流变化越快，电感两端的电压越大，反之亦然。据此，在“稳态”在这种情况下，当电流为DC时，电感两端的电压为零；当电流为正弦时，电感两端的电压也为正弦，但其相位超前于电流（当电流为周期性等腰三角波时，电压为矩形波，以此类推。一般来说，电感两端的电压波形比电流变化更快，包含更多低频成分。

一般来说，通过闭合导体回路的磁感应线的数量称为磁通量。当它穿过闭合的载流导体时（很多情况是线圈）根据法拉第 电磁感应定律，闭合的导体会产生电动势“反抗”这种变化就是电磁感应现象。感应元件的电磁感应分为自感和互感，线圈中因自身磁场引起磁通量变化而产生的电磁感应现象称为“自感应”现象；线圈中因外部磁场磁通量变化而产生的电磁感应现象称为“互感应”现象。

例如，当电流为1安培时，/秒的变化率通过1亨利的感应元件，产生1伏特的感应电动势。当导线缠绕在导体上的匝数增加时，导体的电感也会增加，不仅是匝数，每匝也是如此（环路）面积，甚至绕组材料都会影响电感。此外，用高导磁率材料缠绕导体也会增加磁通量。

利用这种电感原理，电感元件在电路中起了许多作用。

电感元件储存的能量（单位：焦耳）等于流过它的电流建立磁场所做的功，其值由下式给出：其中l是电感，I是流经电感的电流。

上述关系式只适用于电流和磁通呈线性且尚未进入磁饱和的电感元件。对于电感元件，要计算电感元件能及时储存的能量，可以用下面的公式计算：

电感器可以由缠绕在磁芯上的导电材料制成，例如铜线，或者磁芯可以被移除或者用铁磁材料代替。比空气具有更高磁导率的芯材料可以将磁场更紧密地限制在电感元件周围，从而增加电感。

电感有很多种，大部分是外搪瓷线圈（Enamel   coating   wire  ）环绕铁素体（ferrite）由线轴制成，一些保护电感将线圈完全置于铁氧体中。一些电感元件的磁芯是可以调节的。因此，电感可以改变。

小电感可以直接蚀刻在PCB上，铺设螺旋走线。小值电感器也可以通过与晶体管相同的工艺在集成电路中制造。在这些应用中，铝互连经常被用作导电材料。不管用什么方法，最广泛使用的基于现实的约束是一种叫做“旋转子”它使用一个电容器和一个有源元件来显示与电感元件相同的特性。用于高频隔离的电感元件通常由穿过磁柱或磁珠的金属线制成。

就像容性元件抵抗电压的变化一样，感性元件抵抗电流的变化。一个理想的电感元件不应该是DC电阻，但只有超导电感元件将产生零电阻。

一般来说，时变电压v(t)和时变电流I(t)电感元件与电感L之间的关系可以用微分方程来表示。

当正弦交流电通过电感元件时，会产生正弦电压。电压幅度和电流幅度（与电流的频率（f）的乘积成比例。

在这种情况下，电流和电压之间的相位差为90度，（电流落后电压）

拉普拉斯电路分析

当拉普拉斯变换用于电路分析时，没有初始电流的理想电感元件的阻抗可以在S域中表示为：

 L是电感

 s是一个复数频率

如果电感元件没有初始电流，它可以表示为：

 附有一个电压源，该电压源与电感元件串联电压源的值为：

请注意，电压源的极性应该与初始电流相反）

 或附加一个电流源，该电流源与电感元件并联电流源的值为：

l是电感，是电感元件的初始电流

网络

主条目：串联与并联电路

并联电路中的电感元件各自具有相同的电位差。通过串联电感的电流，其总等效电感保持不变，但每个电感元件上的电压可能不同。其电压之和等于总电压。总电感：这种简单的关系只存在于没有磁场互耦的情况下（Mutual   coupling）的条件下才成立。

理想的电感元件不会因为电流流过线圈而改变其灵敏度。但在实际环境中，线圈中的金属线会使电感元件产生绕阻。因为绕组电阻的形式是与电感元件串联的电阻器，所以也称为串联电阻。由于串联电阻的存在，实际电感元件的特性会与理想电感不同，电感与电阻的比值可以用产品品质因数来表示。

电感元件的品质因数（简称Q）它是在一定频率下，其电感电抗与电阻之比该比率用于测量电感元件的有效性。品质因数越高，电感元件的性能越相似。

电感元件的品质因数q可以通过下面的等式获得，r是电感元件的内部电抗：

如果使用铁磁材料，其他部分不变，电感会上升，所以品质因数会提高。但如果频率增加，铁磁材料的电感会减小，即电感是频率的变量。所以于甚高频（VHF）或者更高的频率，空芯将是优选的。使用铁磁芯的电感元件在大量电流流入时可能会进入饱和状态，导致电感和品质因数下降。使用空芯可以避免这种现象。一个设计良好的具有空芯的电感元件可以具有高达几百的品质因数。

一种近乎理想的电感元件（也就是一个几乎无限的品质因子）可以通过以下方法制备：超导合金制成的线圈浸在液氦或液氮中。这会使导线处于极低的温度状态，绕阻消失。因为超导电感元件的性能非常接近理想电感元件，在磁场中可以储存大量的电能。

同等条件下，内阻越大，品质因数越小。品质因数可以作为衡量电感元件质量的标准之一品质因数越高，通常意味着电感质量越好。

电感元件广泛应用于模拟电路和信号处理中。

电感元件与电容元件等器件组合可以形成调谐电路，可以放大或滤波某些特定的信号频率。

大电感可用于电源的阀门（chokes）过去，它通常与滤波器结合使用，以消除DC输出中的冗余和波动成分。

磁珠或周围电缆可以产生小电感，可以防止传输线中的射频干扰。

小的电容/电感器也可以与用于无线电收发器的产生调谐电路相结合。

两个或两个以上的电感元件之间耦合磁通可以构成变压器，是供电系统的基本组成部分。变压器的效率随着频率的增加而降低，但是高频变压器的体积也变得很小，这也是为什么有些飞机使用400 Hz交流电而不是通常的50或60 Hz，使用小型变压器来节省大量负载的原因。

在开关电源中，电感元件用作储能元件。电感元件以调节器开关频率的特定部分存储能量，并在周期的后半部分释放能量。它的能量转换率决定了输入输出电压比。这款XL 用来补充有源半导体设备，可以用来精确控制电压。

电感元件也用于电力传输系统，以降低系统电压或限制故障电流（Fault   current）这些通常用于反应堆。与其他元件相比，电感元件体积大，重量重，因此在现代设备中的应用减少；固态开关电源去掉了大变压器，电路改为使用小电感元件，大值则由回转器改变（gyrator）电路模拟。