更新於 2024/07/11閱讀時間約 3 分鐘

馬達小教室:電感 ( I )

其實早就該講電感了,但電感的作用實在太詭異,若不先講解冷次定律,很難讓人覺得合理。
電感方程式中,i為電流,N為線圈的圈數,Φ為磁通量。因此我們知道,電感與圈數、磁場及電流有關係。而且又出現微分的符號d,因此也代表這跟變化有關係,若以口語描述,就是單位電流的磁通量變化。
電感方程式
電感方程式
若以正規的說明,其實很難讓一般人理解,因此退而求其次,筆者通常會跟人介紹電感就是抵抗瞬間電流變化的物理量。更簡單的說明,仍會使用水管的概念,也就是水管越長時,我們會將水管繞成一圈圈的收納,因此圈數越多的水管,則將水龍頭打開,到經過水管流出來,要等待的時間就越長。
但上述解說是針對完全沒學過的人作說明,因為那水管的比對說法,是錯的,但電感就是很難解釋的一種現象,實在難以用貼近生活的方式解釋。錯的原因,其實電感主要是針對電流的變化去反應,而非時間。
最正確的描述情況是,當線圈內開始有電流進入時,由於電會生磁,這磁場會誘發電流還未抵達的區域產生抵抗的磁場(冷次定律),這抵抗的磁場也會再次感應出電流(法拉第定律),這進入的電流會受到感應的電流阻礙,延遲了進入電流的速度。老實說,連筆者自己也覺得繞口,不如再用條列式來理一理順序。
電感作用
1.輸入電流進入線圈。 2.輸入電流產生磁場。 3.由於磁場從無到有的產生,造成了磁場的變化。 4.磁場的變化,誘發了對應的抵抗磁場產生,也就是冷次定律。 5.抵抗磁場又因磁生電的法拉第定律,在線圈處產生了渦電流。 6.渦電流阻礙了輸入電流。 7.當輸入電流完全佔滿線圈,則磁場穩定不再變化。 8.當磁場穩定後,冷次定律的作用不在,則渦電流也消失,電感也消失。
沒錯,電感會消失;電感只存在電流有變化的暫態當中。也因此大部份的馬達當中,電感值是個如同雞肋的存在;主要是馬達僅在啟動時,才會有較大的電流變化,一但穩定運轉後,電流值幾乎沒變化,這時跟本不用在意電感值。
當有人與筆者討論馬達電感時,基本上筆者就會詢問,您的馬達在意加減速時間嗎? 會經常走走停停嗎? 會需要快速啟動嗎? 是高速馬達嗎? 因為最簡化的電感概念就是延遲電流進入馬達的時間,若您在意家中的電風扇是花3秒到最高速或是花3.5秒才能達到最高速,那就要討論電感值。
另外,因電感的量測標準很多,有交流電跟直流電,還有頻率的設定等等,有人會詢問馬達中要使用那種標準量的值才準。基本上,都不準;因電感與磁場、電流變化有關,而量測儀器基本上沒辦法提供大電流,所以一定不可能與真正作用於馬達上的電感相同。
因此對馬達來說,電感值可做出以下的判斷。 電感大:圈數多,電流進入慢,不適合做快速啟動,高轉速要特別處理。 電感小:圈數小,電流進入快,可快速啟動,可高速。
這樣看起來,在馬達中電感越小越好。對,沒錯,但電感是被動產生,尤其是電感受到磁場及電流影響,這兩種都是馬達轉矩的來源,這使得電感是免不了產生的物理現象,雖然我們不想要,但它就是存在。
重點整理: 電感的產生,真的很複雜。 最簡化的概念,電感就是延遲電流的存在。
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