1.2.2 电感元件
1.电感元件及其特性
电路中的电感元件是电感线圈的理想化模型（忽略了线圈电阻和分布电容）。电感元件用字母符号L表示，它既是这种元件的名称，又表示其物理量性质的电路参数，电感的单位为亨[利]（H）。
由物理电学实验可知，通过有电流的导体在其周围会产生磁场，将导线（一般用铜漆包线）缠绕在磁芯（磁芯可以是绝缘体或铁磁材料）上制成线圈，可以增强线圈内部空间的磁场。在电工、电子技术中，用此方法来制作电感线圈。
线圈的电感与线圈的尺寸、匝数及附近的介质的导磁性能等有关，带有铁芯的线圈比不带铁芯的线圈电感要大得很多。
式中μ——磁介质的磁导率，单位是亨/米（H/m）；
S——线圈的截面积，单位是平方米（m2）；
N——线圈的匝数；
l——线圈的长度，单位是米（m）。
电路中电感元件的外形如图1-21所示。
图1-21 电感元件
电感元件电路如图1-22所示。
图1-22 电感元件电路
通有电流i的线圈在其周围会产生闭路的磁通Φ。若一匝线圈时，电流i产生一个当量的磁通Φ，若N匝线圈时，电流i将产生的磁通为NΦ，称为磁链，用ψ表示。实验证明，空心线圈的磁链与产生它的电流成正比。把线圈的磁链与产生它的源电流i的比值称为线圈的自感系数，又称为电感量，简称电感，用符号L表示，即
式（1-20）中，磁通Φ单位是韦[伯]（Wb）；电流单位是安[培]（A）；电感单位是亨[利]（H）。
从式（1-20）可见，线圈中单位电流产生的磁通越大，电感也越大。线圈的匝数N越多，其电感量L越大。
实验证明，一个空心线圈，当它的结构一定时，其电感是一个常数，这类电感称为线性电感。线性电感反映了电流和磁通之间的正比关系。线性电感的韦安特性如图1-22（b）所示。当线圈中有铁磁材料，则电感L将不是常数，这类电感称为非线性电感。有关铁磁材料线圈的问题将在本书后面继续讨论，本章只限讨论线性电感。
一个电感线圈元件，若忽略其电阻，则称为理想电感线圈，下面为了叙述方便，把理想电感线圈简称电感。
由法拉第电磁感应定律实验可知，当电感中的磁链ψ或电流i发生变化时，在电感元件的本身产生感应电动势，又称为自感电动势eL。自感电动势eL的方向由楞次定律来确定，其关系为
图1-22（c）中标注的感应电动势eL的参考极性是假设磁链ψ或电流i在该方向减小时，而在线圈中产生的极性。由图1-22（c），则
式（1-22）表明，电感两端产生的感应电动势eL（或两端的电压值u）大小与流过电感的电流i变化率成正比，而与电感中电流本身的数值无关。当电流不变化（如直流）时，电感两端的电压uL（或感应电动势eL）为零，此时，在电路中可以把电感视做短接对待。
2.电感元件的储能
将式（1-22）两边乘以i，并积分，则在t1到t2时间段内，线性电感元件吸收的磁场能量表示为
式（1-23）表明，当电感元件中电流
增大时，WL＞0，磁能增大，电感元件从电源取用能量，把电能转换为磁能储存。当电流
减小时，WL＜0，磁能减小，电感又把磁能转换成电能释放出去。可见电感元件不消耗能量，而是以磁场的形式储能，所以，电感元件是一种储能元件。电感的储能是外界提供的，储能与释放能量相等，所以，电感元件又称为无源元件。式（1-23）还表明，电感的储能与电感量L有关。在相同的电流条件下中，电感量大的线圈，磁场储能就越多。
在实际应用中，选用电感元件，不仅要考虑合适的电感值，而且要注意通过电感的实际工作电流不要超过其额定电流。另外，单个电感L不能满足实际要求时，可以将若干个电感元件串联或并联起来使用。
3.电感元件的连接
1）电感元件的串联
实际的电感元件在应用中像电阻元件一样，可以把多个电感元件串联、并联和混联。为防止它们之间的互感电磁作用相互影响，在把它们相互连接使用时，应当把它们分隔开来。
下面以无互感的线性电感为例来讨论电感元件串联连接的等效电感问题。
设有两个无互感线性电感串联连接，如图1-23（a）所示。
根据电感上的电压电流的关系
则
由图1-23（a）得
所以，无互感的两电感串联时的等效电感为
等效电感L如图1-23（b）所示。
图1-23 电感的串联连接
2）电感元件的并联
设有两个无互感线性电感并联连接，如图1-24（a）所示。
图1-24 电感的并联连接
由于电感上的电压电流的关系为
由图1-24（a）得
所以，两无互感的电感并联时的等效电感为
等效电感如图1-24（b）所示。