浅谈电感反向电动势

浅谈电感反向电动势作者余文新很早以前做单片机时，知道马达，继电器一类电感线圈需要并联一个反向续流二极管，防止电感产生的反向电动势损坏线圈。近来突发思考，在考虑如何彻底地理解这个反向电动势的产生及方向问题，期间查阅了相关资料，也有了新的一些理解，纠正了以前的误解。在此一并写出，作为总结。一如何理解电感的电压和电感的自感电动势电路理论中提到的电感符号如下，给出了电压和电流的方向，并给出了电压与电流的公式u(t)=Ldi/dt，电压和电流参考方向关联时，P0则吸收能量，P0则放出能量。电感自感电动势，ε＝-Ldi/dt。现在如何理解电感电压和电感自感电动势公式不同的问题。实际上，电感电压的推导是根据法拉第电磁定律来的，也就是与电感电感电动势同出一辙，从本质上讲，电感的电压就是其自感电动势。那么为什么两者公式有正负号之差呢？因为自感电动势等同于电池，方向是从正极指向负极，与电流的方向相反。而电感电压公式首先就是假定电流和电压方向关联，即参考方向一致，这样一来，电感的公式就与电感自感电动势有一个负号之差了。但无论怎样，最核心的基础就是楞次定律，感应电动势的总是阻碍原电流的变化。如下图，当电流突然减小为0时，电感电压的方向为红色标注。图1电感的电流和电压有人说，这样讲还是不太清楚。的确，从公式上去判断自感反向电动势的方向经常容易出错。下面让我们抛开公式，从楞次定律出发去理解性地判断电动势的方向。如图1，假定流过电感的电流I增大，那么根据楞次定律，产生的电感电动势要阻碍电流的增加，所以电感电动势（自感电动势）产生的电流和I相反，即从B到A，根据电池的特性，感应电动势的方向为从A到B，即和电流的方向一致。电流减小时，感应电流方向从A到B，感应电动势方向从B到A，即VBVA。推导就是这么简单。这样的结果与电感电压公式是一致的。二从能量的角度理解感应电动势的方向再让我们从能量的观点来理解感应电动势的方向。如图1，当电流增大时，可知外部电源输出功率有增大的趋势，又因电感有储能作用，此时电感有吸收能量的趋势，可以认为外部电压不变，吸收能量的结果就是减小电流，即阻碍电流的增加。这时电感相当于一个被充电的电池，其电动势为从A到B。实际上，电感这种“充电电池”作用是阻碍不了电流的增大，最终被“充电的电池能量”转换为磁场能（电流）了。当电流减小时或突然降为0时，那么电感的电池作用又显现了，磁能要转换为电能，这个电能就是电压（反向电动势），因为它有阻碍电流减小的趋势，它势必通过反向电动势（好比电池电压）来给外部电路供能量，否则它的能量怎么办？根据P＝UI，如果I很小，则U很大，也就是说假如电路短路，电感电流突然变为0，则电感的感应电动势会非常大，其中能量也只能通过辐射消耗了。因为这时电感的电动势（电池）释放能量的趋势是维持电流的不变，所以感应电流的趋势是从A到B，感应电动势的方向则是从B到A。