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线圈电感计算|长冈系数与Wheeler公式

根据直径、长度和匝数计算电感,比较长冈系数法与Wheeler近似。还可调整理想磁导率、电流和频率,观察储能、磁通密度概算及感抗。

mm
mm
A
kHz
电感 L vs 匝数 N
电感 L (μH)
匝数 N
磁芯相对磁导率 μr
储能 ½LI² (mJ)
磁通密度 B (mT)
电抗 Xₗ (Ω)
L(Wheeler)(μH)
长冈系数 Kₙ
电感 L vs 线圈直径 D

蓝点=流过线圈的电流。绿线=穿过线圈的磁力线。增大匝数 N、电流 I 或磁芯 μr 时,磁力线会变密,并可看到电感 L∝N²μr 增大。

理论与主要公式
电感 L vs 线圈直径 D
理论与主要公式
$$L = \mu_0\mu_r \frac{\pi D^2}{4}\frac{N^2}{l}K_n$$

长螺线管近似($K_n\to1$)。$L$ 与匝数平方 $N^2$ 及磁芯相对磁导率 $\mu_r$ 成正比,与长度 $l$ 成反比。

$$B = \mu_0\mu_r \frac{N I}{l},\qquad E = \tfrac{1}{2}L I^2,\qquad X_L = 2\pi f L$$

$B$=轴向磁通密度,$E$=储能,$X_L$=感抗。

Wheeler 近似公式(误差 ≤ 1%,实用范围):

$$L \approx \mu_0\mu_r\frac{\pi r^2 N^2}{l + 0.9r}$$

$K_n$ 是有限长度修正系数(长冈半太郎,1909),可由椭圆积分 $K(k),E(k)$ 精确给出。

使用相同条件进行比较

计算示例

直径10mm、长度20mm时,输入10和20,不是0.01和0.02。保持几何和相对磁导率不变,将匝数从50改为100,电感增加到4倍。

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模型与适用范围

L=μ0μr(πD²/4)N²Kn/l。尺寸输入为mm,内部换算为m,电感以μH显示。储能E=LI²/2、感抗XL=2πfL,频率输入单位为kHz。磁通密度显示采用长螺线管近似。

常见问题

长冈法能准确预测任何实物线圈吗?

不能。它修正的是理想化有限长度绕组模型,并未完整包含导线截面、绕法、寄生电容和导体损耗。

输入μr就能设计磁芯吗?

μr是线性理想模型中的常数倍数,不求解磁路、气隙、退磁效应、饱和或频率依赖。不能只根据材料标称μr选择磁芯。

为什么电流与频率不改变L?

本线性模型的L由几何、匝数和μr决定。电流改变磁场与储能,频率改变感抗和可视化,不模拟磁饱和导致的电感下降。

如何使用Wheeler对比?

在相同尺寸和匝数下比较近似结果。两者接近不代表实物精度有保证。短线圈及高频应用还需检查绕组、自谐振和损耗。

理论参考(不代表本工具的精度认证)

NIST: Grover, single-layer solenoids (PDF)

说明更新:2026年9月6日