关于电感的问题

电器工程 电感器
2022-01-18 08:32:08

所以我还是电子产品的新手,我一直在研究升压转换器等(只是学习电源和不同的类型)……这就解释了电感器。毋庸置疑,这有点需要考虑。对于如此简单的组件,电感器似乎相当复杂。

  1. 就像我直截了当地说的那样,电感器会抵抗电流的变化,因此,如果电流降低,它将“产生”更高的电压,以尝试根据楞次定律弥补这一点。(这是正确的吗?....有人知道这是怎么回事吗?)。当它产生这个电压时,电流是降低了还是消耗得更快了?

  2. 在这样的示意图中:

    让我们假装二极管不存在。会发生什么?电感器会继续积聚能量而无处可去吗?它会消散在空气中吗?Wiki 文章中,它说它会跳转到下一条线。它的电弧距离是否有限制(例如,如果电线离得很远怎么办:电感器会熔化,还是能量会消散在空气中?

  3. 什么决定了电感器可以存储多少能量?匝数?或者,就存储“速率”而言,电感器的大小实际上是否重要。

  4. 不相关的排序,但是我可以用它们做任何“酷”的实验来看看它们是如何工作的吗?在 youtube 上看到了这个,基本上他只有一个开关,他可以打开和关闭,你可以看到电压跳得非常高。我假设这是升压转换器的工作原理。

很抱歉有多个问题,只是想掌握电感的魔力。他们看起来很简单(一圈电线),但做了很多疯狂的事情。

3个回答

是的,电感器可以抵抗电流变化,就像电容器可以抵抗电压变化一样。事实上,电感器和电容器是彼此的电流/电压镜像。我喜欢在电路中考虑电感器的方式是它们赋予电流惯性。他们当然没有,但它似乎是一种有用的概念化技术。

在没有二极管的示意图中,如果一切都从 0 开始并且开关闭合,则电流将呈指数衰减至 Vs/R。最初,所有电压都通过电感器,在稳定状态下,电感器上的电压为 0。

有趣的事情发生在开关打开时。在任何一种情况下,电感器都将保持其电流恒定。这包括开关打开的实例。没有二极管,电流就没有明显的路径。电感电压将增加到维持通过它的电流的任何值。

机械开关通过将两个导体接触在一起来工作。当开关打开时,导体彼此远离。这不可能立即发生,因此当开关第一次尝试通过它停止电流时,触点将非常靠近。引起电弧放电不需要太多电压。一旦电弧开始,触点之间的气体就会变成具有高导电性的等离子体。因此,随着触点之间的距离越来越远,电弧可以持续一段时间。在此期间,开关两端的电压不为零,因此电感电流减小。随着触点进一步分开,电弧电压增加,电感电流下降得更快。

最终,电流足够低,无法维持电弧,开关最终真正打开。那时,电感器中几乎没有能量。该电流唯一流过的地方是电感器和电路其他部分不可避免的寄生电容。宇宙中每两个导体之间都有一些非零电容。这个电容很小,因此电压会迅速上升。这也会迅速降低电感器中的电流。最终达到一个峰值,电容上的电压实际上开始以另一种方式推动电感电流。在一个完美的系统中,电容上的所有能量都会以电流的形式传输到电感器,但这次是相反的方向。然后它会以相反的方向再次对电容充电,整个循环将无限重复。在现实世界中存在一些损失,因此每次来回摆动的幅度都会稍微低一些,因为能量在电感器和电容之间来回晃动时会损失能量。绘制为时间函数的电压(如示波器所做的那样)将显示正弦波,其幅度向 Vs 呈指数衰减。

(1) 是的,电感器可以抵抗电子流的变化。楞次定律、麦克斯韦定律以及任何电子教科书或物理教科书中的方程都 非常适合计算电流 电压、电感、磁场强度等之间的关系,就像欧姆定律非常适合计算电流、电压和电阻之间的关系。

正如任何一本教科书都会告诉你的那样,对于任何短时间 dt,通过电感器的电流变化将非常小(di),并且可以精确计算为

di = v dt / L

其中,v 是该短时间内电感两端的平均电压,L 是电感。

电感两端的反向电压越大,电流下降到零的速度越快。

(无论我们是通过在电感两端放置电池来强制电感两端的电压为某个特定电压,还是我们在电感两端有一些负载电阻并且电压在某种程度上是由电感本身引起的,这仍然是正确的)。

当我们在电感器上施加电压时,电流缓慢上升,能量进入电感器,存储在电感器内外的上升磁场中。

当我们将电感器与电源断开时,在电感器的两端之间连接一些电阻,电流会慢慢下降。与此同时,能量从神秘的、不可见的磁场(g)中出来,并进入与电感器相连的任何东西。

(2) 奥林给出了一个很好的答案。

(3) 任何一本教科书都会告诉你,任何时刻存储在电感器中的能量 e 为

e = (1/2)L i^2,

其中 i 是那一刻的电流。这种能量(磁场能量)与将电流从 0 斜升至相同的时间期间连接到该电感器的电池(不管电压是多少)产生的电量相同一世。

对于任何给定的物理电感器(因此我们给定了一些固定的 L),我可以存储在该电感器中的能量通常受到该电感器的最大额定电流的限制。大功率电感器通常使用较粗的电线和更好的散热方式,但超过额定电流会导致这些电线熔化并失效。这是一个最大能量额定值,而不是最大额定功率——许多设计人员用能量填充电感器(以及变压器,出于同样的原因),然后每秒再次倾倒数千或数百万次,以便通过系统比他们每秒只执行 60 次。

我发现 o'scopes 非常适合“查看”带有电感器的电路中发生的事情。也许您可能喜欢构建某种开关模式电压调节器 ,例如 Roman Black +5v 至 +13v 升压转换器

这是一个非常有趣的问题。只是为了澄清,我会改写它。对于具有非零电流、零电容和欧姆元件的理想电感,当直流路径被无损开关破坏时会发生什么?没有热耗散,不允许振铃,也没有直流电,因为没有开关。必须完全满足能量守恒定律。

我当然明白,即使一切都是理想的,也有一个物理上可测量的间隙,这将使电流即使在真空中也能继续流动。但是如果真空是完美的绝缘体呢?

没有真正的正确答案,因为即使是算术无穷大和零传播时间、无限光速等也无济于事。

但是说,如果所有的抽象仍然允许材料电荷粒子参与,导体将违反电中性并且将松散电子云,电子云将继续以一定的惯性远离导体。磁场会瞬间从环形变成圆柱体,然后库伦力会将粒子返回导体。永远重复,它会响起,但带有线圈体的体积(或你希望的静电)电容(不是寄生电容)。

唔。仍然存在非理想的问题。如果线是无限的东西,那么没有电容,频率将是无限的,高于伽马。这就像一次大爆炸,但总能量有限。

答案:在所有理想情况下,磁脉冲产生的都是狄拉克三角函数,无限高和无限窄的脉冲,积分为 1。(或任何特定的总积分,取决于初始总能量)。

在洛斯阿拉莫斯研究了最接近的实用设备http://en.wikipedia.org/wiki/Explosively_pumped_flux_compression_generator