Вопросы об индукторах

Так что я все еще новичок в электронике, и я взглянул на повышающие преобразователи и тому подобное (просто изучал источники питания и различные типы) ... которые начали объяснять индукторы. Само собой разумеется, что это было немного, чтобы принять. Индукторы кажутся довольно сложными для такого простого компонента.

1. Точно так же, у меня есть прямолинейность, индукторы сопротивляются изменению тока, поэтому, если ток уменьшается, он «создаст» более высокое напряжение, чтобы попытаться восполнить это в соответствии с законом Ленца. (Это правильно? .... кто-нибудь знает, как это происходит?). Когда он создает это напряжение, ток снижается или просто уменьшается быстрее?

2. На такой схеме, как эта:

   

   Давайте представим, что диода там не было. Что случилось бы? Будет ли индуктор просто продолжать накапливать энергию, некуда деваться? Это просто рассеется в воздухе? В статье Wiki сказано, что она перейдет к следующему проводу. Есть ли предел того, насколько далеко он может дугообразоваться (например, Что, если провода были на расстоянии FAR: индуктор расплавится, или энергия просто рассеется в воздухе?

3. Что определяет, сколько энергии может хранить индуктор? Количество оборотов? Или размер индуктора на самом деле имеет значение для «скорости» хранения.

4. Вроде как, но есть ли у меня какие-нибудь "классные" эксперименты, чтобы просто посмотреть, как они работают? Я видел этот на YouTube, по сути, он просто имеет переключатель, который он включает и выключает, и вы можете увидеть скачок напряжения очень высоко. Я предполагаю, что так работает повышающий преобразователь.

Извините за многочисленные вопросы, просто пытаюсь понять магию индукторов. Они кажутся такими простыми (катушка проволоки), но делают так много сумасшедших вещей.

Да, катушка индуктивности сопротивляется изменениям тока, так же как конденсатор сопротивляется изменениям напряжения. Фактически, катушки индуктивности и конденсаторы являются зеркалами тока / напряжения друг друга. Мне нравится думать об индукторах в цепях, что они дают инерцию току. Они не, конечно, но это кажется полезным методом концептуализации.

На схеме без диода, если все начинается с 0 и переключатель замкнут, ток будет экспоненциально уменьшаться в направлении Vs / R. Первоначально все напряжение подается через индуктор, а в установившемся режиме через него подается нулевое напряжение.

Интересная вещь происходит, когда переключатель открыт. В любом случае индуктор будет поддерживать свой постоянный ток. Это включает случай, когда переключатель открыт. Без диода нет очевидного пути для тока. Напряжение на индукторе будет увеличиваться до того уровня, который поддерживает ток через него.

Механический переключатель работает путем соприкосновения двух проводников. Когда переключатель размыкается, проводники отходят друг от друга. Это не может произойти мгновенно, поэтому, когда коммутатор впервые попытается остановить ток через него, контакты будут очень близко друг к другу. Это не займет много напряжения, чтобы вызвать дуги. Как только дуга начинается, газ между контактами становится плазмой, которая имеет высокую проводимость. Таким образом, дуга может продолжаться некоторое время, так как контакты раздвигаются дальше. В течение этого времени напряжение на переключателе не равно нулю, поэтому ток индуктора уменьшается. По мере того как контакты смещаются дальше друг от друга, напряжение дуги увеличивается, причем ток индуктора уменьшается быстрее.

В конце концов, ток становится достаточно низким, чтобы он не смог выдержать дугу, и переключатель наконец открывается по-настоящему. В этот момент в индукторе остается мало энергии. Единственное место для этого тока - это неизбежная паразитная емкость через катушку индуктивности и другие части цепи. Каждые два проводника во вселенной имеют ненулевую емкость между ними. Эта емкость мала, и поэтому напряжение будет быстро расти. Это также быстро уменьшает ток в индуктивности. В конечном итоге достигается пик, когда напряжение на емкости фактически начинает подталкивать ток индуктора в другую сторону. В идеальной системе вся энергия на емкости будет передаваться индуктивности в виде тока, но на этот раз в обратном направлении. Затем он снова зарядит емкость в обратном направлении, и весь цикл будет повторяться бесконечно. В реальном мире есть некоторые потери, поэтому каждое колебание назад и вперед будет немного меньше по амплитуде, поскольку энергия теряется, поскольку она колеблется между катушкой индуктивности и емкостью. Напряжение, нанесенное на график как функция времени (как осциллограф), покажет синусоидальную волну с амплитудой, экспоненциально убывающей в направлении Vs.

(1) Да, индукторы сопротивляются изменению потока электронов. Ленца, законы Максвелла и уравнения в любой электронике учебник или учебник физики а б гр д е отлично подходит для вычисления отношения между тока, напряжения, индуктивности, напряженности магнитного поля и т.д., так же, как закон Ома работает отлично подходит для вычисления связь между током, напряжением и сопротивлением.

Как скажет любой из этих учебников, в течение любого короткого промежутка времени dt изменение тока через индуктор будет очень малым (di) и может быть точно рассчитано как

di = v dt / L

где v - среднее напряжение на индуктивности в течение этого короткого промежутка времени, а L - индуктивность.

Чем больше обратное напряжение на индуктивности, тем быстрее ток падает до нуля.

(Это по-прежнему верно, независимо от того, налагаем ли мы напряжение на индуктивности на какое-то определенное напряжение, помещая на него батарею, или же у нас есть некоторое сопротивление нагрузки на индуктивности, и напряжение каким-то образом вызывается самим индуктором).

Когда мы подаем напряжение на катушку индуктивности, ток медленно возрастает, и энергия поступает в катушку индуктивности, которая сохраняется в нарастающем магнитном поле внутри и снаружи катушки индуктивности.

Когда мы отключаем индуктор от источника питания, оставляя некоторое сопротивление между концами индуктора, ток медленно падает. Между тем, и энергия выходит из таинственного, невидимого магнитного поля (g) и во все, что связано с индуктором.

(2) Олин дает превосходный ответ.

(3) Как скажет любой из этих учебников, энергия, запасенная в индукторе в любой момент времени, равна

е = (1/2) L i ^ 2,

где я ток в этот момент. Эта энергия (энергия магнитного поля) равна количеству электрической энергии, которая выходит из батареи (не имеет значения, какое напряжение), подключенной к этому индуктору, в течение времени, необходимого для увеличения тока от 0 до того же я.

С любым заданным физическим индуктором (поэтому нам дана некоторая фиксированная L), количество энергии, которое я могу хранить в этом индукторе, обычно ограничивается максимальным номинальным током этого индуктора. Индукторы большой мощности обычно используют более толстые провода и лучшие способы получения тепла из проводов, но превышение номинального тока приводит к тому, что эти провода расплавляются и выходят из строя. Это максимальная энергия рейтинг, а не максимальная мощность рейтинга - многие дизайнеры заполнить индукторов (а также трансформаторов, по тем же причинам) с энергией , а затем сбросить его снова тысячи или миллионы раз в секунду, чтобы получить больше энергии через система, чем если бы они делали это только 60 раз в секунду.

Я считаю, что оптические прицелы отлично подходят для «наблюдения» за тем, что происходит в цепях с индукторами. Может быть , вы могли бы наслаждаться зданием какого - то регулятор напряжения переключения режимов , такими как римский Black + 5v до + 13v повышающий преобразователь .

Это очень интересный вопрос. Просто для пояснения, я перефразирую это. Что происходит при идеальной индуктивности с ненулевым током, нулевой емкостью и омическими компонентами, когда путь постоянного тока разрушается переключателем без потерь? Не допускается тепловое рассеяние, не допускается ни звон, ни постоянный ток, поскольку нет переключателя. Закон сохранения энергии должен соблюдаться полностью.

Я, конечно, понимаю, что даже при всех идеальных вещах существует физически измеримый зазор, который позволит току продолжать течь даже через вакуум. Но что, если вакуум - идеальный изолятор?

На самом деле нет правильного ответа, так как даже арифметические бесконечности и нулевое время распространения, бесконечная скорость света и т. Д. Не помогут.

Но скажем, если все абстракции все еще позволяют частицам материального заряда быть вовлеченными, проводник нарушит электронейтральность и потеряет облако электронов, которое продолжит свое движение с некоторой инерцией от проводника. Магнитное поле на мгновение превратится из тороида в цилиндр, а затем сила Кулона вернет частицы обратно в проводник. Повторяясь вечно, он будет звонить, но с объемной (или, как вы хотите, электростатической) емкостью тела катушки (не паразитной емкостью).

Хм. Все еще проблема с неидеальностью. Если провод - вещь бесконечная, то емкости нет, частота будет бесконечной, выше гаммы. Это как большой взрыв снова, но с ограниченной общей энергией.

Ответ : при всех идеальных значениях магнитный импульс будет представлять собой дельта-функцию Дирака , бесконечно высокий и бесконечно узкий импульс с интегралом 1. (или любой конкретный полный интеграл в зависимости от начальной полной энергии).

Ближайшее практическое устройство изучается в Лос-Аламосе http://en.wikipedia.org/wiki/Explosively_pumped_flux_compression_generator