Что удерживает напряжение отдачи от бесконечного напряжения?

11

Мы знаем, что напряжение на катушке индуктивности определяется по формуле:

V=Ldidt

Таким образом, в случае, когда поток тока внезапно прерывается (например, при размыкании механического контакта), скачки напряжения возникают в реальной жизни.

Однако это не всегда так: мы не видим, чтобы дуги возникали при малых индуктивных нагрузках. (Под малыми индуктивными нагрузками я имею в виду, например, мотор игрушечного автомобиля.) Однако в формуле говорится, что термин должен приближаться к бесконечности при размыкании механических контактов, поэтому термин (который должен быть малым) при малых индуктивных нагрузках) не должно иметь значительного эффекта. Просто мы должны видеть искры каждый раз, когда открываем какую-либо индуктивную нагрузку, независимо от индуктивности. лdidtL

Каковы практические факторы, которые мешают напряжению достигать бесконечности? Поток тока на самом деле уменьшается медленнее, или, возможно, формулы недостаточно для такой "неоднородности"?

CK
источник
5
Практическая катушка имеет ненулевое сопротивление.
Фило
2
@filo Почему сопротивление имеет значение, если нет тока?
CK
2
Если в момент размыкания контактов ток не протекает, зачем ожидать искры на контактах?
Фотон
2
Но реальный ответ - в ответе ноутбука - емкостное сопротивление ограничивает напряжение.
Фотон
5
Бесконечность происходит, когда вы предполагаете, что что-то равно нулю, а на самом деле это не так.
J ...

Ответы:

17

Реальный индуктор выглядит следующим образом (ниже показан индуктор с 4 катушками), между каждой катушкой имеется небольшая (обычно в диапазоне pF-fF) емкость. Каждый кусок проволоки также имеет некоторое сопротивление, связанное с ним.

Поскольку каждая катушка в индуктивности имеет сопротивление (или каждую секцию провода, если рассматривать одну катушку), это препятствует току и уменьшает напряжение. Небольшое количество емкости также сохранит часть напряжения и предотвратит мгновенное изменение напряжения.

Все они поглощают энергию, которая предотвращает возникновение бесконечного напряжения от Электродвижущей силы (ЭДС), накопленной вокруг индуктора. Индуктор фактически может быть упрощен в схему, такую ​​как слева внизу.

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Сверхпроводящей катушки будет иметь возможность создавать гораздо более массивные напряжения из - за гораздо более низких потерь из - за паразитных.

Скачок напряжения
источник
3
Я рекомендую, чтобы вы изменили «препятствует электронам» на «препятствует току». За последние несколько недель было множество запутанных вопросов относительно электронов.
Транзистор
2
Да, не электроны несут ток \ энергию, это электрическое поле.
всплеск напряжения
1
Резонирование емкости также позволяет получить огромное напряжение. Тогда это катушка Тесла
Генри Крун
1
Все правильно, кроме ЭДС не хранится в рулонах. ЭДС - это вольт, то есть запасенная магнитная энергия, IIL / 2, определенная в амперах.
Грегори Корнблюм
@GregoryKornblum Ваше право, что должно было читаться «вокруг индуктора», а не «в индукторе». Обычно напряжение, хранящееся вокруг катушки, называется ЭДС. Веберы / секунда = вольт
скачок напряжения
7

Любая система накопления энергии (индуктор) имеет ненулевой размер.

Все, что имеет ненулевой размер, имеет ненулевые электрические поля или емкость. Соединения устройств обычно являются большим источником паразитной емкости. Системы обратной связи используют диод для передачи энергии в нагрузочный конденсатор.

При пиковом отклонении напряжения вся индуктивная энергия (1) рассеивалась, поскольку тепло (2) излучалось, поскольку электромагнитное поле (3) сохранялось в электрическом поле преднамеренной и паразитной емкостей.

analogsystemsrf
источник
5

Последовательное сопротивление имеет большое значение для напряжения «отдачи» из-за последовательной емкости «переключателя» при размыкании. Это образует классическую резонансную цепь RLC серии, которая обладает свойствами усиления по коэффициенту полного сопротивления

Q=|XC|R=|XL|R=ω0LR на резонансной частоте ω0=1LC

Для ситуации пика напряжения отката можно доказать, что для Добротности, Q (выше) и напряжения Vdc контура на некоторой резонансной частоте.|Vp|=QVdc

При обесточивании цепи с помощью контактного переключателя, когда t переходит в 0, V / L = dI / dt, V не уходит в бесконечность из-за этой паразитной емкости.

пример

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Рассмотрим , например , последовательную цепь, Vdc = 1V, L = 1UH, R = 1 Ом, Idc = 1A . Каково обратное падение напряжения на переключателе при его размыкании , если Csw = 1 пФ ?

1 В, 100 В, 1 кВ, 1e6 В или бесконечный?

Теперь рассмотрим то же самое для переключателя FET с выходной емкостью 1 нФ с RdsOn << 1% от R = 1. Что такое ДВ?

ps если вы что-то узнали, то прокомментируйте свой ответ.

Интуитивно понятный ответ заключается в том, что переключатель идет от проводника к крошечному паразитному конденсатору, который ограничивает скорость нарастания напряжения, а индуктор ограничивает скорость нарастания тока, а на их резонансной частоте коэффициент усиления по напряжению Q при ω0 обратно пропорционален пропорционально R, поэтому большая серия R ослабляет напряжение.

Ответ = 1A * √ (1uH / 1pF) = 1 кВVp=IdcLC

Разное

Можно доказать полное сопротивление разомкнутой цепи, как в линии передачи "характеристическое сопротивление"Zo=LC

Мы видим, что откат напряжения выглядит как закон Ома. Пиковое напряжение Vp, генерируемое при прерывании индуктивного тока, .Vp=IdcZ0Idc

Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
источник
3

Просто рассмотрим простой пример: 100 мкГн и 1 ампер. Когда контакт последовательно с индуктором размыкается, может быть 5 пФ паразитной емкости, оставшейся на индукторе, и этот 1 ампер создаст высокое обратное напряжение, но сколько?

I=CdVdt

Таким образом, потенциально (без каламбура) напряжение на конденсаторе 5 пФ может возрасти со скоростью 200 кВ / микросекунда. Учитывая, что его начальное напряжение потенциально ничтожно по сравнению, в течение нескольких микросекунд может развиться довольно большое напряжение. Однако это смягчается недостатком энергии, запасенной в индукторе:

W=LI22

Или 5 микро Джоулей. Вся эта энергия будет циклически передаваться конденсатору, и мы можем приравнять формулу энергии конденсатора к 5 мкДж, чтобы получить максимальное напряжение:

W=CV22

Это создает пиковое напряжение конденсатора 1414 вольт.

Энди ака
источник
Спасибо за ответ, Энди, я был уверен, что на этот вопрос был ответ «сохранение энергии».
CK
Никаких проблем чувак ..
Энди ака
@ ÇetinKöktürk Я бы согласился, что «энергия», хранящаяся в L и C, - лучший способ думать об этом. Это ведет непосредственно к принципиально правильному пониманию. (в то время как перспектива «анализа контура» является своего рода косвенной и несколько сбивает с толку реальную проблему: накопление и перемещение энергии)
Генри Крун,
@ Энди самое интересное в переключателях - это переменное расстояние между контактами, поскольку переключатель продолжает открываться дальше; это уменьшает емкость и позволяет напряжению становиться еще выше, возможно, снова попадая на дугу; Коммутаторы являются злыми генераторами мусора, когда энергия может накапливаться в некоторой проводке и затем резонировать с переменной емкостью контакта переключателя.
analogsystemsrf