L'ultimo articolo riguarda il "percettivo" per comprendere l'induttanza e questo articolo riguarda il "razionale" per comprendere l'induttanza. Elencheremo alcune formule dei libri di testo, pur aderendo alla tradizione di questa colonna, inseriremo alcune vivide animazioni gif per aiutare a capire.

1. L'unità di induttanza

Come si può vedere dall'articolo precedente, l'induttanza riflette la capacità di un dispositivo di resistere ai cambiamenti di corrente. Questo "confronto" si riflette nella corrente indotta e nella forza elettromotrice indotta (chiamata anche: Back EMF) sull'induttore.

L'unità di induttanza è Henry e il simbolo è L. La definizione di L = 1 Henry è: la corrente cambia al ritmo di 1 ampere al secondo (1A / s). Se la tensione della forza elettromotrice indotta generata sull'induttore è 1V, questa induttanza è 1 Henry.

Nelle apparecchiature radio e di comunicazione, l'unità di induttanza comune è nH (nanohenry), che può gestire i cambiamenti di corrente a livello di MHz; negli alimentatori e nelle apparecchiature di alimentazione, l'unità di induttanza comune è μH (uH, microhenry), che fa fronte alla corrente a livello di KHz Modifiche: nelle apparecchiature audio, l'unità di induttanza comune è mH (come heng), che può gestire variazioni di corrente da centinaia di Hz a 2 KHz.

Nel processo di resistenza ai cambiamenti di corrente, l'induttore è accompagnato dalla conversione di energia elettrica e magnetica: maggiore è la capacità dell'induttore, maggiore è l'energia che può essere convertita e immagazzinata.

2. Variazioni di tensione e corrente sull'induttore

Diamo uno sguardo alla relazione tra la tensione e la corrente sull'induttore: V = -L * di / dt

Questa formula riflette che la tensione della forza elettromotrice indotta sull'induttore è correlata alla velocità del cambiamento di corrente.

Nel caso della costante L, più velocemente cambia la corrente, maggiore è la tensione della forza elettromotrice indotta generata. Soprattutto quando l'interruttore del circuito è aperto o chiuso, il cambiamento istantaneo della corrente può causare la comparsa di scintille al posto dell'interruttore del circuito (la scintilla può essere generata solo quando l'aria è rotta. La tensione è di almeno decine di migliaia di volt. La tensione istantanea è molto alta. Breve, ma non necessariamente grande in termini di energia).

Costruiamo un circuito composto da induttanza, resistenza e potenza (onda quadra periodica), come mostrato di seguito:

Un voltmetro è collegato in parallelo a ciascun dispositivo per una facile visualizzazione della forma d'onda. In particolare, attraverso la tensione ai capi del resistore, è possibile stimare la corrente ai capi del circuito (legge di Ohm). L'alimentatore è un'onda quadra periodica di Max 10 V, Min 0 V e 100 Hz.

Diamo un'occhiata alle variazioni della forma d'onda di tensione e corrente sull'induttore:

Tra questi, la forma d'onda verde rappresenta la variazione della tensione di alimentazione; la forma d'onda gialla rappresenta la variazione della tensione dell'induttore; la forma d'onda blu rappresenta la variazione della tensione di resistenza, che riflette anche la variazione di corrente sull'intero circuito.

Quando l'alimentazione cambia da 0V-> 10V, la tensione dell'induttore genera un impulso positivo (variazione improvvisa di tensione), la polarità di questo impulso è opposta alla polarità della tensione di alimentazione. Poiché la tensione dell'induttore indebolisce l'influenza della tensione di alimentazione, la corrente non aumenta improvvisamente.La corrente dell'intero circuito parte da 0A e aumenta gradualmente (la corrente non può cambiare improvvisamente) fino a raggiungere uno stato stabile.

Quando l'alimentazione cambia da 10V-> 0V, la tensione dell'induttore genera un impulso negativo (variazione improvvisa di tensione), la polarità di questo impulso è la stessa della polarità della tensione di alimentazione. Poiché la tensione dell'induttore continua a influenzare la tensione di alimentazione, la corrente non diminuisce improvvisamente. La corrente dell'intero circuito parte da 1A (10V / 10Ω) e diminuisce gradualmente (la corrente non può cambiare improvvisamente) fino a raggiungere uno stato stabile.

Ciò è coerente con quanto abbiamo detto nell'articolo precedente che l'induttanza è un dispositivo inerziale nel campo dell'elettromagnetismo, non ama il cambiamento della corrente e utilizza sempre la propria energia per mantenere lo stato originale della corrente.

Si noti che non ci sono dispositivi di commutazione deliberatamente posizionati in questo circuito, anche quando la tensione di alimentazione è almeno 0V, l'intero circuito è acceso. Ma se metti un interruttore nel circuito, la situazione in cui l'interruttore è spento è diversa dalla situazione in cui l'alimentazione è 0 V, la analizzeremo in seguito. Potete immaginare che l'induttore agisca come un dispositivo inerziale di corrente: se il circuito si disconnette improvvisamente e la corrente non ha loop, cosa succederà?

Terzo, la costante di tempo dell'induttanza

Nel circuito LR, è necessario un certo processo affinché la tensione e la corrente dell'induttore raggiungano uno stato stabile in risposta ai cambiamenti dell'eccitazione esterna (DC) e la sua forma d'onda si conforma al cambiamento esponenziale:

La costante di tempo τ = L / R. Dopo 5 τ, la tensione e la corrente dell'induttore tendono ad essere stabili, soprattutto per DC, in questo momento l'induttore è equivalente a un cortocircuito e la corrente raggiunge il massimo Imax = V / R.

Nel processo di raggiungimento di uno stato stazionario, l'induttore immagazzina anche energia (convertendo l'energia elettrica in energia magnetica, corrispondente alla suddetta variazione di potenza di eccitazione da 0V-> 10V) o rilasciando energia (convertendo l'energia magnetica in energia elettrica, corrispondente all'alimentazione di eccitazione sopra menzionata da 10V- > 0 V modifiche). Quindi questa costante è anche chiamata costante di tempo di carica e scarica.

Quarto, l'impedenza della reattanza induttore-induttiva

Come la capacità, l'impedenza è necessaria per misurare le prestazioni dell'induttanza sotto diverse frequenze di eccitazione.In particolare, per i circuiti induttivi puri, l'impedenza è la reattanza induttiva.

La formula per calcolare l'induttanza e l'induttanza è X = 2π * f * L. Maggiore è la frequenza, maggiore è la reattanza induttiva.

Ad esempio, se aumentiamo l'eccitazione dell'alimentatore nella Figura 2 da 100Hz a 1KHz, cosa succederà?

In questo circuito, all'aumentare della frequenza, significa che l'impedenza dell'induttore diventa maggiore, quindi più tensione può essere distribuita all'induttore e meno tensione viene distribuita al resistore. Da un'altra prospettiva, se un resistore è un carico, non è un circuito step-down?

5. Confronto di induttanza e capacità (formula)

Elenchiamo il confronto tra induttanza e capacità per aiutarti a ricordare:

(Dopo il testo completo, la formula nel libro di testo è davvero importante)