Poprzedni artykuł dotyczy „percepcji”, aby zrozumieć indukcyjność, a ten artykuł jest „racjonalny”, jeśli chodzi o rozumienie indukcyjności. Wymienimy kilka formuł z podręcznika, a zgodnie z tradycją tej kolumny umieścimy kilka żywych animacji GIF, aby pomóc w zrozumieniu.

1. Jednostka indukcyjności

Jak widać z poprzedniego artykułu, indukcyjność odzwierciedla zdolność urządzenia do wytrzymywania zmian prądu. Ta „konfrontacja” jest odzwierciedlona w indukowanym prądzie i indukowanej sile elektromotorycznej (zwanej również: wsteczną siłą elektromagnetyczną) na cewce indukcyjnej.

Jednostką indukcyjności jest Henry, a symbolem jest L. Definicja L = 1 Henry jest następująca: prąd zmienia się w rytmie 1 ampera na sekundę (1 A / s) .Jeśli napięcie indukowanej siły elektromotorycznej generowanej na cewce wynosi 1 V, ta indukcyjność wynosi 1 Henry.

W urządzeniach radiowych i komunikacyjnych wspólną jednostką indukcyjności jest nH (nanohenry), która reaguje na zmiany prądu na poziomie MHz; w urządzeniach zasilających i zasilających wspólną jednostką indukcyjności jest μH (uH, mikrohenry), która odpowiada na prąd o wartości KHz Zmiany: W sprzęcie audio wspólną jednostką indukcyjności jest mH (jak heng), która może obsługiwać zmiany prądu o setki Hz do 2 kHz.

W procesie przeciwstawiania się zmianom prądu cewce towarzyszy konwersja energii elektrycznej i magnetycznej Im większa pojemność cewki, tym większa energia, którą można przekształcić i zmagazynować.

2. Zmiany napięcia i prądu na cewce

Przyjrzyjmy się zależności między napięciem a prądem na cewce: V = -L * di / dt

Wzór ten odzwierciedla, że ​​napięcie indukowanej siły elektromotorycznej na cewce jest związane z prędkością zmiany prądu.

W przypadku stałej L, im szybciej zmienia się prąd, tym wyższe jest wytwarzane napięcie indukowanej siły elektromotorycznej. Zwłaszcza, gdy wyłącznik obwodu jest otwarty lub zamknięty, chwilowa zmiana prądu może spowodować pojawienie się iskier w miejscu przełącznika obwodu. Krótkie, ale niekoniecznie duże w energii).

Budujemy obwód składający się z indukcyjności, rezystancji i mocy (okresowa fala prostokątna), jak pokazano poniżej:

Woltomierz jest podłączony równolegle do każdego urządzenia, aby ułatwić przeglądanie przebiegu. W szczególności poprzez napięcie na rezystorze można oszacować prąd w obwodzie (prawo Ohma). Zasilacz to okresowa fala prostokątna o maksymalnym napięciu 10 V, minimalnym napięciu 0 V i 100 Hz.

Przyjrzyjmy się zmianom przebiegu napięcia i prądu na cewce:

Wśród nich zielony przebieg przedstawia zmianę napięcia zasilania; żółty przebieg przedstawia zmianę napięcia cewki indukcyjnej; niebieski wykres przedstawia zmianę napięcia rezystancji, która również odzwierciedla zmianę prądu w całym obwodzie.

Przy zmianie napięcia zasilania z 0V-> 10V napięcie cewki indukcyjnej generuje impuls dodatni (nagła zmiana napięcia), biegunowość tego impulsu jest przeciwna do polaryzacji napięcia zasilającego. Ponieważ napięcie cewki osłabia wpływ napięcia zasilającego, prąd nie wzrasta gwałtownie, prąd całego obwodu zaczyna się od 0A i stopniowo rośnie (prąd nie może się nagle zmienić) aż do osiągnięcia stanu ustalonego.

Przy zmianie napięcia zasilania z 10V-> 0V napięcie cewki indukcyjnej generuje impuls ujemny (nagła zmiana napięcia), polaryzacja tego impulsu jest taka sama jak polaryzacja napięcia zasilającego. Ponieważ napięcie na cewce podtrzymuje wpływ napięcia zasilającego, prąd nie spada gwałtownie, prąd całego obwodu zaczyna się od 1A (10V / 10Ω) i stopniowo maleje (prąd nie może się nagle zmienić) aż do osiągnięcia stanu ustalonego.

Jest to zgodne z tym, co powiedzieliśmy w poprzednim artykule, że indukcyjność jest urządzeniem inercyjnym w dziedzinie elektromagnetyzmu, nie lubi zmian prądu i zawsze wykorzystuje własną energię do utrzymania pierwotnego stanu prądu.

Należy pamiętać, że w tym obwodzie nie ma celowo umieszczonych urządzeń przełączających, nawet gdy napięcie zasilania wynosi co najmniej 0 V, cały obwód jest włączony. Jeśli jednak wstawisz włącznik w obwód to sytuacja gdy wyłącznik jest wyłączony różni się od sytuacji gdy napięcie zasilania wynosi 0V, przeanalizujemy to później. Możesz sobie wyobrazić, że cewka działa jak urządzenie inercyjne prądu.Jeśli obwód zostanie nagle odłączony, a prąd nie będzie miał pętli, co się stanie?

Po trzecie, stała czasowa indukcyjności

W obwodzie LR potrzebny jest pewien proces, aby napięcie i prąd cewki indukcyjnej osiągnęły stabilny stan w odpowiedzi na zmiany wzbudzenia zewnętrznego (DC), a jego przebieg jest zgodny ze zmianą wykładniczą:

Stała czasowa τ = L / R. Po 5 τ, napięcie i prąd cewki indukcyjnej są zwykle stabilne, zwłaszcza dla prądu stałego, w tym czasie cewka jest równoważna zwarciu, a prąd osiąga maksymalny Imax = V / R.

W procesie osiągania stanu ustalonego induktor również magazynuje energię (zamieniając energię elektryczną na energię magnetyczną, odpowiadającą wspomnianej zmianie mocy wzbudzenia z 0V-> 10V) lub wyzwala energię (zamienia energię magnetyczną na energię elektryczną, odpowiadającą wspomnianemu zasilaniu wzbudzenia z 10V- > Zmiany 0V). Zatem ta stała jest również nazywana stałą czasową ładowania i rozładowania.

Po czwarte, impedancja reaktancji induktora indukcyjnego

Podobnie jak w przypadku pojemności, impedancja jest potrzebna do pomiaru wydajności indukcyjności przy wzbudzaniu o różnej częstotliwości. W szczególności, w przypadku czystych obwodów indukcyjnych, impedancja jest reaktancją indukcyjną.

Wzór na obliczenie indukcyjności i indukcyjności to X = 2π * f * L. Im wyższa częstotliwość, tym większa reaktancja indukcyjna.

Na przykład, jeśli zwiększymy pobudzenie zasilacza na rysunku 2 ze 100 Hz do 1 kHz, co się stanie?

W tym obwodzie wraz ze wzrostem częstotliwości oznacza to, że impedancja cewki indukcyjnej staje się większa, więc więcej napięcia można rozprowadzić na cewkę, a mniejsze napięcie jest dostarczane do rezystora. Z innej perspektywy, jeśli rezystor jest obciążeniem, czy nie jest to obwód obniżający?

5. Porównanie indukcyjności i pojemności (wzór)

Wypiszmy porównanie indukcyjności i pojemności, aby pomóc Ci zapamiętać:

(Po pełnym tekście formuła w podręczniku jest naprawdę ważna)