Последняя статья посвящена «перцепционному» пониманию индуктивности, а эта статья - «рациональному» пониманию индуктивности. Мы перечислим некоторые формулы из учебников, придерживаясь традиции этой колонки, добавив несколько ярких GIF-анимаций, чтобы помочь понять.

1. Единица индуктивности

Как видно из предыдущей статьи, индуктивность отражает способность устройства противостоять изменениям тока. Это «противостояние» отражается в наведенном токе и наведенной электродвижущей силе (также называемой: обратная ЭДС) на индукторе.

Единица индуктивности - Генри, символ - L. Определение L = 1 Генри таково: ток изменяется с ритмом 1 ампер в секунду (1 А / с) .Если напряжение индуцированной электродвижущей силы, генерируемой на катушке индуктивности, равно 1 В, эта индуктивность равна 1 Генри.

В радио- и коммуникационном оборудовании общая единица индуктивности - нГн (наногенри), которая может работать с изменениями тока на уровне МГц; в источниках питания и оборудовании электропитания общей единицей индуктивности является мкГн (мкГн, микрогенри), которая справляется с током на уровне кГц Изменения: в аудиооборудовании общая единица индуктивности - мГн (как хенг), которая может выдерживать изменения тока от сотен Гц до 2 кГц.

В процессе сопротивления изменениям тока в индукторе происходит преобразование электрической и магнитной энергии.Чем больше емкость индуктора, тем больше энергии можно преобразовать и сохранить.

2. Изменения напряжения и тока на катушке индуктивности.

Давайте посмотрим на соотношение между напряжением и током на катушке индуктивности: V = -L * di / dt

Эта формула отражает, что напряжение индуцированной электродвижущей силы на катушке индуктивности связано со скоростью изменения тока.

В случае постоянного L, чем быстрее изменяется ток, тем выше генерируемое напряжение наведенной электродвижущей силы. В частности, когда переключатель цепи разомкнут или замкнут, мгновенное изменение тока может вызвать появление искр в месте переключателя цепи (искра может возникнуть только при пробое воздуха. Напряжение составляет не менее десятков тысяч вольт. Мгновенное напряжение очень высокое. Короткие, но не обязательно большие по энергии).

Мы строим схему, состоящую из индуктивности, сопротивления и мощности (периодическая прямоугольная волна), как показано ниже:

Вольтметр подключается параллельно к каждому устройству для облегчения просмотра формы сигнала. В частности, по напряжению на резисторе можно оценить ток в цепи (закон Ома). Источник питания - периодическая прямоугольная волна макс. 10 В, мин. 0 В и 100 Гц.

Давайте посмотрим на изменения формы сигнала напряжения и тока на катушке индуктивности:

Среди них зеленый сигнал представляет собой изменение напряжения источника питания; желтый сигнал представляет собой изменение напряжения катушки индуктивности; синий сигнал представляет собой изменение напряжения сопротивления, которое также отражает изменение тока во всей цепи.

Когда источник питания изменяется с 0 В на> 10 В, напряжение индуктора генерирует положительный импульс (резкое изменение напряжения), полярность этого импульса противоположна полярности напряжения источника питания. Поскольку напряжение катушки индуктивности ослабляет влияние напряжения источника питания, ток не увеличивается внезапно.Ток всей цепи начинается с 0 А и постепенно увеличивается (ток не может внезапно измениться), пока не достигнет устойчивого состояния.

Когда источник питания изменяется с 10 В на> 0 В, напряжение индуктора генерирует отрицательный импульс (резкое изменение напряжения), полярность этого импульса такая же, как полярность напряжения источника питания. Поскольку напряжение на индукторе продолжает влиять на напряжение источника питания, ток не уменьшается внезапно. Ток всей цепи начинается с 1 А (10 В / 10 Ом) и постепенно уменьшается (ток не может внезапно измениться), пока не достигнет устойчивого состояния.

Это согласуется с тем, что мы говорили в предыдущей статье, что индуктивность - это инерционное устройство в области электромагнетизма. Она не любит изменения тока и всегда использует свою собственную энергию для поддержания исходного состояния тока.

Обратите внимание на то, что в эту схему намеренно не помещены переключающие устройства, даже при напряжении источника питания не менее 0 В вся схема включается. Но если поставить переключатель в схему, ситуация, когда переключатель выключен, отличается от ситуации, когда напряжение питания 0В, мы разберем это позже. Вы можете представить себе, что индуктор действует как инерционное устройство тока.Если цепь внезапно отключится и ток не будет иметь петли, что произойдет?

В-третьих, постоянная времени индуктивности

В схеме LR требуется определенный процесс, чтобы напряжение и ток индуктора достигли стабильного состояния в ответ на изменения внешнего возбуждения (DC), а его форма волны соответствует экспоненциальному изменению:

Постоянная времени τ = L / R. После 5 τ напряжение и ток индуктора становятся стабильными, особенно для постоянного тока, в это время индуктор эквивалентен короткому замыканию, и ток достигает максимального значения Imax = V / R.

В процессе достижения установившегося состояния катушка индуктивности также накапливает энергию (преобразует электрическую энергию в магнитную, соответствующую вышеупомянутому изменению мощности возбуждения от 0 В до> 10 В) или высвобождает энергию (преобразует магнитную энергию в электрическую энергию, соответствующую вышеупомянутой мощности возбуждения от 10 В до > 0В меняется). Эта постоянная также называется постоянной времени заряда и разряда.

В-четвертых, полное сопротивление индуктора-индуктивного сопротивления

Как и емкость, импеданс необходим для измерения характеристик индуктивности при возбуждении с различной частотой.В частности, для чисто индуктивных цепей импеданс является индуктивным реактивным сопротивлением.

Формула для расчета индуктивности и индуктивности: X = 2π * f * L. Чем выше частота, тем больше индуктивное сопротивление.

Например, если мы увеличим возбуждение источника питания на Рисунке 2 со 100 Гц до 1 кГц, что произойдет?

В этой схеме, когда частота увеличивается, это означает, что сопротивление катушки индуктивности становится больше, так что большее напряжение может быть распределено на катушку индуктивности, а меньшее напряжение - на резистор. С другой стороны, если резистор является нагрузкой, разве это не понижающая схема?

5. Сравнение индуктивности и емкости (формула)

Давайте перечислим сравнение индуктивности и емкости, чтобы помочь вам запомнить:

(В конце полного текста формула в учебнике действительно важна)