บทความที่แล้วเกี่ยวกับ "การรับรู้" เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำและบทความนี้เกี่ยวกับ "เหตุผล" เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำเราจะแสดงรายการสูตรในตำราเรียนในขณะที่ปฏิบัติตามประเพณีของคอลัมน์นี้ใส่ภาพเคลื่อนไหว gif ที่สดใสเพื่อช่วยให้เข้าใจ

1. หน่วยของการเหนี่ยวนำ

ดังที่เห็นได้จากบทความก่อนหน้าการเหนี่ยวนำสะท้อนถึงความสามารถของอุปกรณ์ในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน "การเผชิญหน้า" นี้สะท้อนให้เห็นในกระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำและแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำ (เรียกอีกอย่างว่า: Back EMF) บนตัวเหนี่ยวนำ

หน่วยของการเหนี่ยวนำคือ Henry และสัญลักษณ์คือ L. คำจำกัดความของ L = 1 Henry คือกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงที่จังหวะ 1 แอมแปร์ต่อวินาที (1A / s) ถ้าแรงดันไฟฟ้าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นบนตัวเหนี่ยวนำคือ 1V ความเหนี่ยวนำนี้คือ 1 เฮนรี

ในอุปกรณ์วิทยุและการสื่อสารหน่วยเหนี่ยวนำทั่วไปคือ nH (นาโนเฮนรี่) ซึ่งสามารถจัดการกับการเปลี่ยนแปลงกระแสระดับ MHz ในอุปกรณ์จ่ายไฟและอุปกรณ์จ่ายไฟหน่วยเหนี่ยวนำทั่วไปคือμH (uH, microhenry) ซึ่งทำงานร่วมกับกระแสระดับ KHz เปลี่ยน; ในอุปกรณ์เครื่องเสียงหน่วยเหนี่ยวนำทั่วไปคือ mH (haoheng) ซึ่งสามารถจัดการกับการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันหลายร้อย Hz ถึง 2KHz

ในกระบวนการต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าตัวเหนี่ยวนำจะมาพร้อมกับการแปลงพลังงานไฟฟ้าและแม่เหล็กยิ่งความจุของตัวเหนี่ยวนำมากขึ้นเท่าใดพลังงานที่สามารถแปลงและจัดเก็บได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

2. การเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแสบนตัวเหนี่ยวนำ

มาดูความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแสบนตัวเหนี่ยวนำ: V = -L * di / dt

สูตรนี้สะท้อนให้เห็นว่าแรงดันไฟฟ้าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำบนตัวเหนี่ยวนำนั้นสัมพันธ์กับความเร็วของการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน

ในกรณีของค่าคงที่ L ยิ่งกระแสเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าไหร่แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสวิตช์วงจรเปิดหรือปิดการเปลี่ยนกระแสทันทีอาจทำให้เกิดประกายไฟขึ้นที่ตำแหน่งของสวิตช์วงจร (ประกายไฟจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออากาศเสียแรงดันไฟฟ้าอย่างน้อยหลายหมื่นโวลต์แรงดันไฟฟ้าทันทีจะสูงมาก พลังงานสั้น แต่ไม่จำเป็นต้องมีขนาดใหญ่)

เราสร้างวงจรที่ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำความต้านทานและกำลัง (คลื่นสี่เหลี่ยมเป็นระยะ) ดังที่แสดงด้านล่าง:

โวลต์มิเตอร์เชื่อมต่อแบบขนานกับอุปกรณ์แต่ละตัวเพื่อให้ดูรูปคลื่นได้ง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานกระแสไฟฟ้าทั่ววงจรสามารถประมาณได้ (กฎของโอห์ม) แหล่งจ่ายไฟเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นระยะของ Max 10V, Min 0V และ 100Hz

มาดูการเปลี่ยนแปลงรูปคลื่นของแรงดันและกระแสบนตัวเหนี่ยวนำ:

รูปคลื่นสีเขียวแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟรูปคลื่นสีเหลืองแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำรูปคลื่นสีน้ำเงินแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าความต้านทานและยังสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันของวงจรทั้งหมด

เมื่อแหล่งจ่ายไฟเปลี่ยนจาก 0V-> 10V แรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำจะสร้างพัลส์บวก (แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงกะทันหัน) ขั้วของพัลส์นี้จะตรงข้ามกับขั้วของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำทำให้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าอ่อนลงกระแสจึงไม่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันกระแสของวงจรทั้งหมดเริ่มจาก 0A และค่อยๆสูงขึ้น (กระแสไม่สามารถเปลี่ยนแปลงกะทันหันได้) จนกว่าจะถึงสถานะคงที่

เมื่อแหล่งจ่ายไฟเปลี่ยนจาก 10V-> 0V แรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำจะสร้างพัลส์ลบ (แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงกะทันหัน) ขั้วของพัลส์นี้จะเหมือนกับขั้วของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำยังคงมีอิทธิพลต่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟกระแสจึงไม่ลดลงอย่างกะทันหันกระแสของวงจรทั้งหมดเริ่มจาก 1A (10V / 10Ω) และค่อยๆลดลง (กระแสไม่สามารถเปลี่ยนแปลงกะทันหัน) จนกว่าจะถึงสถานะคงที่

สิ่งนี้สอดคล้องกับสิ่งที่เราได้กล่าวไว้ในบทความก่อนหน้านี้ว่าการเหนี่ยวนำเป็นอุปกรณ์เฉื่อยในด้านแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ชอบให้กระแสเปลี่ยนไปและใช้พลังงานของตัวเองเพื่อรักษาสถานะเดิมของกระแสไฟฟ้าเสมอ

โปรดทราบว่าไม่มีอุปกรณ์สวิตชิ่งที่วางไว้ในวงจรนี้โดยเจตนาแม้ว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟจะมีค่าอย่างน้อย 0V วงจรทั้งหมดก็เปิดอยู่ แต่ถ้าคุณใส่สวิตช์ในวงจรสถานการณ์เมื่อสวิตช์ปิดอยู่จะแตกต่างจากสถานการณ์เมื่อแหล่งจ่ายไฟเป็น 0V เราจะวิเคราะห์ในภายหลัง คุณสามารถจินตนาการได้ว่าตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์เฉื่อยของกระแสไฟฟ้าหากวงจรถูกตัดการเชื่อมต่ออย่างกะทันหันและกระแสไฟฟ้าไม่มีลูปจะเกิดอะไรขึ้น

ประการที่สามค่าคงที่เวลาของการเหนี่ยวนำ

ในวงจร LR ต้องใช้กระบวนการบางอย่างเพื่อให้แรงดันและกระแสของตัวเหนี่ยวนำไปถึงสถานะที่เสถียรเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงกระตุ้นภายนอก (DC) และรูปคลื่นของมันสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงเลขชี้กำลัง:

ค่าคงที่ของเวลาτ = L / R หลังจาก 5 τแรงดันและกระแสของตัวเหนี่ยวนำมีแนวโน้มที่จะคงที่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ DC ในเวลานี้ตัวเหนี่ยวนำจะเทียบเท่ากับการลัดวงจรและกระแสจะถึง Imax = V / R สูงสุด

ในกระบวนการเข้าถึงสถานะคงตัวตัวเหนี่ยวนำยังจัดเก็บพลังงาน (การแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแม่เหล็กซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนพลังงานกระตุ้นที่กล่าวถึงข้างต้นจาก 0V-> 10V) หรือปล่อยพลังงาน (เปลี่ยนพลังงานแม่เหล็กเป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งสอดคล้องกับพลังงานกระตุ้นดังกล่าวข้างต้นจาก 10V- > 0V เปลี่ยนแปลง) ดังนั้นค่าคงที่นี้จึงเรียกอีกอย่างว่าค่าคงที่และเวลาในการคายประจุ

ประการที่สี่ความต้านทานของปฏิกิริยาเหนี่ยวนำ - อุปนัย

เช่นเดียวกับความจุอิมพีแดนซ์เป็นสิ่งจำเป็นในการวัดประสิทธิภาพของการเหนี่ยวนำภายใต้การกระตุ้นด้วยความถี่ที่แตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวงจรอุปนัยล้วนๆอิมพีแดนซ์คือปฏิกิริยาอุปนัย

สูตรคำนวณความเหนี่ยวนำและความเหนี่ยวนำคือ X = 2π * f * L ยิ่งความถี่สูงค่ารีแอคแตนซ์อุปนัยก็จะยิ่งมากขึ้น

ตัวอย่างเช่นถ้าเราเพิ่มการกระตุ้นแหล่งจ่ายไฟในรูปที่ 2 จาก 100Hz เป็น 1KHz จะเกิดอะไรขึ้น?

ในวงจรนี้เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นหมายความว่าอิมพีแดนซ์ของตัวเหนี่ยวนำมีขนาดใหญ่ขึ้นดังนั้นจึงสามารถกระจายแรงดันไฟฟ้าไปยังตัวเหนี่ยวนำได้มากขึ้นและมีการกระจายแรงดันไฟฟ้าให้กับตัวต้านทานน้อยลง จากมุมมองอื่นถ้าตัวต้านทานเป็นโหลดมันไม่ใช่วงจร step-down ใช่หรือไม่?

5. การเปรียบเทียบความเหนี่ยวนำและความจุ (สูตร)

ลองแสดงรายการการเปรียบเทียบความเหนี่ยวนำและความจุเพื่อช่วยให้คุณจำได้:

(หลังข้อความเต็มสูตรในหนังสือเรียนสำคัญมาก)