Pytania dotyczące cewek indukcyjnych

Więc wciąż jestem nowy w elektronice i przyjrzałem się przetwornicom Boost i tym podobnym (tylko uczę się zasilaczy i różnych typów) ... które zaczęły wyjaśniać cewki indukcyjne. Nie trzeba dodawać, że było to trochę trudne. Cewki indukcyjne wydają się dość skomplikowane jak na tak prosty komponent.

1. Właśnie tak mam, cewki indukcyjne są odporne na zmiany prądu, więc jeśli prąd obniży się, „wytworzy” wyższe napięcie, aby spróbować to nadrobić zgodnie z prawem Lenza. (Czy to prawda? .... czy ktoś wie, jak to się dzieje?). Czy podczas tworzenia tego napięcia prąd jest obniżany, czy po prostu rozładowywany szybciej?

2. Na schemacie takim jak ten:

   

   Udawajmy, że diody tam nie było. Co by się stało? Czy cewka indukcyjna po prostu gromadziłaby energię, nie mając dokąd pójść? Czy rozproszyłby się w powietrzu? W artykule na Wiki napisano, że przejdzie do następnego drutu. Czy istnieje granica zasięgu łuku (np. Co by było, gdyby przewody były DALEKO: czy induktor stopiłby się, czy energia rozproszyłaby się w powietrzu?

3. Co decyduje o tym, ile energii może zgromadzić induktor? Liczba zwojów? Czy rozmiar cewki indukcyjnej ma znaczenie, jeśli chodzi o „szybkość” przechowywania.

4. Niepowiązane sortowanie, ale czy są jakieś „fajne” eksperymenty, które mogę z nimi zrobić, żeby zobaczyć, jak działają? Widziałem ten na youtube, w zasadzie ma tylko przełącznik, który włącza i wyłącza i widać, że napięcie skacze bardzo wysoko. Zakładam, że tak działa konwerter doładowania.

Przepraszam za wiele pytań, po prostu próbuję uchwycić magię cewek indukcyjnych. Wydają się takie proste (cewka z drutu), ale robią tyle szalonych rzeczy.

Tak, cewka indukcyjna jest odporna na zmiany prądu, podobnie jak kondensator jest odporny na zmiany napięcia. W rzeczywistości cewki indukcyjne i kondensatory są zwierciadłami prądu / napięcia. Lubię myśleć o cewkach indukcyjnych w obwodach, ponieważ powodują one bezwładność prądu. Oczywiście nie, ale wydaje się to przydatną techniką konceptualizacji.

Na schemacie bez diody, jeśli wszystko zaczyna się od 0, a przełącznik jest zamknięty, prąd będzie wykładniczym zanikiem w kierunku Vs / R. Początkowo całe napięcie przepływa przez cewkę indukcyjną, a w stanie ustalonym występuje napięcie 0.

Ciekawe rzeczy dzieją się po otwarciu przełącznika. W każdym przypadku cewka będzie utrzymywać stałą wartość prądu. Obejmuje to instancję, w której przełącznik jest otwarty. Bez diody nie ma oczywistej ścieżki dla prądu. Napięcie indukcyjne wzrośnie do tego, co utrzymuje prąd przez niego.

Przełącznik mechaniczny działa poprzez zetknięcie dwóch przewodów. Kiedy przełącznik się otworzy, przewodniki odsuwają się od siebie. Nie może to nastąpić natychmiast, więc kiedy przełącznik po raz pierwszy spróbuje zatrzymać prąd, styki będą bardzo blisko siebie. Nie zajmie to dużego napięcia, aby spowodować łuk. Po uruchomieniu łuku gaz między stykami staje się plazmą o wysokiej przewodności. Łuk może więc trwać przez chwilę, ponieważ styki oddalają się od siebie. W tym czasie napięcie na przełączniku nie jest równe zero, więc prąd cewki maleje. W miarę oddalania się styków napięcie łuku rośnie, szybciej zmniejszając prąd cewki indukcyjnej.

W końcu prąd jest na tyle niski, że nie jest w stanie wytrzymać łuku, a przełącznik wreszcie otwiera się naprawdę. W tym momencie w cewce pozostaje niewiele energii. Jedynym miejscem, w którym płynie ten prąd, jest nieunikniona pasożytnicza pojemność na cewce indukcyjnej i innych częściach obwodu. Co dwa przewodniki we wszechświecie mają między sobą pewną niezerową pojemność. Ta pojemność jest niewielka i dlatego napięcie szybko wzrośnie. To również gwałtownie zmniejsza prąd w cewce indukcyjnej. W końcu osiągany jest szczyt, w którym napięcie na pojemności faktycznie zaczyna przepychać prąd cewki indukcyjnej w drugą stronę. W idealnym systemie cała energia z pojemności byłaby przekazywana do cewki jako prąd, ale tym razem w przeciwnym kierunku. Następnie ponownie naładuje pojemność w przeciwnym kierunku, a cały cykl będzie powtarzany w nieskończoność. W prawdziwym świecie występuje pewna strata, więc każda huśtawka do przodu i do tyłu będzie miała nieco mniejszą amplitudę, ponieważ energia jest tracona, gdy jest przesuwana tam iz powrotem między cewką indukcyjną a pojemnością. Napięcie wykreślone w funkcji czasu (podobnie jak oscyloskop) pokaże falę sinusoidalną z amplitudą zanikającą wykładniczo w kierunku V.

(1) Tak, cewki indukcyjne są odporne na zmiany w przepływie elektronów. Prawo Lenza, prawa Maxwella i równania w żadnej elektroniki podręcznikową lub fizyka podręcznikowo a b c d e doskonale do obliczania relacji między prądu, napięcia, indukcyjności, natężenia pola magnetycznego, itd, podobnie jak prawo Ohma działa świetnie do obliczania związek między prądem, napięciem i rezystancją.

Jak powie ci każdy z tych podręczników, przez krótki czas dt zmiana prądu przez cewkę będzie bardzo mała (di) i może być dokładnie obliczona jako

di = v dt / L

gdzie v jest średnim napięciem na cewce w tym krótkim czasie, a L jest indukcyjnością.

Im większe napięcie wsteczne na cewce, tym szybciej prąd spada do zera.

(Jest to nadal prawdą, czy zmuszamy napięcie na cewce do określonego napięcia poprzez umieszczenie baterii na nim, czy też mamy pewną rezystancję obciążenia na cewce, a napięcie jest w jakiś sposób powodowane przez sam cewkę).

Kiedy przykładamy napięcie do cewki indukcyjnej, prąd powoli rośnie, a energia trafia do cewki indukcyjnej, zmagazynowanej w rosnącym polu magnetycznym wewnątrz i na zewnątrz cewki indukcyjnej.

Kiedy odłączamy cewkę od źródła zasilania, pozostawiając pewien opór podłączony między końcami cewki, prąd powoli spada. Tymczasem energia wychodzi z tajemniczego, niewidzialnego pola magnetycznego (g) i do wszystkiego, co jest podłączone do induktora.

(2) Olin daje doskonałą odpowiedź.

(3) Jak powie ci każdy z tych podręczników, energia e zmagazynowana w cewce indukcyjnej w dowolnym momencie wynosi

e = (1/2) L i ^ 2,

gdzie i jest prądem w tym momencie. Ta energia (energia pola magnetycznego) jest taka sama, jak ilość energii elektrycznej, która wydostałaby się z akumulatora (nie ma znaczenia jakie napięcie) podłączonego do tego induktora w czasie potrzebnym do zwiększenia prądu od 0 do tego samego ja.

W przypadku dowolnego fizycznego induktora (więc otrzymujemy pewną stałą L), ilość energii, którą mogę przechowywać w tym induktorze, jest ogólnie ograniczona przez maksymalną wartość prądu tego induktora. Cewki indukcyjne dużej mocy zwykle używają grubszych drutów i lepszych sposobów odprowadzania ciepła z drutów, ale przekroczenie prądu znamionowego powoduje stopienie i uszkodzenie drutów. Jest to maksymalna ocena energetyczna , a nie maksymalna ocena mocy - wielu projektantów napełnia cewki indukcyjne (a także transformatory, z tych samych powodów) energią, a następnie zrzuca je ponownie tysiące lub miliony razy na sekundę, aby uzyskać większą moc przez system, niż gdyby robili to tylko 60 razy na sekundę.

Uważam, że lunety doskonale nadają się do „widzenia” tego, co dzieje się w obwodach z cewkami indukcyjnymi. Być może lubisz budowanie jakiegoś regulatora napięcia impulsowego , takich jak Roman Black + 5V do + 13V Boost Converter .

To bardzo interesujące pytanie. Dla wyjaśnienia przeredaguję to. Co się stanie, gdy idealna indukcyjność przy niezerowym prądzie, zerowej pojemności i komponentach omowych nastąpi po zniszczeniu ścieżki prądu stałego za pomocą przełącznika bezstratnego? Brak rozpraszania ciepła, niedozwolone jest dzwonienie, brak prądu stałego, ponieważ nie ma przełącznika. Prawo zachowania energii musi być całkowicie spełnione.

Z pewnością rozumiem, że nawet przy idealnych rzeczach istnieje fizycznie mierzalna fizycznie szczelina, która pozwoli płynąć prądowi nawet pod próżnią. Ale co, jeśli próżnia jest doskonałym izolatorem?

Nie ma prawdziwej poprawnej odpowiedzi, ponieważ nawet arytmetyczne nieskończoności i zerowe czasy propagacji, nieskończona prędkość światła itp. Nie pomogą.

Ale powiedzmy, że jeśli cała abstrakcja nadal pozwala na udział cząstek ładunku materialnego, przewodnik naruszy elektryczno-neutralność i straci chmurę elektronów, która będzie kontynuowała podróż z pewną bezwładnością z dala od przewodnika. Pole magnetyczne zmieni się na chwilę z toroidu w cylinder, a następnie siła culon spowoduje powrót cząstek z powrotem do przewodnika. Powtarzający się wiecznie będzie dzwonił, ale z wolumetryczną (lub jak chcesz elektrostatyczną) pojemnością cewki (nie pasożytniczą).

Hmm Nadal problem z brakiem idealizmu. Jeśli drut jest rzeczą nieskończoną, wówczas nie ma pojemności, częstotliwość będzie nieskończona, wyższa niż gamma. To jest jak wielki wybuch od nowa, ale z ograniczoną całkowitą energią.

Odpowiedź : przy idealnej idei, którą wytwarza impuls magnetyczny, będzie funkcja Delta Diraca , nieskończenie wysoki i nieskończenie wąski puls z całką 1. (lub dowolną określoną całką całkowitą w zależności od początkowej całkowitej energii).

Najbliższe praktyczne urządzenie jest badane w Los Alamos http://en.wikipedia.org/wiki/Explosively_pumped_flux_compression_generator