Domande sugli induttori

Quindi sono ancora una novità per l'elettronica e ho dato un'occhiata a Convertitori Boost e simili (solo imparando gli alimentatori e i diversi tipi) ... che sono venuti a spiegare gli induttori. Inutile dire che era un po 'da prendere. Gli induttori sembrano piuttosto complessi per un componente così semplice.

1. Proprio così ho questo diritto, gli induttori resistono al cambiamento di corrente, quindi se la corrente si sta abbassando "creerà" una tensione più alta per cercare di compensare questo secondo la legge di Lenz. (È corretto? .... qualcuno sa come succede?). Quando si crea questa tensione, la corrente viene abbassata o semplicemente scaricata più velocemente?

2. In uno schema come questo:

   

   Facciamo finta che il diodo non fosse lì. Cosa succederebbe? L'induttore continuerebbe a accumulare energia senza un posto dove andare? Si dissiperebbe semplicemente nell'aria? Nell'articolo di Wiki diceva che sarebbe passato al filo successivo. Esiste un limite a quanto lontano può arco (come se i fili fossero lontani: l'induttore si scioglierebbe o l'energia si disperderebbe nell'aria?

3. Cosa determina quanta energia può immagazzinare un induttore? Il numero di giri? Oppure le dimensioni dell'induttore contano davvero per quanto riguarda la "velocità" di memorizzazione.

4. Non correlato, ma ci sono esperimenti "fantastici" che posso fare con loro per vedere come funzionano? Ho visto questo su YouTube essenzialmente ha solo un interruttore che si accende e si spegne e puoi vedere la tensione saltare molto in alto. Suppongo che sia così che funziona un convertitore boost.

Ci scusiamo per le molteplici domande, sto solo cercando di cogliere la magia degli induttori. Sembrano così semplici (una bobina di filo) ma fanno così tante cose folli.

Sì, un tipo di induttore resiste alle variazioni di corrente, proprio come un condensatore resiste alle variazioni di tensione. In effetti, induttori e condensatori sono specchi di corrente / tensione l'uno dell'altro. Il modo in cui mi piace pensare agli induttori nei circuiti è che danno inerzia alla corrente. Ovviamente non lo fanno, ma sembra un'utile tecnica di concettualizzazione.

Nello schema senza diodo, se tutto inizia a 0 e l'interruttore è chiuso, la corrente sarà un decadimento esponenziale verso Vs / R. Inizialmente tutta la tensione è attraversata dall'induttore e allo stato stazionario c'è 0 tensione attraverso di essa.

Le cose interessanti accadono quando l'interruttore viene aperto. In ogni caso, l'induttore manterrà la sua costante corrente. Ciò include l'istanza in cui lo switch è aperto. Senza il diodo, non esiste un percorso ovvio per la corrente. La tensione dell'induttore aumenterà a qualunque cosa mantenga la corrente attraverso di essa.

Un interruttore meccanico funziona toccando insieme due conduttori. Quando l'interruttore si apre, i conduttori si allontanano l'uno dall'altro. Questo non può accadere all'istante, quindi quando l'interruttore tenta per la prima volta di interrompere la corrente, i contatti saranno molto vicini tra loro. Non ci vorrà molta tensione per causare l'arco. Una volta avviato l'arco, il gas tra i contatti diventa un plasma, che ha un'alta conduttività. L'arco può quindi continuare per un po 'mentre i contatti si allontanano ulteriormente. Durante questo tempo, la tensione che attraversa l'interruttore non è zero, quindi la corrente dell'induttore diminuisce. Man mano che i contatti si allontanano ulteriormente, la tensione dell'arco aumenta, diminuendo la corrente dell'induttore più rapidamente.

Alla fine la corrente è abbastanza bassa da non poter sostenere l'arco e l'interruttore si apre finalmente per davvero. A quel punto rimane poca energia nell'induttore. L'unico posto dove passare quella corrente è sull'inevitabile capacità parassita attraverso l'induttore e altre parti del circuito. Ogni due conduttori nell'universo hanno una capacità diversa da zero tra loro. Questa capacità è piccola e quindi la tensione aumenterà rapidamente. Ciò riduce anche rapidamente la corrente nell'induttore. Alla fine viene raggiunto un picco in cui la tensione sulla capacità inizia effettivamente a spingere la corrente dell'induttore dall'altra parte. In un sistema perfetto, tutta l'energia sulla capacità verrebbe trasferita all'induttore come corrente, ma questa volta nella direzione opposta. Quindi ricaricherebbe nuovamente la capacità nella direzione opposta e l'intero ciclo si ripeterebbe indefinitamente. Nel mondo reale c'è qualche perdita, quindi ogni oscillazione avanti e indietro sarà un po 'più bassa in ampiezza quando l'energia viene persa mentre viene trascinata avanti e indietro tra l'induttore e la capacità. La tensione tracciata in funzione del tempo (come fa un oscilloscopio) mostrerà un'onda sinusoidale con ampiezza che decadono esponenzialmente verso vs.

(1) Sì, gli induttori resistono al cambiamento nel flusso di elettroni. La legge di Lenz, le leggi di Maxwell e le equazioni di qualsiasi manuale di elettronica o di fisica a b c d e funzionano alla grande per calcolare la relazione tra corrente, tensione, induttanza, intensità del campo magnetico, ecc., Proprio come la legge di Ohm funziona alla grande per il calcolo della relazione tra corrente, tensione e resistenza.

Come uno di questi libri di testo ti dirà, per qualsiasi breve periodo di tempo, la variazione di corrente attraverso un induttore sarà molto piccola (di) e può essere calcolata esattamente come

di = v dt / L

dove v è la tensione media attraverso l'induttore durante quel breve lasso di tempo e L è l'induttanza.

Maggiore è la tensione inversa attraverso l'induttore, più veloce la corrente scende a zero.

(Questo è ancora vero se stiamo forzando la tensione attraverso l'induttore ad essere una certa tensione mettendo una batteria su di esso, o se abbiamo una certa resistenza di carico attraverso l'induttore e la tensione è in qualche modo causata dall'induttore stesso).

Quando applichiamo una tensione attraverso un induttore, la corrente aumenta lentamente e l'energia entra nell'induttore, immagazzinata in un campo magnetico in aumento all'interno e all'esterno dell'induttore.

Quando scolleghiamo l'induttore dalla fonte di alimentazione, lasciando una certa resistenza collegata tra le estremità dell'induttore, la corrente diminuisce lentamente. Nel frattempo, e l'energia viene fuori dal misterioso, invisibile campo magnetico (g) e in tutto ciò che è collegato all'induttore.

(2) Olin dà una risposta eccellente.

(3) Come uno di questi libri di testo ti dirà, l'energia e immagazzinata in un induttore in qualsiasi momento è

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

dove sono la corrente in quell'istante. Questa energia (energia del campo magnetico) è la stessa della quantità di energia elettrica che verrebbe fuori da una batteria (non importa quale tensione) sia connessa a quell'induttore durante il tempo necessario per aumentare la corrente da 0 a quella stessa io.

Con qualsiasi dato induttore fisico (quindi ci viene data una L fissa), la quantità di energia che posso immagazzinare in quell'induttore è generalmente limitata dalla corrente massima nominale di quell'induttore. Gli induttori ad alta potenza utilizzano generalmente fili più spessi e modi migliori per ottenere calore dai fili, ma il superamento della corrente nominale provoca la fusione e il guasto di tali fili. Questa è una classificazione energetica massima , non una potenza massima : molti progettisti riempiono di energia gli induttori (e anche i trasformatori, per gli stessi motivi) e quindi lo scaricano nuovamente migliaia o milioni di volte al secondo, al fine di ottenere più energia attraverso il sistema che se lo facessero solo 60 volte al secondo.

Trovo gli o'scopes eccellenti per "vedere" cosa succede nei circuiti con gli induttori. Forse potresti divertirti a costruire una sorta di regolatore di tensione in modalità switch come il convertitore da Black Black + 5v a + 13v boost .

Questa è una domanda molto interessante. Solo per chiarimenti, lo riformulerò. Per un'induttanza ideale con corrente diversa da zero, capacità zero e componenti ohmici, cosa succede quando il percorso CC viene distrutto con un interruttore senza perdita? Nessuna dissipazione termica, nessun squillo è consentito, nemmeno DC, in quanto non è presente alcun interruttore. La legge sul risparmio energetico deve essere pienamente rispettata.

Comprendo certamente che anche con tutte le cose ideali, esiste un divario fisico misurabile materialmente che consentirà alla corrente di continuare a fluire anche attraverso il vuoto. E se il vuoto fosse un perfetto isolante?

Non esiste una vera risposta corretta, poiché anche gli infiniti aritmetici e i tempi di propagazione zero, la velocità infinita della luce ecc. Non aiuteranno.

Ma diciamo, se tutta l'astrazione consente ancora di coinvolgere particelle di carica materiale, il conduttore violerà l'elettroneutralità e perderà la nuvola di elettroni, che continuerà a viaggiare con un po 'di inerzia lontano dal conduttore. Il campo magnetico si trasformerà momentaneamente dall'essere toroide in cilindro, quindi la forza del culone restituirà particelle nel conduttore. Ripetendo per sempre, suonerà, ma con capacità volumetrica (o come si desidera elettrostatica) del corpo della bobina (non la capacità parassita).

Hmm. Ancora problema con la non idealità. Se il filo è una cosa infinita, allora non c'è capacità, la frequenza sarà infinita, più alta della gamma. È come un big bang di nuovo, ma con energia totale limitata.

La risposta : con tutto ciò che l'ideale produce l'impulso magnetico sarà la funzione Delta di Dirac , impulso infinitamente alto e infinitamente stretto con integrale di 1. (o qualsiasi particolare integrale totale a seconda dell'energia totale iniziale).

Il dispositivo pratico più vicino è studiato a Los Alamos http://en.wikipedia.org/wiki/Explosively_pumped_flux_compression_generator