Fragen zu Induktivitäten

Ich bin also noch ein Neuling in der Elektronik und habe mir Boost-Wandler und dergleichen (nur Lernnetzteile und die verschiedenen Typen) angeschaut ... die sich mit der Erklärung von Induktivitäten befassten. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass es ein bisschen zu bemerken war. Induktivitäten scheinen für solch eine einfache Komponente recht komplex zu sein.

1. Nur damit ich diese Gerade habe, widerstehen Induktoren einer Änderung des Stroms. Wenn der Strom also abnimmt, wird eine höhere Spannung "erzeugt", um dies nach dem Gesetz von Lenz auszugleichen. (Ist das richtig? .... weiß jemand, wie das passiert?). Wird beim Erzeugen dieser Spannung der Strom gesenkt oder nur schneller entladen?

2. In einem Schema wie diesem:

   

   Stellen wir uns vor, die Diode wäre nicht da. Was würde passieren? Würde der Induktor einfach weiter Energie aufbauen, wenn nichts mehr zu tun ist? Würde es sich einfach in der Luft auflösen? In dem Wiki-Artikel hieß es, es würde zum nächsten Draht übergehen. Gibt es eine Grenze dafür, wie weit es biegen kann? (Wie wäre es, wenn die Drähte WEIT entfernt wären? Würde der Induktor schmelzen oder würde sich die Energie einfach in der Luft zerstreuen?)

3. Was bestimmt, wie viel Energie ein Induktor speichern kann? Die Anzahl der Windungen? Oder spielt die Größe des Induktors tatsächlich eine Rolle, was die "Speicherrate" betrifft.

4. Keine Ahnung, aber gibt es irgendwelche "coolen" Experimente, die ich mit ihnen machen kann, um zu sehen, wie sie funktionieren? Ich habe diesen auf YouTube gesehen, im Grunde hat er nur einen Schalter, den er ein- und ausschaltet, und man kann sehen, wie die Spannung sehr hoch steigt. Angenommen, so funktioniert ein Aufwärtswandler.

Entschuldigen Sie die vielen Fragen und versuchen Sie nur, die Magie der Induktoren zu verstehen. Sie scheinen so einfach zu sein (eine Drahtspule), aber sie machen so viele verrückte Dinge.

Ja, eine Induktivität widersteht Stromänderungen, genau wie ein Kondensator Spannungsänderungen. Tatsächlich sind Induktivitäten und Kondensatoren Strom- / Spannungsspiegel voneinander. Ich stelle mir Induktivitäten in Schaltkreisen gerne so vor, dass sie dem Strom Trägheit verleihen. Natürlich nicht, aber es scheint eine nützliche Konzeptualisierungstechnik zu sein.

Wenn im Schaltplan ohne Diode alles bei 0 beginnt und der Schalter geschlossen ist, ist der Strom ein exponentieller Abfall in Richtung Vs / R. Zu Beginn liegt die gesamte Spannung an der Induktivität an, und im eingeschwungenen Zustand liegt eine Spannung von 0 an der Induktivität an.

Das Interessante passiert, wenn der Schalter geöffnet wird. In jedem Fall hält der Induktor seinen Strom konstant. Dies schließt die Instanz ein, bei der der Schalter geöffnet ist. Ohne die Diode gibt es keinen offensichtlichen Pfad für den Strom. Die Induktorspannung erhöht sich auf das, was den Strom durch sie aufrechterhält.

Ein mechanischer Schalter berührt zwei Leiter. Wenn der Schalter öffnet, bewegen sich die Leiter voneinander weg. Dies kann nicht sofort geschehen. Wenn der Schalter also zuerst versucht, den Strom durch ihn zu stoppen, sind die Kontakte sehr nahe beieinander. Es braucht nicht viel Spannung, um einen Lichtbogen zu verursachen. Sobald der Lichtbogen gestartet ist, wird das Gas zwischen den Kontakten zu einem Plasma mit hoher Leitfähigkeit. Der Lichtbogen kann daher eine Weile andauern, wenn sich die Kontakte weiter voneinander entfernen. Während dieser Zeit ist die Spannung über dem Schalter nicht Null, so dass der Induktivitätsstrom abnimmt. Wenn sich die Kontakte weiter auseinander bewegen, nimmt die Lichtbogenspannung zu, wodurch der Induktorstrom schneller abnimmt.

Schließlich ist der Strom niedrig genug, dass er den Lichtbogen nicht aufrechterhalten kann, und der Schalter öffnet schließlich für echt. Zu diesem Zeitpunkt ist im Induktor nur noch wenig Energie vorhanden. Der einzige Ort, an dem dieser Strom fließt, ist die unvermeidliche parasitäre Kapazität über der Induktivität und anderen Teilen des Stromkreises. Alle zwei Leiter im Universum haben eine Kapazität ungleich Null. Diese Kapazität ist klein und daher steigt die Spannung schnell an. Dies verringert auch den Strom in der Induktivität schnell. Schließlich wird eine Spitze erreicht, bei der die Spannung an der Kapazität tatsächlich beginnt, den Induktorstrom in die andere Richtung zu drücken. In einem perfekten System würde die gesamte Energie der Kapazität als Strom auf die Induktivität übertragen, diesmal jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Dann würde die Kapazität wieder in die entgegengesetzte Richtung aufgeladen, und der gesamte Zyklus würde sich auf unbestimmte Zeit wiederholen. In der realen Welt gibt es einen gewissen Verlust, so dass jedes Hin- und Herschwingen eine etwas geringere Amplitude aufweist, wenn Energie verloren geht, während sie zwischen dem Induktor und der Kapazität hin und her geschwappt wird. Die als Funktion der Zeit aufgetragene Spannung (wie dies bei einem Oszilloskop der Fall ist) zeigt eine Sinuswelle mit einer Amplitude, die exponentiell in Richtung Vs abfällt.

(1) Ja, Induktivitäten widerstehen einer Änderung des Elektronenflusses. Lenz Gesetz, Maxwell-Gesetze, und die Gleichungen in beliebigen Elektroniklehrbuch oder Physikbuch ein b c d e große Arbeit für die Berechnung der Beziehung zwischen Strom, Spannung, Induktivität, magnetische Feldstärke, usw., ähnlich wie das Ohmsche Gesetz funktioniert gut für die Berechnung Beziehung zwischen Strom, Spannung und Widerstand.

Wie aus einem dieser Lehrbücher hervorgeht, ist die Stromänderung durch einen Induktor für eine kurze Zeitdauer dt sehr gering (di) und kann genau berechnet werden als

di = v dt / l

Dabei ist v die durchschnittliche Spannung über der Induktivität während dieser kurzen Zeitspanne und L ist die Induktivität.

Je größer die Sperrspannung an der Induktivität ist, desto schneller fällt der Strom auf Null ab.

(Dies trifft immer noch zu, wenn wir die Spannung am Induktor durch Anlegen einer Batterie auf eine bestimmte Spannung zwingen oder wenn wir einen Lastwiderstand am Induktor haben und die Spannung auf irgendeine Weise vom Induktor selbst verursacht wird.)

Wenn wir eine Spannung an eine Induktivität anlegen, steigt der Strom langsam an und Energie geht in die Induktivität, die in einem ansteigenden Magnetfeld innerhalb und außerhalb der Induktivität gespeichert ist.

Wenn wir den Induktor von der Stromquelle trennen und dabei einen Widerstand zwischen den Enden des Induktors belassen, fällt der Strom langsam ab. Währenddessen kommt die Energie aus dem mysteriösen, unsichtbaren Magnetfeld (g) und in alles, was mit dem Induktor verbunden ist.

(2) Olin gibt eine ausgezeichnete Antwort.

(3) Wie aus einem dieser Lehrbücher hervorgeht, ist die in einem Induktor gespeicherte Energie zu jedem Zeitpunkt gleich

e = (1/2) Li ^ 2,

wo ich in diesem Moment der Strom ist. Diese Energie (Magnetfeld-Energie) entspricht der Menge an elektrischer Energie, die aus einer Batterie (unabhängig von der Spannung) kommt, die an diese Induktivität angeschlossen ist, während der Zeit, die benötigt wird, um den Strom von 0 auf dieselbe zu erhöhen ich.

Bei jeder physischen Induktivität (wir erhalten also ein festes L) ist die Energiemenge, die ich in dieser Induktivität speichern kann, im Allgemeinen durch die maximale Nennstromstärke dieser Induktivität begrenzt. Induktivitäten mit hoher Leistung verwenden im Allgemeinen dickere Drähte und bessere Methoden, um die Wärme aus den Drähten abzuleiten. Ein Überschreiten der Nennstromstärke führt jedoch dazu, dass diese Drähte schmelzen und ausfallen. Dies ist eine maximale Energiebewertung , keine maximale Leistungsbewertung - viele Entwickler füllen Induktivitäten (und aus den gleichen Gründen auch Transformatoren) mit Energie und leiten sie dann Tausende oder Millionen Mal pro Sekunde wieder aus, um mehr Leistung zu erzielen das System, als wenn sie es nur 60 Mal pro Sekunde tun.

Ich finde o'scopes ausgezeichnet, um zu "sehen", was in Schaltkreisen mit Induktivitäten vor sich geht. Vielleicht gefällt Ihnen der Bau eines Schaltspannungsreglers wie dem Roman Black + 5V auf + 13V Boost Converter .

Das ist eine sehr interessante Frage. Nur zur Verdeutlichung werde ich es umformulieren. Was passiert bei idealer Induktivität mit Nicht-Null-Strom, Null-Kapazität und ohmschen Komponenten, wenn der Gleichstrompfad mit einem verlustfreien Schalter zerstört wird? Keine Wärmeableitung, kein Klingeln, auch kein Gleichstrom, da kein Schalter vorhanden ist. Das Energieeinsparungsgesetz muss vollständig eingehalten werden.

Ich verstehe sicherlich, dass es auch bei allen idealen Dingen eine physikalisch messbare Lücke gibt, die es dem Strom ermöglicht, auch durch Vakuum weiter zu fließen. Aber was ist, wenn Vakuum ein perfekter Isolator ist?

Es gibt keine richtige Antwort, da selbst arithmetische Unendlichkeiten und Laufzeiten von Null, unendliche Lichtgeschwindigkeit usw. nicht helfen.

Aber sagen wir, wenn alle Abstraktionen immer noch erlauben, dass materielle Ladungsteilchen beteiligt sind, verletzt der Leiter die Elektroneutralität und verliert die Elektronenwolke, die sich mit einer gewissen Trägheit weiter vom Leiter wegbewegt. Das Magnetfeld verwandelt sich kurzzeitig vom Toroid in einen Zylinder, und durch die Kulonenkraft werden die Partikel zurück in den Leiter geleitet. Wiederholt es sich für immer, wird es klingeln, aber mit der volumetrischen (oder, wie Sie es wünschen, elektrostatischen) Kapazität des Spulenkörpers (nicht der parasitären Kapazität).

Hmm. Immer noch ein Problem mit der Nichtidealität. Wenn Draht unendlich ist, dann gibt es keine Kapazität, die Frequenz ist unendlich, höher als Gamma. Es ist wieder wie ein Urknall, aber mit begrenzter Gesamtenergie.

Die Antwort : Wenn alles ideal ist, wird der magnetische Impuls die Dirac-Delta-Funktion sein , ein unendlich hoher und unendlich enger Impuls mit einem Integral von 1. (oder ein bestimmtes Gesamtintegral, abhängig von der anfänglichen Gesamtenergie).

Das nächstgelegene praktische Gerät ist in Los Alamos unter http://en.wikipedia.org/wiki/Explosively_pumped_flux_compression_generator zu finden