Индуктивность и сопротивление в цепи постоянного тока

Напряжение на индуктореВ цепи, которая содержит индуктивность (L), а также сопротивление (R), например, показанную на картинке ниже, когда переключатель замкнут, ток не возрастает сразу до своего установившегося значения, а возрастает в экспоненциально.

Серия статей по переходным процессам в цепях постоянного тока
  1. Введение
  2. Резисторы в цепях постоянного тока
  3. Емкость и сопротивление в цепи постоянного тока
  4. Постоянная времени CR
  5. Индуктивность и сопротивление в цепи постоянного тока
  6. Постоянная времени LR
  7. Тест по изученному материалу

Это связано с тем, что при изменении тока, протекающего через индуктор, создается обратная ЭДС. Эта обратная ЭДС имеет амплитуду, пропорциональную скорости изменения тока (чем выше скорость изменения, тем больше обратная ЭДС) и полярность, которая противодействует изменению тока в катушке индуктивности, вызвавшему его изначально.

Схема LR

Обратная ЭДС создается потому, что изменяющийся ток в индукторе вызывает изменение магнитного поля вокруг него, а изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, вызывает обратное ЭДС в индукторе. Этот процесс называется самоиндукцией.

Ток протекающий через индуктор

Поскольку обратная ЭДС препятствует быстрому изменению тока, происходящему в катушке индуктивности, скорость изменения тока снижается, и то, что на графике должно было бы быть вертикальной линией (картинка ниже), становится наклонной.

Читать также:  Что такое тестирование белого ящика?

Ток через катушку индуктивности

Скорость изменения тока через индуктор теперь меньше, поэтому возникает меньшая обратная ЭДС. Это позволяет увеличить ток. Взаимосвязь между изменяющимся током и обратной ЭДС создает кривую, которая всегда следует математическому закону, чтобы получить определенную форму кривой, т. е. экспоненциальную кривую. Когда переключатель разомкнут, ток спадает аналогичным экспоненциальным образом до нуля.

Напряжение на индукторе

Глядя на картинку ниже, на котором показано напряжение (VL) на катушке индуктивности (L) мы видим, что при включении, напряжение сразу возрастает до максимального значения. Это связано с тем, что к цепи приложено напряжение, а ток протекает мало или не течет совсем, потому что L фактически (в течение очень короткого времени) является очень высоким сопротивлением из-за эффекта обратной ЭДС, вызванного быстро меняющимся (расширяющимся) магнитным полем вокруг индуктор индуцирует напряжение (обратную ЭДС) обратно в индуктор, которое имеет противоположную полярность по отношению к приложенному напряжению от источника питания и, таким образом, изначально препятствует увеличению тока через индуктор.

Напряжение на индукторе

Из-за этого противодействия, вызванного обратной ЭДС, сначала кажется, что индуктор имеет очень высокое сопротивление. и поэтому полное напряжение питания образуется на катушке индуктивности. Однако по мере того, как ток через L начинает нарастать, скорость изменения магнитного поля уменьшается, L уменьшается до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой все напряжение батареи вырабатывается на резисторе R; напряжение или разность потенциалов на L практически равна нулю, и теперь энергия накапливается в магнитном поле вокруг индуктора.

Читать также:  Что такое EDGE?

При выключении тока магнитное поле теперь схлопывается, а не растет, как при включении. Это разрушающееся магнитное поле теперь возвращает свою энергию в катушку индуктора и индуцирует напряжение (обратное ЭДС) в индукторе, но поскольку изменение напряженности магнитного поля происходит в направлении, противоположном направлению расширения поля при включении, индуцируемое напряжение равно теперь в противоположной полярности, как показано на картинке выше. Наведенная обратная ЭДС теперь противостоит уменьшению тока, вызванному выключением, замедляя затухание тока.

Быстрый коллапс магнитного поля при размыкании переключателя может вызвать очень большие всплески напряжения, поскольку величина индуцируемого напряжения зависит от скорости изменения магнитного поля. Возникающие высокие напряжения могут привести к искрению на контактах переключателя, так как напряжение прыгает через зазор между контактами. Эти большие всплески напряжения могут также повредить другие компоненты в цепи, особенно полупроводники, поэтому необходимо соблюдать осторожность при проектировании цепей, содержащих катушки индуктивности или управляющих индуктивными нагрузками, чтобы предотвратить эти всплески. Однако в некоторых схемах, где требуются высокие напряжения, этот эффект также можно использовать с пользой, подавая прямоугольную волну на катушку индуктивности. Возникающие очень большие всплески напряжения могут затем выпрямляться специальными высоковольтными диодами для получения постоянного напряжения в тысячи вольт.

Читать также:  Что такое магнитометр?

В следующей статье поговорим о постоянной времени LR.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий