Переходный процесс индуктора
Катушки индуктивности имеют прямо противоположные характеристики конденсаторов. Конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле (создаваемое напряжением между двумя пластинами), индукторы накапливают энергию в магнитном поле (создается током через провод). Таким образом, в то время как накопленная в конденсаторе энергия пытается поддерживать постоянное напряжение на его выводах, накопленная энергия в катушке индуктивности пытается поддерживать постоянный ток через его обмотки.
Из-за этого катушки индуктивности противодействуют изменениям тока и действуют прямо противоположно конденсаторам, которые противодействуют изменениям напряжения. Полностью разряженный индуктор (без магнитного поля), имеющий нулевой ток через него, первоначально будет действовать как разомкнутая цепь при подключении к источнику напряжения (поскольку он пытается поддерживать нулевой ток), снижая максимальное напряжение на своих выводах.
Со временем ток катушки индуктивности увеличивается до максимального значения, допустимого для схемы, и соответственно уменьшается напряжение на клеммах. Как только напряжение на клеммах катушки индуктивности упадет до минимума (ноль для «идеальной» катушки индуктивности), ток останется на максимальном уровне, и это будет вести себя, по сути, как короткое замыкание.
Когда переключатель впервые замыкается, напряжение на катушке индуктивности немедленно перескакивает до напряжения батареи (действуя так, как если бы это была разомкнутая цепь) и со временем снижается до нуля (в конечном итоге действуя так, как если бы это было короткое замыкание). Напряжение на катушке индуктивности определяется путем расчета, сколько напряжения падает на резисторе R с учетом тока, протекающего через катушку индуктивности, и вычитания этого значения напряжения из батареи, чтобы увидеть, что осталось.
Когда переключатель в первый раз замкнут, ток равен нулю, затем он увеличивается со временем, пока не станет равным напряжению батареи, деленному на последовательное сопротивление 1 Ом. Это поведение прямо противоположно поведению цепи последовательного резистора-конденсатора, где ток начинается с максимума, а напряжение конденсатора равно нулю. Давайте посмотрим, как это работает, используя реальные значения:
Как и в случае с RC-цепью, приближение напряжения индуктора к 0 вольт и приближение тока к 15 ампер с течением времени является асимптотическим . Однако для всех практических целей мы можем сказать, что напряжение на катушке индуктивности в конечном итоге достигнет 0 вольт, а ток в конечном итоге составит максимум 15 ампер.
Опять же, мы можем использовать программу анализа цепей SPICE, чтобы составить график этого асимптотического спада напряжения катушки индуктивности и нарастания тока катушки индуктивности в более графической форме (ток катушки индуктивности отображается как падение напряжения на резисторе, используя резистор в качестве шунта). для измерения силы тока):
Обратите внимание на то, как напряжение сначала очень быстро падает (слева от графика), а затем постепенно спадает с течением времени. Ток также сначала изменяется очень быстро, затем со временем стабилизируется, но он приближается к максимуму (справа от шкалы), в то время как напряжение приближается к минимуму.
ОБЗОР:
- Полностью разряженная катушка индуктивности (без тока через нее) изначально действует как разомкнутая цепь (падение напряжения без тока), когда сталкивается с внезапным приложением напряжения. После полной «зарядки» до конечного уровня тока происходит короткое замыкание (ток без падения напряжения).
- В схеме «зарядки» резистора-индуктора ток катушки индуктивности изменяется от нуля до полного значения, в то время как напряжение идет от максимума до нуля, причем обе переменные сначала изменяются наиболее быстро, а с течением времени приближаются к своим конечным значениям все медленнее и медленнее.
СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:
- Рабочий лист схем постоянной времени
- Таблица расчетов постоянной времени
Промышленные технологии