Questions sur les inducteurs

Je suis donc encore nouveau dans l'électronique, et j'ai jeté un coup d'œil aux convertisseurs boost et autres (juste apprendre les alimentations et les différents types) ... qui ont permis d'expliquer les inducteurs. Inutile de dire que c'était un peu à prendre. Les inducteurs semblent assez complexes pour un composant aussi simple.

1. Juste pour que j'ai cette ligne droite, les inductances résistent au changement de courant, donc si le courant diminue, il "créera" une tension plus élevée pour essayer de compenser cela selon la loi de Lenz. (Est-ce exact? .... est-ce que quelqu'un sait comment cela se produit?). Lorsqu'il crée cette tension, le courant est-il abaissé ou simplement drainé plus rapidement?

2. Dans un schéma comme celui-ci:

   

   Imaginons que la diode n'était pas là. Ce qui se passerait? Est-ce que l'inducteur continuerait à accumuler de l'énergie sans nulle part où aller? Se dissiperait-il simplement dans l'air? Dans l' article Wiki, il a déclaré qu'il irait au fil suivant. Y a-t-il une limite à la distance à laquelle il peut former un arc (comme si les fils étaient loin): l'inducteur fondrait-il ou l'énergie se dissiperait-elle simplement dans l'air?

3. Qu'est-ce qui détermine la quantité d'énergie qu'un inducteur peut stocker? Le nombre de tours? Ou la taille de l'inductance importe-t-elle réellement en ce qui concerne le "taux" de stockage.

4. Sort-of indépendant, mais y a-t-il des expériences "cool" que je peux faire avec eux pour voir comment elles fonctionnent? J'ai vu celui-ci sur YouTube, il a juste un interrupteur qu'il allume et éteint et vous pouvez voir la tension monter très haut. Je suppose que c'est ainsi que fonctionne un convertisseur boost.

Désolé pour les multiples questions, essayant juste de saisir la magie des inducteurs. Ils semblent si simples (une bobine de fil) mais font tellement de choses folles.

Oui, une sorte d'inductance résiste aux changements de courant, tout comme un condensateur résiste aux changements de tension. En fait, les inductances et les condensateurs sont des miroirs de courant / tension les uns des autres. La façon dont j'aime penser les inductances dans les circuits, c'est qu'elles donnent de l'inertie au courant. Ils ne le font pas, bien sûr, mais cela semble une technique de conceptualisation utile.

Dans le schéma sans la diode, si tout commence à 0 et que l'interrupteur est fermé, le courant sera une décroissance exponentielle vers Vs / R. Initialement, toute la tension est à travers l'inductance, et à l'état stationnaire, il y a 0 tension à travers elle.

Les choses intéressantes se produisent lorsque le commutateur est ouvert. À tout moment, l'inductance maintiendra sa constante actuelle. Cela inclut l'instance dans laquelle le commutateur est ouvert. Sans la diode, il n'y a pas de chemin évident pour le courant. La tension de l'inductance augmentera jusqu'à ce qui maintient le courant à travers elle.

Un interrupteur mécanique fonctionne en touchant ensemble deux conducteurs. Lorsque l'interrupteur s'ouvre, les conducteurs s'éloignent les uns des autres. Cela ne peut pas se produire instantanément, donc lorsque le commutateur essaie pour la première fois d'arrêter le courant à travers lui, les contacts seront très proches les uns des autres. Il ne faudra pas beaucoup de tension pour provoquer un arc. Une fois l'arc démarré, le gaz entre les contacts devient un plasma qui a une conductivité élevée. L'arc peut donc continuer pendant un certain temps à mesure que les contacts s'éloignent. Pendant ce temps, la tension à travers le commutateur n'est pas nulle, donc le courant d'inductance diminue. Au fur et à mesure que les contacts s'éloignent, la tension de l'arc augmente, diminuant plus rapidement le courant d'inductance.

Finalement, le courant est suffisamment faible pour qu'il ne puisse pas soutenir l'arc et le commutateur s'ouvre enfin pour de vrai. À ce stade, il reste peu d'énergie dans l'inducteur. Le seul endroit où passer ce courant est sur la capacité parasite inévitable à travers l'inductance et d'autres parties du circuit. Tous les deux conducteurs de l'univers ont une capacité non nulle entre eux. Cette capacité est petite et la tension augmentera donc rapidement. Cela diminue également rapidement le courant dans l'inducteur. Finalement, un pic est atteint où la tension sur la capacité commence à pousser le courant d'inductance dans l'autre sens. Dans un système parfait, toute l'énergie de la capacité serait transférée à l'inductance sous forme de courant, mais cette fois dans la direction opposée. Ensuite, il chargerait à nouveau la capacité dans la direction opposée, et le cycle entier se répéterait indéfiniment. Dans le monde réel, il y a une certaine perte, de sorte que chaque oscillation d'avant en arrière sera un peu plus faible en amplitude à mesure que l'énergie se perdra alors qu'elle va et vient entre l'inductance et la capacité. La tension tracée en fonction du temps (comme le fait un oscilloscope) montrera une onde sinusoïdale avec une décroissance d'amplitude exponentielle vers Vs.

(1) Oui, les inductances résistent au changement du flux d'électrons. La loi de Lenz, les lois de Maxwell et les équations de tout manuel d'électronique ou de physique a b c d e fonctionnent très bien pour calculer la relation entre le courant, la tension, l'inductance, la force du champ magnétique, etc., tout comme la loi d'Ohm fonctionne très bien pour calculer le relation entre le courant, la tension et la résistance.

Comme n'importe lequel de ces manuels vous le dira, pour un court laps de temps dt, le changement de courant à travers une inductance sera très faible (di), et peut être calculé exactement comme

di = v dt / L

où v est la tension moyenne aux bornes de l'inductance pendant ce court laps de temps et L est l'inductance.

Plus la tension inverse aux bornes de l'inductance est élevée, plus le courant tombe rapidement à zéro.

(Cela est toujours vrai si nous forçons la tension aux bornes de l'inductance à être une tension particulière en mettant une batterie à travers, ou si nous avons une certaine résistance de charge aux bornes de l'inductance et la tension est en quelque sorte causée par l'inductance elle-même).

Lorsque nous appliquons une tension aux bornes d'une inductance, le courant augmente lentement et l'énergie pénètre dans l'inductance, stockée dans un champ magnétique croissant à l'intérieur et à l'extérieur de l'inductance.

Lorsque nous déconnectons l'inductance de la source d'alimentation, laissant une certaine résistance connectée entre les extrémités de l'inductance, le courant baisse lentement. Pendant ce temps, et l'énergie sort du champ magnétique mystérieux et invisible (g) et dans tout ce qui est connecté à l'inductance.

(2) Olin donne une excellente réponse.

(3) Comme l'un de ces manuels vous le dira, l'énergie e stockée dans un inducteur à tout instant est

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

où i est le courant à cet instant. Cette énergie (énergie du champ magnétique) est la même que la quantité d'énergie électrique qui proviendrait d'une batterie (peu importe la tension) connectée à cet inducteur pendant le temps qu'il faut pour augmenter le courant de 0 à ce même je.

Avec n'importe quel inducteur physique donné (on nous donne donc un L fixe), la quantité d'énergie que je peux stocker dans cet inducteur est généralement limitée par le courant nominal maximum de cet inducteur. Les inductances à haute puissance utilisent généralement des fils plus épais et de meilleures façons d'extraire la chaleur des fils, mais le dépassement de la valeur nominale actuelle fait fondre ces fils et les faire tomber. Il s'agit d'une cote d' énergie maximale , et non d'une puissance maximale - de nombreux concepteurs remplissent les inducteurs (et également les transformateurs, pour les mêmes raisons) d'énergie, puis la rejettent des milliers ou des millions de fois par seconde, afin d'obtenir plus de puissance le système que s'ils ne le faisaient que 60 fois par seconde.

Je trouve les o'scopes excellents pour "voir" ce qui se passe dans les circuits avec inductances. Peut-être que vous aimerez peut-être construire une sorte de régulateur de tension à découpage tel que le convertisseur boost noir romain + 5v à + 13v .

C'est une question très intéressante. Juste pour des éclaircissements, je vais le reformuler. Pour une inductance idéale avec un courant non nul, une capacité nulle et des composants ohmiques, que se passe-t-il lorsque le chemin CC est détruit avec un commutateur sans perte? Aucune dissipation thermique, aucune sonnerie n'est autorisée, pas de courant continu non plus, car il n'y a pas d'interrupteur. La loi sur la conservation de l'énergie doit être respectée complètement.

Je comprends certainement que même avec toutes les choses idéales, il existe un écart physique matériellement mesurable qui permettra au courant de continuer à circuler même à travers le vide. Mais que faire si le vide est un isolant parfait?

Il n'y a pas de vraie réponse correcte, car même les infinités arithmétiques et les temps de propagation nuls, la vitesse infinie de la lumière, etc. n'aideront pas.

Mais disons que si toute abstraction permet toujours aux particules de charge de matériau d'être impliquées, le conducteur violera l'électroneutralité et perdra le nuage d'électrons, qui continuera à voyager avec une certaine inertie loin du conducteur. Le champ magnétique deviendra momentanément toroïde en cylindre, puis la force de culon ramènera les particules dans le conducteur. Se répétant pour toujours, il sonnera, mais avec une capacité volumétrique (ou comme vous le souhaitez électrostatique) du corps de la bobine (pas la capacité parasite).

Hmm. Toujours un problème avec la non-idéalité. Si le fil est infiniment, alors il n'y a pas de capacité, la fréquence sera infinie, supérieure au gamma. C'est comme un big bang, mais avec une énergie totale limitée.

La réponse : avec tout ce qui est idéal, l'impulsion magnétique produite sera la fonction Delta de Dirac , une impulsion infiniment haute et infiniment étroite avec une intégrale de 1. (ou toute intégrale totale particulière en fonction de l'énergie totale initiale).

L'appareil pratique le plus proche est étudié à Los Alamos http://en.wikipedia.org/wiki/Explosively_pumped_flux_compression_generator