Perguntas sobre indutores

Então, eu ainda sou novo em eletrônica, e tenho observado os Boost Converters e outros (apenas aprendendo fontes de alimentação e os diferentes tipos) ... que entraram na explicação de indutores. Escusado será dizer que foi um pouco para absorver. Os indutores parecem bastante complexos para um componente tão simples.

1. Só para esclarecer, os indutores resistem à mudança de corrente; portanto, se a corrente estiver diminuindo, "criará" uma tensão mais alta para tentar compensar isso de acordo com a lei de Lenz. (Isso está correto? ... alguém sabe como isso acontece?). Quando está criando essa tensão, a corrente está sendo reduzida ou drenada mais rapidamente?

2. Em um esquema como este:

   

   Vamos fingir que o diodo não estava lá. O que aconteceria? O indutor continuaria acumulando energia sem ter para onde ir? Isso simplesmente se dissiparia no ar? No artigo da Wiki , dizia que iria passar para o próximo fio. Existe um limite para o quão longe ele pode ser (como E se os fios estivessem MUITO afastados: o indutor derreteria ou a energia seria dissipada no ar?

3. O que determina quanta energia um indutor pode armazenar? O número de turnos? Ou o tamanho do indutor realmente importa até a "taxa" de armazenamento.

4. Não relacionado, mas existem experimentos "legais" que eu possa fazer com eles para ver como eles funcionam? Eu vi esse no youtube, basicamente ele só tem um interruptor que ele liga e desliga e você pode ver a tensão subir super alta. Estou assumindo que é assim que um conversor de impulso funciona.

Desculpe pelas várias perguntas, apenas tentando entender a magia dos indutores. Eles parecem tão simples (uma bobina de arame), mas fazem muitas coisas loucas.

Sim, um tipo de indutor resiste às mudanças de corrente, assim como um capacitor resiste às mudanças de tensão. De fato, indutores e capacitores são espelhos de corrente / tensão um do outro. O jeito que eu gosto de pensar em indutores em circuitos é que eles dão inércia à corrente. Claro que não, mas parece uma técnica de conceituação útil.

No esquema sem o diodo, se tudo começar em 0 e a chave for fechada, a corrente será um decaimento exponencial em direção a Vs / R. Inicialmente, toda a tensão está do outro lado do indutor e, no estado estacionário, há 0 tensão do outro lado do indutor.

O material interessante acontece quando o interruptor é aberto. Em qualquer instância, o indutor manterá sua constante atual. Isso inclui a instância em que o comutador é aberto. Sem o diodo, não há caminho óbvio para a corrente. A tensão do indutor aumentará para o que mantiver a corrente através dele.

Um interruptor mecânico funciona tocando dois condutores. Quando o interruptor é aberto, os condutores se afastam um do outro. Isso não pode acontecer instantaneamente; portanto, quando o comutador tenta interromper a corrente pela primeira vez, os contatos ficam muito próximos. Não será necessária muita tensão para causar o arco. Uma vez iniciado o arco, o gás entre os contatos se torna um plasma com alta condutividade. Portanto, o arco pode continuar por um tempo, à medida que os contatos se afastam. Durante esse período, a tensão no interruptor não é zero, portanto a corrente do indutor diminui. À medida que os contatos se afastam, a tensão do arco aumenta, diminuindo a corrente do indutor mais rapidamente.

Eventualmente, a corrente é baixa o suficiente para que não possa sustentar o arco e a chave finalmente abre para valer. Nesse ponto, resta pouca energia no indutor. O único local para essa corrente é a inevitável capacitância parasitária do indutor e de outras partes do circuito. Cada dois condutores no universo têm alguma capacitância diferente de zero entre eles. Essa capacitância é pequena e, portanto, a tensão aumenta rapidamente. Isso também diminui a corrente no indutor rapidamente. Eventualmente, é atingido um pico onde a tensão na capacitância realmente começa a empurrar a corrente do indutor para o outro lado. Em um sistema perfeito, toda a energia na capacitância seria transferida para o indutor como corrente, mas desta vez na direção oposta. Então carregaria a capacitância novamente na direção oposta, e todo o ciclo se repetiria indefinidamente. No mundo real, há algumas perdas; portanto, cada balanço para frente e para trás será um pouco menor em amplitude, à medida que a energia é perdida, pois é movimentada para frente e para trás entre o indutor e a capacitância. A tensão representada em função do tempo (como um osciloscópio faz) mostrará uma onda senoidal com amplitude decaindo exponencialmente em direção a Vs.

(1) Sim, os indutores resistem a mudanças no fluxo de elétrons. A lei de Lenz, as leis de Maxwell, e as equações em qualquer eletrônica livro ou livro de física um b c d e trabalho grande para calcular a relação entre a corrente, tensão, indutância, força do campo magnético, etc., bem como a lei de Ohm funciona muito bem para o cálculo do relação entre corrente, tensão e resistência.

Como qualquer um desses livros lhe dirá, por um curto período de tempo dt, a mudança na corrente através de um indutor será muito pequena (di) e pode ser calculada exatamente como

di = v dt / L

onde v é a tensão média através do indutor durante esse curto período de tempo e L é a indutância.

Quanto maior a tensão reversa no indutor, mais rápida a corrente cai para zero.

(Isso ainda é verdade se estamos forçando a tensão no indutor a ter uma tensão específica colocando uma bateria nele ou se temos alguma resistência à carga no indutor e a tensão está sendo causada pelo próprio indutor).

Quando aplicamos uma tensão através de um indutor, a corrente aumenta lentamente e a energia entra no indutor, armazenada em um campo magnético crescente dentro e fora do indutor.

Quando desconectamos o indutor da fonte de energia, deixando alguma resistência conectada entre as extremidades do indutor, a corrente cai lentamente. Enquanto isso, a energia sai do misterioso campo magnético invisível (g) e entra no que estiver conectado ao indutor.

(2) Olin dá uma excelente resposta.

(3) Como qualquer um desses manuais lhe dirá, a energia e armazenada em um indutor a qualquer instante é

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

onde i é a corrente naquele instante. Essa energia (energia do campo magnético) é igual à quantidade de energia elétrica que sairia de uma bateria (não importa a voltagem) conectada ao indutor durante o tempo necessário para elevar a corrente de 0 para a mesma Eu.

Com qualquer indutor físico (para que recebamos um L fixo), a quantidade de energia que posso armazenar nesse indutor geralmente é limitada pela classificação de corrente máxima desse indutor. Os indutores de alta potência geralmente usam fios mais grossos e melhores maneiras de extrair calor dos fios, mas exceder a classificação atual faz com que esses fios derretam e falhem. Este é um máximo de energia de classificação, não máxima potência classificação - muitos designers preencher indutores (e também transformadores, pelas mesmas razões) com energia e, em seguida, despejá-lo para fora outra vez milhares ou milhões de vezes por segundo, a fim de obter mais poder através o sistema do que se o fizessem apenas 60 vezes por segundo.

Acho os ócopos excelentes para "ver" o que acontece em circuitos com indutores. Talvez você goste de construir algum tipo de regulador de tensão em modo de comutação , como o conversor preto romano de + 5v a + 13v .

Esta é uma pergunta muito interessante. Apenas para esclarecimento, vou reformulá-lo. Para uma indutância ideal com corrente não zero, capacitância zero e componentes ôhmicos, o que acontece quando o caminho DC é destruído com o interruptor sem perdas? Nenhuma dissipação térmica, nenhum toque é permitido, nem CC, pois não há interruptor. A lei de conservação de energia deve ser cumprida completamente.

Eu certamente entendo que, mesmo com todas as coisas ideais, existe um espaço físico materialmente mensurável que permitirá que a corrente continue fluindo mesmo através do vácuo. Mas e se o vácuo for um isolador perfeito?

Não existe uma resposta correta real, pois mesmo infinitos aritméticos e zero tempo de propagação, velocidade infinita da luz etc. não ajudarão.

Mas digamos, se toda abstração ainda permitir a participação de partículas de carga de material, o condutor violará a eletroneutralidade e perderá a nuvem de elétrons, que continuará viajando com alguma inércia para longe do condutor. O campo magnético passará momentaneamente de toróide para cilindro, e a força do cólon retornará as partículas de volta ao condutor. Repetindo para sempre, ele estará tocando, mas com capacitância volumétrica (ou como você deseja eletrostática) do corpo da bobina (não a capacitância parasitária).

Hmm. Ainda é um problema com a não idealidade. Se o fio é uma coisa infinita, então não há capacitância, a frequência será infinita, mais alta que a gama. É como um grande estrondo novamente, mas com energia total limitada.

A resposta : com tudo ideal, o pulso magnético produzido será a Função Dirac Delta , pulso infinitamente alto e infinitamente estreito com integral de 1. (ou qualquer integral total em particular, dependendo da energia total inicial).

O dispositivo prático mais próximo é estudado em Los Alamos http://en.wikipedia.org/wiki/Explosively_pumped_flux_compression_generator