是什么使反冲电压无法达到无限电压?


11

我们知道电感上的电压由以下公式定义:

V=Ldidt

因此,在电流突然中断的情况下(如断开机械触点时),在现实生活中会出现电压尖峰。

但是,情况并非总是如此:在小型感应负载中我们看不到电弧发生。(例如,通过较小的感性负载,我指的是玩具车电动机。)但是,该公式表示当机械触点打开术语应该接近无穷大,因此,大号术语(其应当是在小感性负载小)不应该有一个显著效果。简而言之,无论何时打开任何电感负载,我们都应该能够看到火花-与电感无关。didtL

有哪些实际因素可以阻止电压达到无穷大?电流实际上会降低得更慢吗,还是公式对于这样的“不连续性”可能不足?


5
实际的线圈具有非零电阻。
filo

2
@filo如果没有电流流过,为什么电阻很重要?
CK

2
如果触点打开时没有电流流过,为什么您会希望触点间产生火花?
Photon

2
但真正的答案是在笔记本电脑的答案中-绕组间的电容会限制电压。
Photon

5
当您假设某物为零(实际上并非零)时,就会发生无穷大。
J ...

Answers:


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实际的电感看起来像这样(如下所示是一个带有4个线圈的电感),每个线圈之间的电容很小(通常在pF-fF范围内)。每条电线还具有一些与之相关的电阻。

因为电感器中的每个线圈都有电阻(如果考虑一个线圈,则为导线的每个部分),这会阻止电流并降低电压。少量的电容还将存储一些电压,并防止电压的瞬时变化。

这些都吸收了能量,从而阻止了已经存储在电感器周围的电动势(EMF)产生无限电压。实际上,电感器可以简化为下面左图所示的电路。

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

一个超导线圈就能够产生更大规模的电压,因为在更低的损耗,由于寄生效应。


3
我建议您将“阻止电子”更改为“阻止电流”。在过去的几周里,关于电子的问题一连串。
晶体管

2
是的,承载电流\能量的不是电子,而是电场。
电压峰值

1
使电容产生谐振也会产生巨大的电压。然后,它是一个特斯拉线圈
亨利CRUN

1
一切都正确,除了EMF不会存储。EMF为伏特,存储的是由安培定义的磁能IIL / 2。
格雷戈里·科恩布鲁姆

@GregoryKornblum您的权利应该读为“电感周围”,而不是“电感中”。通常将线圈周围存储的电压称为EMF。Webers / second =伏特
电压峰值

7

任何储能系统(电感器)的大小都不为零。

任何非零大小的东西都具有非零电场或电容。器件结通常是寄生电容的主要来源。反激系统使用二极管将能量转移到负载电容器中。

在峰值电压偏移时,由于电磁场(3)储存在有意电容和寄生电容的电场中,因此散发了所有热量(1),热量(2)散发。


5

由于“开关”在断开时的串联电容,串联电阻对“反冲”电压影响很大。这形成了一个经典的串联RLC谐振电路,该电路具有通过阻抗比

Q=|XC|R=|XL|R=ω0LRω0=1LC

|Vp|=QVdc

当t变为0,V / L = dI / dt时,用接触开关使电路断电时,由于该寄生电容V不会变为无穷大。

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

例如,考虑一个串联电路,Vdc = 1V,L = 1uH,R = 1 Ohms,Idc = 1A。如果Csw = 1pF,刚打开时开关电压反冲是多少?

1V,100V,1kV, 1e6 V还是无限?

现在,对于具有1nF输出电容且RdsOn << R = 1的1%的FET开关考虑相同的情况。什么是dV?

ps如果您学到了什么,请评论您的答案。

直观的答案是,开关从导体变为微小的杂散电容器,这限制了电压的摆率,而电感器也限制了电流的摆率,并且在谐振频率下,电压增益(ω0处的Q与之相反)与R成正比,因此更大的串联R会抑制电压。

Vp=IdcLC

杂项

Zo=LC

Vp=IdcZ0Idc


3

仅考虑一个100 uH和1 A电流的简单示例。当与电感器串联的触点断开时,电感器上可能会留有5 pF的寄生电容,而1 A的电流会产生较高的反冲电压,但多少呢?

I=CdVdt

因此,5 pF电容器两端的电压可能以200 kV /微秒的速率上升(无双关)。鉴于其起始电压相比而言可能是微不足道的,因此在几微秒内可能会形成相当大的电压。但是,由于电感器中存储的能量不足,可以缓解这种情况:-

W=LI22

或5微焦耳。所有这些能量将循环转移到电容器,我们可以将电容器的能量公式等价于5 uJ,从而为我们提供最大电压:-

W=CV22

这将产生1414伏的峰值电容器电压。


谢谢您的回答安迪,我确信对此有一个“节能”的答案。
CK

没有probs花花公子..
安迪又名'18

@ÇetinKöktürk我同意存储在L和C中的“能量”是对此进行思考的最佳方法。它直接导致从根本上正确的理解。(而“电路分析”的观点是间接的,并且在一定程度上混淆了实际问题:能量存储和运动)
Henry Crun

@ Andy关于开关的有趣之处在于,随着开关继续进一步打开,触点间距可变。这会减小电容,并使电压变得更高,甚至可能再次产生电弧。当能量可以存储在某些配线中,然后与开关触点可变电容产生共振时,开关就是邪恶的垃圾产生器。
Analogsystemsrf
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