Почему индуктор производит высокое напряжение, а не высокий ток?

Когда индуктивность обрушивается (например, когда выключатель в цепи индуктивности внезапно открывается), она создает высокое напряжение, а не высокий ток. Это можно объяснить основными свойствами индуктивности и ее механизмом накопления энергии. Вот подробное объяснение:

Основные свойства индуктивности

Фундаментальное свойство индуктивности можно выразить следующей формулой:

где:

V — напряжение на индуктивности.

L — индуктивность индуктивности.dI/dt — скорость изменения тока по времени.

Эта формула показывает, что напряжение на индуктивности пропорционально скорости изменения тока. Другими словами, индуктивность сопротивляется быстрым изменениям тока.

Накопление энергии

Индуктивность накапливает энергию, когда через нее протекает ток, и эта энергия хранится в магнитном поле. Энергия E, накопленная в индуктивности, может быть выражена следующей формулой:

где:

• E — накопленная энергия.

• L — индуктивность.

• I — ток, протекающий через индуктивность.

Когда выключатель открывается

Когда выключатель в цепи индуктивности внезапно открывается, ток не может мгновенно упасть до нуля, потому что магнитное поле в индуктивности нуждается во времени для освобождения своей накопленной энергии. Поскольку ток не может измениться мгновенно, индуктивность пытается поддерживать существующий поток тока.

Однако, поскольку выключатель открыт, путь для тока прерывается. Индуктивность не может продолжать поддерживать ток, поэтому она генерирует очень высокое напряжение на своих выводах. Это высокое напряжение пытается заставить ток продолжать течь, но поскольку цепь разорвана, ток не может пройти, и индуктивность освобождает свою накопленную энергию через высокое напряжение.

Математическое объяснение

Согласно соотношению между напряжением и током в индуктивности V=L（dI/dt）, когда выключатель внезапно открывается, ток I должен очень быстро упасть до нуля. Это означает, что скорость изменения тока dI/dt становится очень большой, что приводит к очень высокому напряжению V.

Практическое явление

В практических цепях это высокое напряжение может вызвать искровые разряды или повредить другие компоненты в цепи. Чтобы предотвратить это, часто параллельно с индуктивностью подключают диод (известный как диод обратного хода или свободного хода). Это позволяет току продолжать течь через диод, когда выключатель открывается, тем самым избегая возникновения чрезмерно высокого напряжения.

Заключение

Когда выключатель в цепи индуктивности внезапно открывается, вместо высокого тока создается высокое напряжение, потому что индуктивность пытается поддерживать существующий поток тока. Однако, поскольку цепь разорвана, ток не может продолжать течь, и индуктивность освобождает свою накопленную энергию, генерируя высокое напряжение. Это высокое напряжение обусловлено очень большой скоростью изменения тока dI/dt.