Kuidas saab määrata induktiivse voolu väärtust väga madalates sagedustes?

Kuidas määrata induktori läbimist liigutavat voolu äärmiselt madalates sagedustes

Äärmiselt madalate sageduste (nt DC või lähedase DC sageduse) korral saab induktori läbimist liigutavat voolu määrata ringi käitumise analüüsimisel. Kuna induktor näitab äärmiselt madalate sageduste või DC tingimustes väga madalat impedantsi, siis seda võib peaaegu pidada lühikeseks ringiks. Siiski täpsema voolu määramiseks neil sagedustel tuleb arvestada mitmeid tegureid:

1. Induktori DC vastus (DCR)

Induktor ei ole ideaalne komponent; tal on teatud kogus juhevastust, mida nimetatakse DC vastuseks (DCR). Äärmiselt madalate sageduste või DC tingimustes on induktiivne reaktants (XL=2πfL) ebatähtis, nii et vool on põhiliselt piiratud induktori DC vastusega.

Kui ring koosneb ainult induktorist ja energialandest, ning induktoril on DC vastus RDC, siis vool I saab arvutada Ohmi seaduse abil:

kus V on toitepinge.

2. Ajakonstandi mõju

Äärmiselt madalate sageduste korral ei jõua induktori läbimist liigutav vool kohe oma tasakaalustatud väärtusele, vaid see suureneb selle väärtuseni ajas. See protsess reguleeritakse ringi ajakonstandi τ poolt, mis defineeritakse järgmiselt:

kus L on induktiivsus ja R DC on induktor DC vastus. Vool aja funktsioonina kirjeldub järgmise võrrandiga

kus Ifinal =V/RDC on tasakaalustunud vool ja t on aeg.

See tähendab, et vool alustab nullist ja suureneb aja jooksul, jõudes umbes 99% oma tasakaalustunud väärtusest pärast umbes 5τ.

3. Energiaallika tüüp

DC energiaallikas: Kui energiaallikas on pidev DC pinge, siis vool stabiliseerub lõpuks I=V/R DC piisava aja pärast.

Äärmiselt madalate sageduste AC energiaallikas: Kui energiaallikas on sinusoidaalne või pulssiline vorm äärmiselt madalal sagedusel, siis vool muutub allika hetkepinge järgi. Äärmiselt madala sageduse sinusoidi korral saab huippuvoolu lahendada järgmiselt:

kus V peak on allika huippupinge.

4. Muud ringi komponendid

Kui ring sisaldab teisi komponente induktorile lisaks (nt vastusid või kondensaatoreid), tuleb nende mõju voolule arvestada. Näiteks RL ringi korral mõjutab voolu kasvamise kiirus nii vastust R kui ka induktiivsust L, kus ajakonstant τ=L/R.

Kui ring sisaldab kondensaatorit, mõjutab kondensaatori laadimine ja lahti laadimine voolu, eriti üleminekul perioodidel.

5. Induktori mittetäiuslikud mõjud

Tegelikud induktorid võivad omada parasitäärset kapatsiitit ja tuumakaudi. Äärmiselt madalate sageduste korral on parasitäärse kapatsiidi mõju tavaliselt ebatähtis, kuid tuumakaudu võib põhjustada induktoril soojenema, millel on mõju selle tööle. Kui induktor kasutab magnetilist materjali (nt raudtuuma), võib olla probleemiks ka magnetiline tihedus, eriti kõrge vooluolukordades. Kui induktor tiheneb, langab selle induktiivsus L oluliselt, mis viib voolu kiirele kasvamisele.

6. Mõõtmismeetodid

Tasakaalustunud voolu mõõtmine: Tasakaalustunud voolu mõõtmiseks saab kasutada voolmeetrit, et otse mõõta voolu, mis liigub induktor läbi, pärast seda kui ring on jõudnud stabiilse olekuni.

Üleminekuperioodi voolu mõõtmine: Voolu muutumise mõõtmiseks aja jooksul saab kasutada oskilloskoopi või mõnda muud seadet, mis suudab hõlmata üleminekuperioode. Voolu lainekuju jälgides saab analüüsida, kuidas vool kasvab ja jõuab oma lõpliku väärtuseni.

7. Eriline juhtum: Magnetiline tihedus

Kui induktor kasutab magnetilist materjali (nt raudtuuma), võib see jõuda magneetilise tiheduse olekuni kõrgete voolude või tugevate magneetväliolukordade korral. Kui induktor tiheneb, langab selle induktiivsus L oluliselt, mis põhjustab voolu kiiret kasvamist. Magneetilise tiheduse vältimiseks veenduge, et töövool ei ületa induktor maksimaalselt lubatud voolu.

Kokkuvõte

Äärmiselt madalate sageduste korral määratakse induktori läbimist liigutav vool põhiliselt induktori DC vastuse RDC poolt, ja voolu kasv kontrollitakse ajakonstandi τ=L/RDC abil. DC energiaallika korral stabiliseerub vool lõpuks I=V/RDC . Äärmiselt madala sageduse AC energiaallika korral sõltub hetkevool allika hetkepinge järgi. Lisaks tuleb arvestada teiste ringi komponentide ja induktor mittetäiuslike omaduste (nt magnetiline tihedus) mõju.