Miten induktiivisen komponentin läpi kulkevan sähkövirran arvo voidaan määrittää erittäin matalilla taajuuksilla

Miten määrittää induktiivin läpi kulkeva virta äärimmäisen alhaisilla taajuuksilla

Äärimmäisen alhaisilla taajuuksilla (kuten jatkuvavirta- tai lähellä jatkuvavirtaa olevilla taajuuksilla) induktiivin läpi kulkevaa virtaa voidaan määrittää tarkastelemalla piirin käyttäytymistä. Koska induktiivi näyttää erittäin alhaista impedanssia jatkuvavirta- tai äärimmäisen alhaisilla taajuuksilla, sitä voidaan melkein pitää lyhyysyhteytenä. Tarkemmalle virtan määrittelylle näillä taajuuksilla on kuitenkin huomioitava useita tekijöitä:

1. Induktiorin jatkuvavirtaresistanssi (DCR)

Induktori ei ole ideaalinen komponentti; sillä on tietyssä määrin säikeen vastus, jota kutsutaan jatkuvavirtaresistanssiksi (DCR). Äärimmäisen alhaisilla taajuuksilla tai jatkuvavirtatilanteissa induktiivinen reaktanssi (XL=2πfL) on merkityksetön, joten virta rajoittuu pääasiassa induktorin jatkuvavirtaresistanssin.

Jos piiri koostuu vain induktorista ja virranlähteestä, ja induktorin jatkuvavirtaresistanssi on RDC, virta I voidaan laskea Ohmin laissa:

missä V on virranlähteen jännite.

2. Ajanvakion vaikutus

Äärimmäisen alhaisilla taajuuksilla induktiivin läpi kulkeva virta ei välittömästi saavuta vakiovirtatasoaan, vaan se kasvaa siihen asteittain. Tämä prosessi ohjataan piirin ajanvakiona τ, joka määritellään seuraavasti:

missä L on induktanssi ja R DC on induktorin jatkuvavirtaresistanssi. Virta ajan funktiona voidaan kuvata seuraavalla yhtälöllä:

missä Ifinal =V/RDC on vakiovirta, ja t on aika.

Tämä tarkoittaa, että virta alkaa nollasta ja kasvaa asteittain, saavuttaen noin 99 % vakiovirtatasostaan noin 5τ:n jälkeen.

3. Virranlähteen tyyppi

Jatkuvavirtalähde: Jos virranlähde on vakiojatkuvavirtajännite, virta stabiloituu lopulta arvoon I=V/R DC riittävästi aikaa kuluttua.

Äärimmäisen alhainen vaihevirtalähde: Jos virranlähde on sini- tai pulssiwaveformi äärimmäisen alhaisella taajuudella, virta vaihtelee lähteen hetkellisen jännitteen mukaan. Äärimmäisen alhaiselle sinitaajuudelle huippuvirta voidaan arvioida seuraavasti:

missä V peak on lähteen huippujännite.

4. Muut komponentit piirissä

Jos piiri sisältää muitakin komponentteja induktorin lisäksi (kuten vastukset tai kondensaattorit), niiden vaikutusta virtaan on otettava huomioon. Esimerkiksi RL-piirissä virtan kasvunopeus riippuu sekä vastuksesta R että induktanssista L, ajanvakiona τ=L/R.

Jos piiri sisältää kondensaattoria, sen latautuminen ja purkautuminen vaikuttaa myös virtaan, erityisesti siirtymäkausina.

5. Induktorin epäideaaliset vaikutukset

Oikeat induktorit voivat sisältää parasiittisen kapasitiivisuuden ja ytimen hukka-arvon. Äärimmäisen alhaisilla taajuuksilla parasiittisen kapasitiivisuuden vaikutus on yleensä merkityksetön, mutta ytimeen liittyvät hukka-arvot voivat aiheuttaa induktorin lämpenemisen, mikä vaikuttaa sen toimintaan. Jos induktori käyttää magneettista materiaalia (kuten rautaydin), magneettinen tysi voi olla ongelma, erityisesti suurella virtauksella. Kun induktori tysiintyy, sen induktanssi L laskee huomattavasti, mikä johtaa nopeaan virtan kasvuun.

6. Mittausmenetelmät

Vakiovirtamittaus: Vakiovirtaa voidaan mitata käyttämällä virtamittaria suoraan mittaamaan virtaa, kun piiri on saavuttanut vakiotilan.

Siirtymävirtamittaus: Virtaa voidaan mitata sen muuttuessa ajan myötä käyttämällä osiloskoopiaa tai muuta laitetta, joka kykenee kaaptelemaan siirtymävastauksia. Virta-aaltojen tarkkailemisella voidaan analysoida, miten virta kasvaa ja saavuttaa lopullisen arvonsa.

7. Erityistapaus: Magneettinen tysi

Jos induktori käyttää magneettista materiaalia (kuten rautaydin), se voi syntyä magneettiseen tysiin suurella virtauksella tai vahvalla magneettikentällä. Kun induktori tysiintyy, sen induktanssi L laskee huomattavasti, mikä johtaa nopeaan virtan kasvuun. Magneettisen tynnin välttämiseksi varmista, ettei toimintavirta ylitä induktorin maksimisallittua virtaa.

Yhteenveto

Äärimmäisen alhaisilla taajuuksilla induktiivin läpi kulkeva virta määräytyy pääasiassa induktorin jatkuvavirtaresistanssista RDC, ja virtan kasvu ohjataan ajanvakiona τ=L/RDC. Jatkuvavirtalähteelle virta stabiloituu lopulta arvoon I=V/RDC. Äärimmäisen alhaiselle vaihevirtalähteelle hetkellinen virta riippuu lähteen hetkellisestä jännitteestä. Lisäksi on otettava huomioon muut piirin komponentit ja induktorin epäideaaliset ominaisuudet (kuten magneettinen tysi).