Kako se može odrediti vrijednost struje kroz induktivitet na vrlo nizkim frekvencijama

Kako odrediti struja kroz induktor na ekstremno niskim frekvencijama

Kada se radi na ekstremno niskim frekvencijama (kao što su DC ili blizu-DC frekvencije), struja koja teče kroz induktor može se odrediti analizom ponašanja kruga. Budući da induktor pokazuje vrlo niski impedans na DC ili ekstremno niske frekvencije, može se gotovo smatrati kraćim spojem. Međutim, za preciznije određivanje struje na ovim frekvencijama, potrebno je uzeti u obzir nekoliko faktora:

1. DC otpornost (DCR) induktora

Induktor nije idealni komponent; ima određenu količinu otpora žice poznat kao DC otpornost (DCR). Na ekstremno niskim frekvencijama ili DC uvjetima, induktivni reaktansi (XL=2πfL) su zanemarivi, tako da je struja uglavnom ograničena DC otpornosti induktora.

Ako se sastoji samo od induktora i izvora napajanja, s DC otpornosti induktora RDC, struja I može se izračunati koristeći Ohmov zakon:

gdje je V napajajuće napon.

2. Učinak vremenske konstante

Na ekstremno niskim frekvencijama, struja kroz induktor ne doseže odmah svoju stabilnu vrijednost, već se postepeno povećava do te vrijednosti. Taj proces upravlja se vremenskom konstantom τ, koja se definira kao:

gdje je L induktivnost, a R DC je DC otpornost induktora. Struja kao funkcija vremena može se opisati sljedećom jednadžbom

gdje je Ifinal =V/RDC stabilna struja, a t je vrijeme.

To znači da struja počinje s nulom i postepeno raste, dostizajući približno 99% svoje stabilne vrijednosti nakon otprilike 5τ.

3. Tip izvora napajanja

DC izvor napajanja: Ako je izvor napajanja konstantan DC napon, struja će se eventualno stabilizirati na I=V/R DC nakon dovoljnog vremena.

Izvor napajanja na ekstremno niske frekvencije AC: Ako je izvor napajanja sinusni ili pulsirajući val na ekstremno niskojoj frekvenciji, struja će varirati s trenutnim naponom izvora. Za sinusni val na ekstremno niskojoj frekvenciji, vrhovna struja može se aproksimirati kao:

gdje je V peak vrhovni napon izvora.

4. Ostali komponenti u krugu

Ako krug sadrži druge komponente osim induktora (kao što su otpornici ili kondenzatori), njihovi učinci na struju moraju se uzeti u obzir. Na primjer, u RL krugu, brzina rasta struje utječe se i otporom R i induktivnošću L, s vremenskom konstantom τ=L/R.

Ako krug uključuje kondenzator, nabijanje i ispunjavanje kondenzatora također će utjecati na struju, posebno tijekom prelaznih razdoblja.

5. Nenamjerni učinci induktora

Stvarni induktori mogu imati parazitnu kapacitet i gubitke u jezgru. Na ekstremno niskim frekvencijama, učinak parazitne kapaciteta je obično zanemariv, ali gubitci u jezgru mogu uzrokovati zagrijavanje induktora, što utječe na njegovu performansu. Ako induktor koristi magnetski materijal (kao što je željezno jezgro), magnetska nasycenost također može biti problem, posebno pod visokim strujama. Kada induktor nasyci, njegova induktivnost L značajno pada, što dovodi do brzog porasta struje.

6. Metode mjerenja

Mjerenje stabilne struje: Za mjerenje stabilne struje, može se koristiti ampermetar za direktno mjerenje struje koja teče kroz induktor nakon što je krug dosegao stabilno stanje.

Mjerenje prelazne struje: Za mjerenje struje tijekom vremena, može se koristiti osciloskop ili drugi instrument sposoban za hvatanje prelaznih odgovora. Pregledom talasa struje, možete analizirati kako struja raste i dostiže svoju konačnu vrijednost.

7. Poseban slučaj: Magnetska nasycenost

Ako induktor koristi magnetski materijal (kao što je željezno jezgro), može stupiti u stanje magnetske nasycenosti pri visokim strujama ili jakim magnetskim poljima. Kada induktor nasyci, njegova induktivnost L značajno pada, što dovodi do brzog porasta struje. Da bi se izbjegla magnetska nasycenost, osigurajte da radna struja ne premaši maksimalnu nominalnu struju induktora.

Sažetak

Na ekstremno niskim frekvencijama, struja kroz induktor uglavnom se određuje DC otpornosti RDC induktora, a rast struje kontrolira se vremenskom konstantom τ=L/RDC. Za DC izvor napajanja, struja će se eventualno stabilizirati na I=V/RDC. Za izvor napajanja na ekstremno niske frekvencije AC, trenutna struja ovisi o trenutnom naponu izvora. Također, prisustvo drugih komponenata u krugu i nenamjerni karakteristike induktora (kao što je magnetska nasycenost) trebaju se uzeti u obzir.