Hogyan lehet meghatározni a tekercsen áthaladó áram értékét nagyon alacsony frekvenciánál?

Hogyan határozható meg az induktor által áthaladó áram nagyon alacsony frekvencián

Nagyion alacsony frekvencián (mint például a DC vagy közel-DC frekvencián) az induktoron áthaladó áram meghatározható a kör viselkedésének elemzésével. Mivel egy induktor nagyon alacsony impedanciát mutat DC-vagy szélsően alacsony frekvencián, majdnem mint egy rövidzárat tekinthetünk. Azonban a pontosabb meghatározás érdekében számos tényezőt kell figyelembe venni:

1. Az induktor DC-ellenállása (DCR)

Egy induktor nem ideális komponens; bizonyos mennyiségű dróttellenállásra, a DC-ellenállásra (DCR) van szükség. Szélsően alacsony frekvencián vagy DC-feltételek mellett az induktív reaktancia (XL=2πfL) elhanyagolható, így az áram főleg az induktor DC-ellenállásának hatására korlátozódik.

Ha a kör csak egy induktor és egy energiaforrást tartalmaz, ahol az induktor DC-ellenállása RDC, akkor az I áram Ohm törvényével számítható:

ahol V a tápegység feszültsége.

2. A időállandó hatása

Szélsően alacsony frekvencián az induktoron áthaladó áram nem azonnal éri el a kevert állapotot, hanem lassan növekszik ebbe az állapotba. Ez a folyamat a kör időállandójának (τ) irányítja, amely a következőképpen definiálódik:

ahol L az induktancia, és R DC az induktor DC-ellenállása. Az áram időfüggése a következő egyenlettel leírható:

ahol Ifinal =V/RDC a kevert áram, és t az idő.

Ez azt jelenti, hogy az áram nulláról indul, és lassan növekszik, majdnem 99%-át érve a kevert értékét 5τ után.

3. Az energiaforrás típusa

DC-energiaforrás: Ha az energiaforrás állandó DC-feszültség, az áram végül stabilizálódik I=V/R DC értékre elegendő idő múlva.

Szélsően alacsony frekvenciájú AC-energiaforrás: Ha az energiaforrás szinuszos vagy impulzus alakú hullámformát mutat szélsően alacsony frekvencián, az áram változik a forrás pillanatnyi feszültségével. Szélsően alacsony frekvenciás szinus hullám esetén a csúcsmágusság becslhető a következőképpen:

ahol V peak a forrás csúcsmágussága.

4. Más komponensek a körben

Ha a kör más komponenseket is tartalmaz az induktoron kívül (mint például ellenállások vagy kondenzátorok), ezek hatását is figyelembe kell venni az áramra. Például egy RL-körben az áram növekedési sebessége mind az R ellenállástól, mind az L induktanciától függ, ahol az időállandó τ=L/R.

Ha a kör tartalmaz kondenzátort, a kondenzátor töltése és ürítése is befolyásolja az áramot, különösen a tranzienst időszakokban.

5. Az induktor nem ideális hatásai

A valós induktorok parasit kapacitásra és magveszteségre is számíthatnak. Szélsően alacsony frekvencián a parasit kapacitás hatása általában elhanyagolható, de a magveszteségek melegeztethetik az induktort, ami befolyásolja a teljesítményét. Ha az induktor mágneses anyagot használ (mint például vasmag), a mágneses telítettség is problémát jelenthet, különösen nagy árammel. Amikor egy induktor telített, az induktancia L jelentősen csökken, ami gyorsan növeli az áramot.

6. Mérési módszerek

Kevert áram mérése: A kevert áram méréséhez árammérőt lehet használni, hogy közvetlenül mérje az induktoron áthaladó áramot, miután a kör stabil állapotba került.

Tranzientes áram mérése: Az áram időbeli változásának méréséhez oszcilloszkópot vagy más tranzientes válaszokat képes rögzíteni eszközt lehet használni. Az áram hullámforma megfigyelésével elemítheti, hogyan nő az áram, és hogyan éri el végső értékét.

7. Különleges eset: Mágneses telítettség

Ha az induktor mágneses anyagot használ (mint például vasmag), nagy árammal vagy erős mágneses mezőben bekerülhet mágneses telítettségbe. Amikor az induktor telített, az induktancia L jelentősen csökken, ami gyorsan növeli az áramot. A mágneses telítettség elkerülése érdekében győződjön meg róla, hogy a működési áram nem haladja meg az induktor maximálisan engedélyezett áramát.

Összefoglalás

Szélsően alacsony frekvencián az induktoron áthaladó áram főleg az induktor DC-ellenállásán (RDC) alapul, és az áram növekedése a τ=L/RDC időállandóval vezérelhető. DC-energiaforrás esetén az áram végül stabilizálódik I=V/RDC értékre. Szélsően alacsony frekvenciás AC-energiaforrás esetén a pillanatnyi áram a forrás pillanatnyi feszültségétől függ. Továbbá, a kör más komponenseinek és az induktor nem ideális jellemzőinek (mint például a mágneses telítettség) is figyelembe kell venni a hatását.