Hvordan kan verdien av strøm gjennom en spenningsevne fastsettes ved veldig lave frekvenser?

Hvordan bestemme strømmen gjennom en spole ved ekstremt lave frekvenser

Når man opererer ved ekstremt lave frekvenser (som DC eller nær-DC-frekvenser), kan strømmen som flyter gjennom en spole, bestemmes ved å analysere kretsens oppførsel. Ettersom en spole viser svært lav impedans ved DC eller ekstremt lave frekvenser, kan den nesten betraktes som en kortslutning. For mer nøyaktig bestemmelse av strømmen ved disse frekvensene, må flere faktorer tas i betraktning:

1. DC motstand (DCR) til spolen

En spole er ikke et ideelt komponent; den har en viss mengde trådmotstand kjent som DC motstand (DCR). Ved ekstremt lave frekvenser eller DC-forhold er induktiv reaktiviteten (XL=2πfL) fornevnelig, så strømmen er hovedsakelig begrenset av spolens DC motstand.

Hvis kretsen består bare av en spole og en strømkilde, med spolens DC motstand være RDC, kan strømmen I beregnes ved hjelp av Ohms lov:

der V er spenningen fra strømkilden.

2. Effekten av tidskonstanten

Ved ekstremt lave frekvenser nårmer strømmen seg ikke umiddelbart sin stabile verdi, men øker gradvis til denne verdien. Dette prosess styres av kretsens tidskonstant τ, som defineres som:

der L er induktansen og R DC er spolens DC motstand. Strømmen som funksjon av tid kan beskrives ved følgende ligning:

der Ifinal =V/RDC er den stabile strømmen, og t er tid.

Dette betyr at strømmen starter på null og øker gradvis, og når omtrent 99% av sin stabile verdi etter omtrent 5τ.

3. Type strømkilde

DC strømkilde: Hvis strømkilden er en konstant DC spenning, vil strømmen til slutt stabilisere seg ved I=V/R DC etter nok tid.

Ekstremt lavfrekvent AC strømkilde: Hvis strømkilden er en sinusformet eller pulserende bølgeform ved ekstremt lav frekvens, vil strømmen variere med den øyeblikkelige spenningen fra strømkilden. For en ekstremt lavfrekvent sinusbølge, kan toppstrømmen approksimeres som:

der V peak er toppspenningen fra strømkilden.

4. Andre komponenter i kretsen

Hvis kretsen inneholder andre komponenter enn spolen (som motstander eller kondensatorer), må deres effekt på strømmen tas i betraktning. For eksempel, i en RL krets, påvirkes hastigheten for strømtilvekst av både motstanden R og induktansen L, med tidskonstanten τ=L/R.

Hvis kretsen inkluderer en kondensator, vil opplading og avlading av kondensatoren også påvirke strømmen, spesielt under overgangsperioder.

5. Ikke-ideelle effekter av spolen

Reelle spoler kan ha parasittkapasitans og kjernetap. Ved ekstremt lave frekvenser er effekten av parasittkapasitans vanligvis fornevnelig, men kjernetap kan føre til at spolen varmes opp, noe som påvirker dens ytelse. Hvis spolen bruker magnetisk materiale (som en jernkjern), kan magnetisk mättnad også være et problem, spesielt under høy strøm. Når en spole satureres, synker induktansen L betydelig, noe som fører til en rask økning i strøm.

6. Målemetoder

Måling av stabil strøm: For å måle den stabile strømmen, kan en strømmåler brukes til direkte måling av strømmen som flyter gjennom spolen når kretsen har nådd en stabil tilstand.

Måling av overgangsstrøm: For å måle strømmen som den endrer seg over tid, kan en oscilloskop eller annet instrument som kan fange overgangssvar, brukes. Ved å observere strømbølgen, kan du analysere hvordan strømmen vokser og når sin endelige verdi.

7. Spesialtilfelle: Magnetisk mättnad

Hvis spolen bruker magnetisk materiale (som en jernkjern), kan den komme i en tilstand av magnetisk mättnad ved høy strøm eller sterke magnetiske felt. Når spolen satureres, synker induktansen L betydelig, noe som fører til en rask økning i strøm. For å unngå magnetisk mättnad, sørg for at driftsstrømmen ikke overskrider spolens maksimale tillatte strøm.

Sammendrag

Ved ekstremt lave frekvenser er strømmen gjennom en spole hovedsakelig bestemt av spolens DC motstand RDC, og strømvæksten styres av tidskonstanten τ=L/RDC. For en DC strømkilde, vil strømmen til slutt stabilisere seg ved I=V/RDC. For en ekstremt lavfrekvent AC strømkilde, avhenger den øyeblikkelige strømmen av den øyeblikkelige spenningen fra strømkilden. I tillegg må tilstedeværelsen av andre kretskomponenter og ikke-ideelle egenskaper hos spolen (som magnetisk mättnad) tas i betraktning.