วิธีการใดสามารถใช้กำหนดค่ากระแสไฟฟ้าผ่านอินดักแทนซ์ได้ที่ความถี่ต่ำมาก

วิธีการกำหนดกระแสไฟฟ้าผ่านอินดักเตอร์ที่ความถี่ต่ำมาก

เมื่อทำงานที่ความถี่ต่ำมาก (เช่น ความถี่แบบ DC หรือใกล้เคียงกับ DC) กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอินดักเตอร์สามารถกำหนดได้โดยการวิเคราะห์พฤติกรรมของวงจร เนื่องจากอินดักเตอร์แสดงค่าอิมพีแดนซ์ต่ำมากที่ DC หรือความถี่ต่ำมาก จึงสามารถถือว่าเป็นวงจรป้อนตรงอย่างไรก็ตาม เพื่อกำหนดกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำมากขึ้นที่ความถี่เหล่านี้ จำเป็นต้องพิจารณาหลายปัจจัย:

1. ความต้านทานแบบ DC (DCR) ของอินดักเตอร์

อินดักเตอร์ไม่ใช่ส่วนประกอบที่สมบูรณ์แบบ มันมีความต้านทานของลวดบางส่วนที่เรียกว่าความต้านทานแบบ DC (DCR) ที่ความถี่ต่ำมากหรือสภาพ DC แรงต้านอินดักทีฟ (XL=2πfL) น้อยเกินไป ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจะจำกัดโดยความต้านทานแบบ DC ของอินดักเตอร์เป็นหลัก

หากวงจรประกอบด้วยเพียงอินดักเตอร์และแหล่งกำเนิดไฟฟ้า โดยที่ความต้านทานแบบ DC ของอินดักเตอร์คือ RDC กระแสไฟฟ้า I สามารถคำนวณได้โดยใช้กฎของโอห์ม:

ที่ V เป็นแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิด

2. ผลของค่าคงที่เวลา

ที่ความถี่ต่ำมาก กระแสไฟฟ้าผ่านอินดักเตอร์ไม่ได้ไปถึงค่าคงที่ทันที แต่จะเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปจนถึงค่านั้น กระบวนการนี้ควบคุมโดยค่าคงที่เวลา τ ซึ่งนิยามว่า:

ที่ L คือความเหนี่ยวนำ และ R DC คือความต้านทานแบบ DC ของอินดักเตอร์ กระแสไฟฟ้าเป็นฟังก์ชันของเวลาสามารถอธิบายโดยสมการต่อไปนี้

ที่ Ifinal =V/RDC คือกระแสไฟฟ้าคงที่ และ t คือเวลา

นี่หมายความว่ากระแสไฟฟ้าเริ่มต้นที่ศูนย์และเพิ่มขึ้นค่อยเป็นค่อยไป จนถึงประมาณ 99% ของค่าคงที่หลังจากประมาณ 5τ

3. ประเภทของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดไฟฟ้าแบบ DC: หากแหล่งกำเนิดไฟฟ้าเป็นแรงดันไฟฟ้า DC คงที่ กระแสไฟฟ้าจะเสถียรที่ I=V/R DC หลังจากเวลานานพอสมควร

แหล่งกำเนิดไฟฟ้า AC ที่ความถี่ต่ำมาก: หากแหล่งกำเนิดไฟฟ้าเป็นสัญญาณไซนัสหรือสัญญาณพัลส์ที่ความถี่ต่ำมาก กระแสไฟฟ้าจะแปรผันตามแรงดันไฟฟ้าทันทีของแหล่งกำเนิด สำหรับสัญญาณไซนัสที่ความถี่ต่ำมาก กระแสไฟฟ้าสูงสุดสามารถประมาณได้ว่า:

ที่ V peak คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของแหล่งกำเนิด

4. ส่วนประกอบอื่น ๆ ในวงจร

หากวงจรมีส่วนประกอบอื่น ๆ นอกเหนือจากอินดักเตอร์ (เช่น ตัวต้านทานหรือตัวเก็บประจุ) ผลกระทบที่มีต่อกระแสไฟฟ้าต้องพิจารณา เช่น ในวงจร RL อัตราที่กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นได้รับผลกระทบจากทั้งความต้านทาน R และความเหนี่ยวนำ L ด้วยค่าคงที่เวลา τ=L/R

หากวงจรรวมถึงตัวเก็บประจุ การชาร์จและปลดประจุของตัวเก็บประจุจะมีผลกระทบต่อกระแสไฟฟ้า โดยเฉพาะในช่วงเวลาชั่วคราว

5. ผลกระทบที่ไม่สมบูรณ์ของอินดักเตอร์

อินดักเตอร์จริงอาจมีความจุพาราไซติกและการสูญเสียแกนกลาง ที่ความถี่ต่ำมาก ผลกระทบของความจุพาราไซติกมักจะน้อย แต่การสูญเสียแกนกลางอาจทำให้อินดักเตอร์ร้อน กระทบต่อประสิทธิภาพ หากอินดักเตอร์ใช้วัสดุแม่เหล็ก (เช่น แกนเหล็ก) ภาวะ satuasi แม่เหล็กอาจเป็นปัญหา โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้กระแสไฟฟ้าสูง เมื่ออินดักเตอร์ satuasi ความเหนี่ยวนำ L ลดลงอย่างมาก ทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

6. วิธีการวัด

การวัดกระแสไฟฟ้าคงที่: เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าคงที่ สามารถใช้มาตรวัดกระแสไฟฟ้าวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอินดักเตอร์เมื่อวงจรเข้าสู่สถานะเสถียร

การวัดกระแสไฟฟ้าชั่วคราว: เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าขณะเปลี่ยนแปลง สามารถใช้ออสซิลโลสโคปหรือเครื่องมือที่สามารถจับภาพการตอบสนองชั่วคราว ด้วยการสังเกตคลื่นกระแสไฟฟ้า คุณสามารถวิเคราะห์ว่ากระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและไปถึงค่าสุดท้ายอย่างไร

7. กรณีพิเศษ: ภาวะ satuasi แม่เหล็ก

หากอินดักเตอร์ใช้วัสดุแม่เหล็ก (เช่น แกนเหล็ก) มันอาจเข้าสู่ภาวะ satuasi แม่เหล็กที่กระแสไฟฟ้าสูงหรือสนามแม่เหล็กแรง เมื่ออินดักเตอร์ satuasi ความเหนี่ยวนำ L ลดลงอย่างมาก ทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เพื่อหลีกเลี่ยงภาวะ satuasi แม่เหล็ก ให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าในการทำงานไม่เกินกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่กำหนดไว้ของอินดักเตอร์

สรุป

ที่ความถี่ต่ำมาก กระแสไฟฟ้าผ่านอินดักเตอร์จะกำหนดโดยความต้านทานแบบ DC RDC ของอินดักเตอร์ และการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าจะควบคุมโดยค่าคงที่เวลา τ=L/RDC สำหรับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแบบ DC กระแสไฟฟ้าจะเสถียรที่ I=V/RDC สำหรับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า AC ที่ความถี่ต่ำมาก กระแสไฟฟ้าทันทีขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าทันทีของแหล่งกำเนิด นอกจากนี้ ผลกระทบที่มีต่อส่วนประกอบอื่น ๆ ในวงจรและคุณสมบัติที่ไม่สมบูรณ์ของอินดักเตอร์ (เช่น ภาวะ satuasi แม่เหล็ก) ควรถูกพิจารณา