Индуктивность и «обратные» напряжения

Это не то, как работает физика, но с точки зрения схемы вы можете думать о катушке индуктивности как об инерции тока. Чем больше индуктор, тем больше инерция тока.

Когда вы прикладываете фиксированное напряжение к катушке индуктивности, ток нарастает линейно. Если бы вы затем замкнули катушку индуктивности, чтобы ток мог циркулировать, это продолжалось бы вечно, если бы катушка индуктивности была идеальной. Настоящие катушки индуктивности, которые вы можете купить, сделаны из проволоки, поэтому имеют некоторое конечное сопротивление. Ток, умноженный на сопротивление, создает обратное напряжение, которое замедляет ток. Но поскольку обратный толчок пропорционален току, а не фиксирован, ток затухает экспоненциально, а не линейно, если бы ток был фиксированным.

На самом деле катушки индуктивности были сделаны из сверхпроводящего материала, и они действительно циркулируют ток вечно, если вся петля является сверхпроводящей.

Если вы можете представить себе катушку индуктивности, обеспечивающую инерцию тока, и, следовательно, то, как фиксированное напряжение вызывает линейное возрастание тока, пришло время рассмотреть, что происходит, когда кто-то пытается внезапно прервать этот ток. Подумайте о попытке мгновенно остановить движущуюся массу. Произойдут две вещи. Во-первых, он не остановится мгновенно. Во-вторых, масса создаст огромную силу против того, что пытается ее остановить. Индуктор будет делать то же самое, но здесь сила — это напряжение. Чем быстрее вы пытаетесь остановить ток, тем больше индуктор будет отталкиваться с более высоким напряжением.

Но вы говорите, что выключатель мгновенно останавливает ток при размыкании. Даже если бы переключатель был идеальным и мог бы это сделать, все равно был бы какой-то момент, в котором контакты едва разъединялись. Катушке индуктивности не нужно создавать большое напряжение, чтобы между контактами возникала дуга. Как только дуга сформирована, ее легче поддерживать на больших расстояниях. Это потому, что воздух, который вы видите светящимся как искра, стал плазмой, которая довольно хорошо проводит электричество. Таким образом, контакты переключателя, возможно, разошлись, но теперь все еще соединены «проводом» плазменной дуги. Требуется некоторое напряжение, чтобы поддерживать эту дугу, которая толкает назад против тока индуктора, что приводит к уменьшению тока.

В конце концов, тока будет недостаточно для поддержания дуги, и выключатель, наконец, полностью разомкнется. В этот момент большая часть энергии, хранящейся в катушке индуктивности, уже израсходована, а то немногое, что осталось, заряжает неизбежную паразитную емкость, которая всегда присутствует на катушке индуктивности. Теперь у вас есть схема резервуара LC, которая некоторое время будет колебаться вперед и назад. Небольшая оставшаяся энергия рассеивается на сопротивлении провода в индукторе, когда ток плещется через него туда-сюда. Колебания затихают, и все, наконец, действительно отключается в той мере, в какой вы можете измерить или о чем заботиться.

Это искрение на переключателях вполне реально и является проблемой для переключателей и реле. Это одна из причин, по которой реле изнашиваются и часто имеют разные номиналы для индуктивных нагрузок. Каждая дуга немного повредит переключатель, что учитывается в рейтинге жизненных циклов переключателя или реле.

Транзисторы также можно использовать для быстрого отключения катушек индуктивности. Фактически, это основа общей топологии импульсного источника питания с повышающим преобразователем. Зарядив катушку индуктивности током, а затем преднамеренно пытаясь быстро ее выключить, вы можете использовать тот факт, что катушка индуктивности создаст для вас более высокое напряжение, чем было изначально.

Если вы подключите переключатель, я предполагаю, что точки 1 и 2 будут +9 В.

Да, напряжение между 1 и 2 составляет 9 В.

Теперь, когда вы отключите переключатель, какими будут точки 1 и 2? Будет ли 1 0 В, а 2 - высоким положительным напряжением?

В точке 1 по-прежнему будет 9 В. В точке 2 будет некоторое высокое положительное напряжение.

Правильно ли сказать, что когда катушка индуктивности отключается, она в основном становится «обратным» конденсатором с источником высокого напряжения?

Не совсем. Однако всегда есть некоторая емкость на переключателе. Попробуйте эту симуляцию .

Представьте, что течение имеет большой вес/импульс и не хочет прекращать движение, когда вы открываете переключатель, как труба, полная воды, и вы пытаетесь перегородить ее барьером. Вода захочет пройти через барьер из-за импульса, но не может, поэтому вместо этого давление возрастает очень сильно.

Можно ли как-то использовать такую ​​схему для зарядки конденсатора до напряжения выше 9В?

Да. Это основа повышающих преобразователей .