Apa yang membuat voltase kickback tidak mencapai voltase tak terbatas?


11

Kita tahu bahwa tegangan pada induktor ditentukan oleh rumus:

V=Ldsayadt

Jadi dalam kasus di mana aliran arus tiba-tiba terganggu (seperti ketika kontak mekanis dibuka), lonjakan tegangan terjadi dalam kehidupan nyata.

Namun, ini tidak selalu terjadi: kami tidak melihat busur terjadi pada beban induktif kecil. (Dengan beban induktif kecil yang saya maksud adalah motor mobil mainan, misalnya.) Namun, rumusnya mengatakan bahwa istilah harus mendekati tak terhingga ketika kontak mekanis dibuka, oleh karena itu istilah (yang harus kecil dalam beban induktif kecil) seharusnya tidak memiliki efek yang signifikan. Sederhananya, kita harus dapat melihat bunga api kapan saja kita membuka beban induktif - terlepas dari induktansi. LdidtL

Apa faktor praktis yang menghentikan tegangan mencapai infinity? Apakah aliran saat ini benar-benar menurun lebih lambat, atau apakah formula mungkin tidak cukup untuk "diskontinuitas" seperti itu?


5
Koil praktis memiliki resistansi non-nol.
filo

2
@filo Mengapa resistensi penting jika tidak ada aliran saat ini?
CK

2
Jika tidak ada aliran saat ini pada saat kontak terbuka, mengapa Anda mengharapkan percikan di kontak?
The Photon

2
Tetapi jawaban sebenarnya ada pada jawaban Laptop --- kapasitansi yang berliku membatasi voltase.
The Photon

5
Infinity terjadi ketika Anda menganggap sesuatu itu nol, pada kenyataannya, tidak.
J ...

Jawaban:


17

Induktor nyata terlihat seperti ini (ditunjukkan di bawah ini adalah induktor dengan 4 kumparan) ada sejumlah kecil (biasanya dalam kisaran pF-fF) kapasitansi antara masing-masing kumparan. Setiap potongan kawat juga memiliki beberapa resistensi yang terkait dengannya.

Karena setiap kumparan dalam sebuah induktor memiliki resistansi (atau setiap bagian dari kawat jika Anda mempertimbangkan satu kumparan) ini menghambat arus dan mengurangi tegangan. Sejumlah kecil kapasitansi juga akan menyimpan sebagian tegangan dan mencegah perubahan tegangan sesaat.

Ini semua menyerap energi yang mencegah Elective Motive Force (EMF) yang telah disimpan di sekitar induktor dari menghasilkan tegangan tak terbatas. Induktor sebenarnya dapat disederhanakan menjadi rangkaian seperti yang ada di sebelah kiri di bawah ini.

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Sebuah koil superkonduktor akan dapat menghasilkan tegangan yang jauh lebih besar karena kerugian yang jauh lebih rendah karena parasit.


3
Saya sarankan Anda mengubah "menghambat elektron" menjadi "menghambat arus". Ada beberapa pertanyaan membingungkan mengenai elektron dalam beberapa minggu terakhir.
Transistor

2
Ya, itu bukan elektron yang membawa energi saat ini, itu medan listrik.
Voltage Spike

1
Meresonansi kapasitansi juga memungkinkan voltase sangat besar. Maka itu adalah kumparan Tesla
Henry Crun

1
Semuanya benar, kecuali EMF tidak disimpan inncoils. EMF adalah Volts, yang disimpan adalah energi magnetik, IIL / 2, yang didefinisikan oleh Amperes.
Gregory Kornblum

@ GregoryKornblum Hak Anda, yang seharusnya membaca "di sekitar induktor" bukan "di induktor". Adalah umum untuk menyebut tegangan yang tersimpan di sekitar koil sebagai EMF. Weber / detik = volt
Voltage Spike

7

Setiap sistem penyimpanan energi (induktor) memiliki ukuran bukan nol.

Apa pun yang ukurannya tidak nol memiliki medan listrik atau kapasitansi yang tidak nol. Sambungan perangkat biasanya merupakan sumber kapasitansi parasit yang besar. Sistem flyback menggunakan dioda untuk mentransfer energi ke kapasitor beban.

Pada perjalanan puncak tegangan, semua energi induktif telah (1) dihamburkan sebagai panas (2) diradiasikan sebagai medan EM (3) disimpan di medan listrik dari kapasitansi yang disengaja dan parasit.


5

Resistansi seri sangat penting dengan tegangan "kickback" karena kapasitansi seri "sakelar" saat dibuka. Ini membentuk rangkaian resonansi RLC seri klasik yang memiliki sifat penguatan tegangan dengan rasio impedansi

Q=|XC|R=|XL|R=ω0LRω0=1LC

|Vhal|=QVdc

Ketika mende-energisasi rangkaian dengan sakelar kontak saat t pergi ke 0, V / L = dI / dt, V tidak menuju tak terhingga karena kapasitansi parasit ini.

Contoh

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

mis. Pertimbangkan rangkaian seri, Vdc = 1V, L = 1uH, R = 1 Ohm, Idc = 1A . Apa kickback tegangan sakelar, bila baru dibuka, jika Csw = 1pF ?

1V, 100V, 1kV, 1e6 V atau tidak terbatas?

Sekarang pertimbangkan hal yang sama untuk sakelar FET dengan kapasitansi keluaran 1nF dengan RdsOn << 1% dari R = 1. Apa itu dV?

ps jika Anda mempelajari sesuatu, maka komentar jawaban Anda.

Jawaban intuitif adalah bahwa saklar beralih dari konduktor ke kapasitor kecil yang menyimpang yang membatasi laju perubahan tegangan dan seperti halnya induktor membatasi laju perubahan tegangan arus dan pada frekuensi resonansinya kenaikan tegangan, Q pada ω0 berbanding terbalik sebanding dengan R, jadi seri R yang lebih besar mengurangi tegangan.

Vhal=sayadcLC

Lain-lain

ZHai=LC

Vhal=sayadcZ0sayadc


3

Perhatikan saja contoh sederhana dari aliran 100 uH dan 1 amp. Ketika kontak dalam rangkaian dengan induktor terbuka, mungkin ada 5 pF kapasitansi parasit yang tersisa di induktor dan bahwa 1 amp akan membuat tegangan balik tinggi tetapi berapa banyak?

saya=CdVdt

Jadi berpotensi (tidak ada kata yang dimaksudkan) tegangan di kapasitor 5 pF bisa naik pada kecepatan 200 kV / mikrodetik. Mengingat bahwa tegangan awalnya berpotensi diabaikan dalam perbandingan, dalam beberapa detik mikro tegangan yang cukup besar dapat berkembang. Namun ini dikurangi dengan kurangnya energi yang tersimpan di induktor: -

W=Lsaya22

Atau 5 joule mikro. Semua energi ini secara siklik akan dipindahkan ke kapasitor dan kita dapat menyamakan rumus energi kapasitor menjadi 5 uJ untuk memberi kita tegangan maksimum: -

W=CV22

Ini menghasilkan tegangan kapasitor puncak 1414 volt.


Terima kasih atas jawaban Andy, saya yakin ada jawaban "konservasi energi" untuk ini.
CK

No probs dude ..
Andy alias

@ ÇetinKöktürk Saya setuju bahwa "energi" yang tersimpan di L dan C adalah cara terbaik untuk memikirkan hal ini. Ini mengarah langsung ke pemahaman yang benar secara fundamental. (sedangkan perspektif "analisis sirkuit" agak tidak langsung dan agak membingungkan masalah sebenarnya: penyimpanan dan pergerakan energi)
Henry Crun

@ Andy hal yang menyenangkan tentang sakelar adalah jarak kontak variabel saat sakelar terus terbuka lebih jauh; ini mengurangi kapasitansi dan membuat tegangan menjadi lebih tinggi, mungkin sekali lagi menikam busur; sakelar adalah penghasil sampah jahat ketika energi dapat disimpan di beberapa kabel dan kemudian beresonansi dengan sakelar variabel kontak-kapasitansi.
analogsystemsrf
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.