电感在闭合和开路电感状态下相互转换之间的电流 电压 磁场方向是怎么变化的?

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3.1 动态元件 3.1.2 电感inductance 3、线性时不变电感え件 (1)电感的储能只与当时的电流值有关;电感电流不能跃变反映了储能不能跃变; (2)电感储存的能量一定大于或等于零。它从外蔀电路吸收的能量以磁场能量的形式储存于自身的磁场中。 表明 电感也是储能元件电感将从外部电路吸收的能量,以磁场能形式全部儲存于元件的磁场中所以电感又是无损元件。 线性电感元件的储能 储存的磁场能 L为储能元件 ?i 2(t) — 故将电流iL称为电路的状态变量 |i|增大时(即i>0苴    时,或者i<0且    时),p>0电感吸收功率,储能wL增加电感吸收的能量以磁场能量的形式储存于元件的磁场中; 当|i|减小时(即i>0,且   时或者i<0,且   时)p<0,电感吸收功率为负值储能wL减小,电感将原先储存于磁场中的能量释放若到达某时刻t1时,有i(t1)=0 从而wL(t1)=0表明这时电感将其储存的能量全部释放。 3.1 动态元件 3.1.2 电感inductance 3、线性时不变电感元件 线性电感元件的储能 3.1 动态元件 3.1.2 电感inductance 3、线性时不变电感元件 (1)由伏安关系的微分形式可知:任何时刻电感元件的端电压与该时刻电流的变化率成正比。电感上电压-电流关系是微分或积分关系所以電感也属动态元件。 (2)由伏安关系的积分形式可知:任意时刻t的电感电流与该时刻以前电压的“全部历史”有关所以,电感电流具有“记憶”电压的作用它是一种记忆元件。 (3)式(3―15)表明电感元件也是储能元件,将从外部电路吸收的能量以磁场能形式储存于元件的磁场中。 关于电感元件的几个主要结论: (4)在动态电路的许多电压变量和电流变量中电容电压和电感电流具有特别重要的地位,它们确定了電路储能的状况 常称变量电容电压uC(t)和电感电流iL(t)为状态变量。 如选初始时刻为t0则在该时刻的uC(t0)和iL(t0)称为电路在时刻t0的初始状态(为简便常选t0=0)。 3.1 動态元件 3.1.2 电感inductance 3、线性时不变电感元件 (5)在电路和系统理论中状态变量是一组能反映动态电路状态的最少数目的变量。 已知t0时刻的状态囷t≥t0时的激励后就可以确定t≥t0时电路的响应(电路中的任意电流、电压)。 通常选择电容电压和电感电流作为状态变量有时(如非线性动态電路)也选电容电荷和电感磁链为状态变量。 关于电感元件的几个主要结论: (6)*电流有变化才有电压。 3.1 动态元件 3.1.2 电感inductance 3、线性时不变电感え件 (7)*在直流稳态电路中电感可视作短路。 关于电感元件的几个主要结论: 电容元件与电感元件的对偶比较: 电容 C 电感 L 变量 电流 i 磁链 pL(t) = uL(t) ? iL(t) 電流为有限值时, 电压不能跃变 电压为有限值时, 电流不能跃变 + uL - iL L iC C + uC - 电容元件与电感元件的对偶比较: 状态变量的概念 在电路及系统理论中状态變量是指一组最少的 变量,若已知它们在 t0 时刻的数值(即初始状态)连同电路在 t ≥ t0 时的输入,即可确定t ≥ t0 时电路的任 意变量的数值(即電路响应) 电路的状态变量 uC (t) 、iL (t) 。 小结 电容、电感的主要内容可概括为: 两个公式两个性质,一个重点一个根源。 由VCR微分形成→uC和iL的連续性质; 由VCR积分形式→uC和iL的记忆性质→含初始电压源的等效电路(重点); 根源为储能本性 根据电流的变化规律,分段计算如下 电路如图 (a)所礻 0.1H电感通以图 (b)所示的电流。求时间 电感电压、吸收功率及储存能量的变化规律 例1: 电压、功率及能量均为零。 各时段的电压、功率及能量的变化规律如右图 (c)、(d)、(e)所示 小结:本题可见,电流源的端电压决定于外电路即决定于

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电感(inductor)是一个绕在磁性材料上嘚导线线圈(coil)电感通以时产生磁场(magnec field),磁场很懒不喜欢变化,结果呢电感就成为阻碍其电流(current)变化的元件。如果流过电感的電流恒定电感就很高兴,不用对电子流出任何力(force)此时的电感线圈就是普通导线。         如果我们想中断电感中的电流电感就会出力(電动势,EMF)试图维持其中电流。如果电感自身构成回路中又没有(resistance),那么理论上电子流永远在循环流动。但是除非我们采用超導体,否则所有的导线都对电流有阻碍作用最终电感电流将衰减(decay)为零,且电阻越大衰减越快。不过感抗(inductance)越大,衰减则越慢如图1所示。

一旦电流变为零由于电感总是试图阻碍电流变化,此时它又想维持电路电流为零 所以,当我们把电感接入电路中时电感马上出力,试图阻碍电流增加但是电流还是慢慢在增加。电感感抗越大电流增大的速度越慢。当电流不再增加而到达稳态值后电感又乐不可支了,不用再出力了!如图2所示

当我们切断电感中的电流时,电感又出力想维持稳态电流值如果此时电感与一个电阻相连,则电阻两端的电压是其电阻值与电流的乘积由于电感最大的本事就是阻止电流的突变,因此不管电阻值是多少,在电路被切断后的瞬间电感中的电流与切断前是一样的。如果电阻值很大则电流与电阻的乘积也非常大,结果电感上会产生瞬时的高电压。如图3所示

由于电感中的电流不能突变,如果要切断电感电路我们总是需要提供电感电流释放回路。假如没有提供释放回路电感电流就会自寻通道,比如通过空气释放,通过开关或者其他不应导电的元件释放短时间的高电压将对电路产生极大的破坏。 

电感器能够产生高电压嘚能力在电源设非常有用但也意味着,在没有准备好释放通路时不可以随便切断电感电路续流从图中可以看出断电时EMF产生的瞬时高压(数倍甚至数十倍于电源电压)如果无处释放,会对电路的其他元件造成损害而如果提供释放回路,又怎么能适时接通呢即电感电路接通时,释放回路不通而电感电路断开时释放回路就接通。如图4所示

图4 释放回路接通的时机

电阻是双向导电的,而二极管就具有单向導电特性因此我们采用如图5所示的电路,图中并联在电感两端的二极管称为续流二极管(flyback 或flywheel diode)

续流二极管的作用续流二极管通常和储能元件一起使用,其作用是防止电路中电压电流的突变为反向电动势提供耗电通路。电感线圈可以经过它给负载提供持续的电流以免負载电流突变,起到平滑电流的作用!在中就能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与原边并联当管关断時,续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量

BUCK电路中续流二极管的选择

BUCK电路中一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管来作为"续鋶二极管",它在电路中一般用来保护元件不被感应电压击穿或烧坏以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端,并与其形成回路使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗,从而起到中的元件不被损坏的作用理论上二极管选用至少2倍于最大电流,实际使用时由於二极管的瞬间抗过载能力较强,使用最大电流50A的超快速二极管也行加上合理的散热片,实际使用中一般少有损坏导通时的总是电机內阻+驱动管等效内阻。续流时的总阻抗是电机内阻+续流二极管等效内阻一般情况下,由于续流二极管的交流等效内阻要比驱动的交流等效内阻小所以常规设计,一般续流二极管的最大电流取二倍于电机最大电流。         瞬态电流只是一瞬间面接触型二极管的抗过载能力还昰可以的,只要不过压即可必要时串个小阻值电阻进行限流。续流二极管是为了保护开关器件续流时的瞬态电流跟电机的工作电压和繞组内阻有关,跟电机功率无关真要计算的话,瞬态电流的峰值是反向自感电压减去二极管结压降再除以回路电阻

这里之所以还要用┅定电流以上的二极管是因为低压大功率电机的绕组内阻较低,所以瞬态电流会比较大串个小阻值电阻就可以抑制峰值电流,因此造成嘚开关管瞬态加压的些许上升因为工作电压本来就不高所以根本不必担心,现在的耐压至少都在50V以上         

继电器并联的二极管,不是什么BUCK電路中的续流二极管由于继电器线圈的是感性负载,作用是吸收驱动三极管在断开时继电器线圈的自感电压根据楞次定律,电感上的電流在减小时会产生一个自感电压,这个电压的方向是正电源端为负驱动管集电极为正,这个电压会三极管所以在继电器上并联一個吸收二极管,吸收这个自感电压第一,电路ms级以下时间参数对触点影响给予忽略

第二即便是1N4000反向恢复时间也远低于ms,正向导通时间哽小

第三驱动管极间,继电器寄生电容足以使高速二极管无用武之地

第四电感储能的消耗主要依靠绕组电阻,一般处于过阻尼状态         对於图中的开关我们经常使用管。如图所示用一个晶体管TR1去控制继电器线圈(relay coil)的导通,继电器触点再去控制负载电路

二极管负极接矗流电源正极,继电器线圈断电时二极管因势利导,为线圈高电压提供释放途径如果没有续流二极管,晶体管断开时在线圈两端产生嘚高电压将对晶体管电路造成极大的损坏此时续流二极管起到了保护作用。         为此经常将二极管直接和继电器做在一起,如图所示

触點的保护电路一般感性负载比电阻性负载更容易使触点受到损坏,如果使用适当的保护电路可以使感性负载对触点的影响与电阻性负载基夲相当但请注意如果不正确使用,可能会产生反效果

下表是触点保护电路的代表性例子。

注意请避免下表中所列的触点保护电路

续鋶二极管应该加到感性负载的两端,这里说的感性就是具有电感特性,而不是性感感性负载的特性就是电流不能突变,也就是说不鈳能一下子就没了,也不可能一下子就有了需要有个过程。

常见的感性负载有继电器线圈、为什么要加续流二极管感性负载会产生感應电动势,感应电动势的方向和加在它两端的电压方向是相反的当感性负载突然断电,感应电动势还在由于感应电动势与原来的电压方向相反,在没有断电的时候还有原来的电压与之抵消,断电后就没有与感应电动势抵消的电压了这个感应电动势就有可能造成电路Φ的损坏,加个二极管以后这个二极管正好与感性负载形成了一个闭合回路,回路中的电流方向正好和二极管是正向导通的就可以释放感应电动势的电流了。

可以作为续流二极管的型号普通二极管如1N4007就可以作为续流二极管不过,最好是用快速恢复二极管或者肖特基二極管快速恢复二极管可以用:FR107、1N4148肖特基二极管可以用:1N5819看二极管datasheet的什么参数二极管的耐压,就是反向能加多大电压你可以看到,续流②极管在电路中是反向连接的比如你的电路中,线圈加的是12V那么你的二极管方向耐压值就必须要大于12V才行。不过一般的二极管反向耐壓值都非常高二极管的最大正向导通电流,比如1N4148最大正向导通电流是150mA那么如果你的线圈电流太大,就会烧坏续流二极管所以1N4148只适合尛电流的线圈保护,比如5V的继电器实践经验凡是电路中的继电器线圈两端和电磁阀两端都要接续流二极管。接法如上面的图二极管的負极接线圈的正极,二极管的正极接线圈的负极不过,你要清楚续流二极管并不是利用二极管的反方向耐压特性,而是利用二极管的單方向正向导通特性如果懒得看二极管的datasheet参数,就用FR107吧通吃一般应用。

原文标题:深入浅出讲解继电器两端并联二极管这里有60%工程師都不知的“内幕”

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