Induktor-Übergangsreaktion
Induktivitäten haben die genau entgegengesetzten Eigenschaften von Kondensatoren. Während Kondensatoren Energie in einem elektrischen Feld (erzeugt durch die Spannung zwischen zwei Platten), Induktivitäten speichern Energie in einem magnetischen Feld (erzeugt durch den Strom durch den Draht). Während also die gespeicherte Energie in einem Kondensator versucht, eine konstante Spannung an seinen Anschlüssen aufrechtzuerhalten, versucht die gespeicherte Energie in einem Induktor, einen konstanten Strom durch seine Wicklungen aufrechtzuerhalten.
Aus diesem Grund wirken Induktoren Stromänderungen entgegen und verhalten sich genau umgekehrt wie Kondensatoren, die Spannungsänderungen entgegenwirken. Ein vollständig entladener Induktor (kein Magnetfeld), durch den kein Strom fließt, wirkt anfangs als offener Stromkreis, wenn er an eine Spannungsquelle angeschlossen wird (da er versucht, den Strom null zu halten), und lässt die maximale Spannung über seine Leitungen ab.
Im Laufe der Zeit steigt der Strom der Induktivität auf den von der Schaltung zulässigen Maximalwert an und die Klemmenspannung sinkt entsprechend. Sobald die Klemmenspannung der Induktivität auf ein Minimum gesunken ist (null für eine „perfekte“ Induktivität), bleibt der Strom auf einem maximalen Niveau und verhält sich im Wesentlichen wie ein Kurzschluss.
Wenn der Schalter zum ersten Mal geschlossen wird, springt die Spannung an der Induktivität sofort auf die Batteriespannung (verhält sich wie ein offener Stromkreis) und fällt mit der Zeit auf Null ab (verhält sich schließlich wie ein Kurzschluss). Die Spannung über dem Induktor wird bestimmt, indem berechnet wird, wie viel Spannung über R abfällt, wenn der Strom durch den Induktor fließt, und dieser Spannungswert von der Batterie abgezogen wird, um zu sehen, was noch übrig ist.
Wenn der Schalter zum ersten Mal geschlossen wird, ist der Strom Null, dann steigt er mit der Zeit an, bis er gleich der Batteriespannung geteilt durch den Serienwiderstand von 1 ist. Dieses Verhalten ist genau entgegengesetzt zu dem der Reihenwiderstand-Kondensator-Schaltung, bei der der Strom bei einem Maximum begann und die Kondensatorspannung bei Null lag. Sehen wir uns an, wie das mit echten Werten funktioniert:
Genau wie bei der RC-Schaltung ist die Annäherung der Induktorspannung an 0 Volt und die Annäherung des Stroms an 15 Ampere im Laufe der Zeit asymptotisch . Für alle praktischen Zwecke können wir jedoch sagen, dass die Induktorspannung schließlich 0 Volt erreicht und dass der Strom schließlich das Maximum von 15 Ampere erreicht.
Auch hier können wir das SPICE-Schaltungsanalyseprogramm verwenden, um diesen asymptotischen Abfall der Induktorspannung und den Aufbau des Induktorstroms in einer grafischeren Form darzustellen (der Induktorstrom wird als Spannungsabfall über dem Widerstand aufgetragen, wobei der Widerstand als Shunt verwendet wird). Strom messen):
Beachten Sie, wie die Spannung (links vom Diagramm) zunächst sehr schnell abnimmt und dann im Laufe der Zeit abnimmt. Der Strom ändert sich auch zunächst sehr schnell und flacht dann im Laufe der Zeit ab, nähert sich jedoch dem Maximum (rechts von der Skala), während sich die Spannung dem Minimum nähert.
RÜCKBLICK:
- Eine vollständig „entladene“ Induktivität (kein Strom durch sie hindurch) wirkt bei plötzlichem Anlegen von Spannung zunächst als offener Stromkreis (Spannungsabfall ohne Strom). Nach dem vollständigen „Aufladen“ bis zum endgültigen Stromniveau wirkt es als Kurzschluss (Strom ohne Spannungsabfall).
- In einer Widerstands-Induktor-"Lade"-Schaltung geht der Induktorstrom von Null auf den vollen Wert, während die Spannung vom Maximum auf Null geht, wobei sich beide Variablen zunächst am schnellsten ändern und sich im Laufe der Zeit immer langsamer ihren Endwerten nähern.
VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:
- Arbeitsblatt für Zeitkonstantenschaltungen
- Arbeitsblatt zur Berechnung von Zeitkonstanten
Industrietechnik