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电感式升压原理:u=LΔi/Δt,电生磁公式,断电自感电动势最大值

(2020-01-20 22:56:12)
分类: 文化教育
电感式升压原理:u=LΔi/Δt,电生磁公式,断电自感电动势最大值
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电感式升压原理:u=LΔi/Δt,电生磁公式,断电自感电动势最大值

  磁场强度的计算公式:H = N × I / Le

  式中:H为磁场强度,单位为A/m;N为励磁线圈的匝数;I为励磁电流(测量值),单位位A;Le为测试样品的有效磁路长度,单位为m。

  磁感应强度计算公式:B = Φ / (N × Ae)

  式中:B为磁感应强度,单位为Wb/m^2;Φ为感应磁通(测量值),单位为Wb;N为感应线圈的匝数;Ae为测试样品的有效截面积,单位为m^2。

  电磁铁磁力怎么计算?

  电磁吸力=磁通密度的平方X极面的截面积/2倍的真空中的磁导率。

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感应电动势、自感电动势
线圈的自感电势与通过线圈的电流变化率成正比
电磁感应中,电动势与电流的关系由式  u =LΔi/Δt  

电感中电流和电容两端电压都不会发生突变,定律。在断开前,电感内有一电流 i ,断开后,由于电流不能突变,而回路电阻由于断开,变成无穷大, i 乘以无穷大,得到无穷大的电压(理论值),通常这个电压会击穿空气,形成回路,能量释放完毕。这样说能容易理解一下。

把电感串联电池,不用分正反的,通电后,电感中将流过电流,储存磁能。假如突然断开电池供电(比如拿开电池),则在电感两端将产生高压,这是因为流过电感中电流不能突变,在供电回路被切开的一瞬间,电感一定会尽量保持原回路的电流,简单根据欧姆定律,I=U/R,可以得出,当回路被断开,电阻是趋于无穷大的,那么无穷大电阻乘以不能突变的原电流就等于电感两端的电压了,所以瞬间电感两端的电压是非常高的 

  电感式升压,就是通过一个电感达到升压目的,可以通过实验来看一看

  电感

  当打开开关时,万用表显示7.16V

  关闭电压的瞬间电压超过1000V

  我们再来试一次

  关闭电压的瞬间电压很大

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  电感式升压的原理

  首先必须要了解电感的一些特性:电磁转换与磁储能.其它所有参数都是由这两个特性引出来的.先看看下面的图:

  电感回路通电瞬间

  相信都知道,一个电池对一个线圈通电,这是个电磁铁.不论你是否科盲,你一定会奇怪,这有什么值得分析的呢?有!我们要分析它通电和断电的瞬间发生了什么.

  线圈(电感)有一个特性---电磁转换,电可以变成磁,磁也可以变回电.当通电瞬间,电会变为磁并以磁的形式储存在电感内.而断电瞬间磁会变成电,从电感中释放出来.

  现在我们看看下图,断电瞬间发生了什么:

  断电瞬间

  前面我说过了,电感内的磁能会在电感断电时重新变回电,然而问题来了:此时回路已经断开,电流无处可以流,磁如何能转换成电流呢?很简单,电感两端会出现高压!电压有多高呢?无穷高,直到击穿任何阻挡电流前进的介质为止.

  这里我们了解了电感的第二个特性----升压特性.当回路断开时,电感内的能量会以无穷高电压的形式变换回电,电压能升多高,仅取决于介质的击穿电压.

  下面是正压发生器,你不停地扳动开关,从输入处可以得到无穷高的正电压.电压到底升到多高,取决于你在二极管的另一端接了什么东西让电流有处可去.如果什么也不接,电流就无处可去,于是电压会升到足够高,将开关击穿,能量以热的形式消耗掉.

  正压发生器原理图

  负压发生器,你不停地扳动开关,从输入处可以得到无穷高的负电压.

  上面说的都是理论,现在来点实际的电子线路图,看看正/负压发生器的"最小系统"到底什么样子:

  

电感式升压原理:u=LΔi/Δt,电生磁公式,断电自感电动势最大值

  实际电子线路

  你可以很清楚看到演变,电路中仅仅把开关换成了三极管换而已.,所有开关电源都是由这两个图组合变换而来,所以掌握这两个图非常重要.

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  一般电路中,电感中储存的电磁能为LI^2/2。由于能量不能突变,电感电流不能突变,所以通常如果想断开电路,即会在断开的触头处形成电弧。因为毕竟断开是一个连续的物理过程,导体间隙是从0到一个有限值。电现象都是光速,远快于物理移动速度,所以在触头刚刚脱离的瞬间,电弧就产生了。有空气的空气被击穿,即气体放电。没有空气的真空也会出现场致电子发射,这时候就成了真空管了。电子会被强大的电场推送着继续按照原来的方向运动。这就是电网中的断路器需要干的事情:灭弧。

  那么对于题主这种极端情况下的电路,电路却被炸开了,几十个毫秒之内,导电通路被彻底炸断,这时候电流表示很无奈啊,电路彻底没了,你让我电流还怎么流。于是此时电路模型便不再适用,需要用波场模型来描述了。电路分析永远只是麦克斯韦方程组的一个特例,一旦电路模型失效,就得用原装的四大方程来分析。

  由于电流瞬间消失,电流对时间的偏导数将成为一个冲激函数δ(x,y,z,t),此时的反电动势将特别高。接下来就是用一系列冲击函数来模拟电压函数,你会发现方程求解出来是一个冲激行波函数,即电磁能会以一个强磁脉冲的方式辐射到空间中。这个电磁脉冲是如此的强大,以至于所到之处,凡是导体,都会感应出一个强烈的反电动势抵御它。如果这个脉冲功率够大,可以使得一切芯片从内部击穿,所有电子设备都会随之瘫痪。

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  磁场强度的计算公式:H = N × I / Le

  式中:H为磁场强度,单位为A/m;N为励磁线圈的匝数;I为励磁电流(测量值),单位位A;Le为测试样品的有效磁路长度,单位为m。

  磁感应强度计算公式:B = Φ / (N × Ae)

  式中:B为磁感应强度,单位为Wb/m^2;Φ为感应磁通(测量值),单位为Wb;N为感应线圈的匝数;Ae为测试样品的有效截面积,单位为m^2。

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电生磁是什么定律?电生磁公式

  电生磁 ,磁场的方向可以根据“右手定则”来确定:用右手握住直导线,让大拇指指向电流的方向,那么其余四指弯曲的方向就是磁感线的环绕方向。实际上,这种直导线产生的磁场类似于在导线周围放置了一圈NS极首尾相接的小磁铁的效果。 如果将一条长长的金属导线在一个空心筒上沿一个方向缠绕起来,形成的物体我们称为螺线管。电生磁的一个应用实例是实验室常用的电磁铁。为了进行某些科学实验,经常用到较强的恒定磁场,但只有普通的螺线管是不够的。为此,除了尽可能多地绕制线圈以外,还采用两个相对的螺线管靠近放置,使得它们的N、S极相对,这样两个线包直接就产生了一个较强的磁场。另外,还在线包中间放置纯铁(称为磁轭),以聚集磁力线,增强线包中间的磁场,

  对于一个很长的螺线管,其内部的磁场大小用下面的公式计算:H=nI 在这个公式中,I是流过螺线管的电流,n是单位长度内的螺线管圈数。

  如果有两条通电的直导线相互靠近,会发生什么现象?我们首先假设两条导线的通电电流方向相反。那么,根据上面的说明,两条导线周围都产生圆形磁场,而且磁场的走向相反。在两条导线之间的位置会是什么情况呢?不难想象,在两条导线之间,磁场方向相同。这就好象在两条导线中间放置了两块磁铁,它们的N极和N极相对,S极和S极相对。由于同性相斥,这两条导线会产生排斥的力量。类似地,如果两条导线通过的电流方向相同,它们会互相吸引。

  如果一条通电导线处于一个磁场中,由于导线也产生磁场,那么导线产生的磁场和原有磁场就会发生相互作用,使得导线受力。这就是电动机和喇叭的基本原理。

  电和磁是不可分割的,它们始终交织在一起。简单地说,就是电生磁、磁生电。

  磁场

  1.磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量,是矢量,单位T),1T=1N/A?m

  2.安培力F=BIL;(注:L⊥B) {B:磁感应强度(T),F:安培力(F),I:电流强度(A),L:导线长度(m)}

  3.洛仑兹力f=qVB(注V⊥B);质谱仪{f:洛仑兹力(N),q:带电粒子电量(C),V:带电粒子速度(m/s)}

  4.在重力忽略不计(不考虑重力)的情况下,带电粒子进入磁场的运动情况(掌握两种):

  (1)带电粒子沿平行磁场方向进入磁场:不受洛仑兹力的作用,做匀速直线运动V=V0

  (2)带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场:做匀速圆周运动,规律如下

  a)F向=f洛=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=qVB ;r=mV/qB;T=2πm/qB;

  (b)运动周期与圆周运动的半径和线速度无关,洛仑兹力对带电粒子不做功(任何情况下); 解题关键:画轨迹、找圆心、定半径、圆心角(=二倍弦切角)。

  注:

  (1)安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定,只是洛仑兹力要注意带电粒子的正负;

  (2)磁感线的特点及其常见磁场的磁感线分布要掌握;

  (3)其它相关内容:地磁场/磁电式电表原理/回旋加速器/磁性材料

  电磁感应

  1.[感应电动势的大小计算公式]

  1)E=nΔΦ/Δt(普适公式){法拉第电磁感应定律,E:感应电动势(V),n:感应线圈匝数,ΔΦ/Δt:磁通量的变化率}

  2)E=BLV垂(切割磁感线运动) {L:有效长度(m)}

  3)Em=nBSω(交流发电机最大的感应电动势) {Em:感应电动势峰值}

  4)E=BL2ω/2(导体一端固定以ω旋转切割) {ω:角速度(rad/s),V:速度(m/s)}

  2.磁通量Φ=BS {Φ:磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m2)}

  3.感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向:由负极流向正极}

  *4.自感电动势E自=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt

  {L:自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大), ΔI:变化电流,?t:所用时间,ΔI/Δt:自感电流变化率(变化的快慢)}

  注:

  (1)感应电流的方向可用楞次定律或右手定则判定,楞次定律应用要点;

  (2)自感电流总是阻碍引起自感电动势的电流的变化;

  (3)单位换算:1H=103mH=106μH。

  (4)其它相关内容:自感/日光灯。

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