Induktivität und "Kick-Back"-Spannungen

So funktioniert die Physik nicht, aber aus Schaltungssicht können Sie sich vorstellen, dass eine Induktivität eine Stromträgheit hat. Je größer die Induktivität, desto mehr Trägheit hat der Strom.

Wenn Sie eine feste Spannung an eine Induktivität anlegen, baut sich der Strom linear auf. Wenn Sie dann den Induktor kurzschließen würden, damit der Strom zirkulieren könnte, würde dies für immer der Fall sein, wenn der Induktor perfekt wäre. Echte Induktoren, die Sie kaufen können, bestehen aus Draht und haben daher einen begrenzten Widerstand. Der Strom multipliziert mit diesem Widerstand baut eine Sperrspannung auf, die den Strom verlangsamt. Da der Rückwärtsschub jedoch proportional zum Strom ist, nicht fest, fällt der Strom exponentiell ab und nicht in einer linearen Rampe, wenn der Strom fest wäre.

Tatsächlich wurden Induktoren aus supraleitendem Material hergestellt, und sie zirkulieren wirklich ewig Strom, wenn die gesamte Schleife supraleitend ist.

Wenn Sie sich eine Induktivität vorstellen können, die dem Strom Trägheit verleiht und daher bewirkt, wie eine feste Spannung den Strom linear ansteigen lässt, ist es an der Zeit zu überlegen, was passiert, wenn jemand versucht, diesen Strom plötzlich zu unterbrechen. Denken Sie an den Versuch, eine sich bewegende Masse sofort anzuhalten. Zwei Dinge werden passieren. Erstens wird es nicht sofort aufhören. Zweitens wird die Masse eine große Kraft gegen alles aufbauen, was versucht, sie aufzuhalten. Der Induktor wird dasselbe tun, aber hier ist Kraft Spannung. Je schneller Sie versuchen, den Strom zu stoppen, desto mehr drückt der Induktor mit höherer Spannung zurück.

Aber Sie sagen, ein Schalter stoppt den Strom sofort, wenn er geöffnet wird. Selbst wenn ein Schalter perfekt wäre und das könnte, würde es immer noch einen Punkt geben, an dem sich die Kontakte nur knapp trennen. Der Induktor muss nicht viel Spannung erzeugen, damit der Strom zwischen den Kontakten einen Lichtbogen bildet. Sobald ein Lichtbogen gebildet ist, ist es einfacher, ihn über größere Entfernungen aufrechtzuerhalten. Das liegt daran, dass die Luft, die Sie als Funken aufleuchten sehen, zu einem Plasma geworden ist, das Elektrizität ziemlich gut leitet. Die Schaltkontakte haben sich also möglicherweise getrennt, sind aber jetzt immer noch durch einen Plasmalichtbogen-"Draht" verbunden. Es ist eine gewisse Spannung erforderlich, um diesen Lichtbogen am Laufen zu halten, der gegen den Induktorstrom nach hinten drückt, wodurch der Strom abnimmt.

Irgendwann reicht der Strom nicht mehr aus, um den Lichtbogen am Laufen zu halten, und der Schalter ist schließlich vollständig geöffnet. An diesem Punkt ist der größte Teil der im Induktor gespeicherten Energie verbraucht, und das Wenige, das übrig bleibt, lädt die unvermeidliche parasitäre Kapazität auf, die immer über dem Induktor vorhanden ist. Jetzt haben Sie einen LC-Tankkreis, der eine Weile hin und her schwingt. Die geringe verbleibende Energie wird durch den Widerstand des Drahtes im Induktor abgeführt, wenn der Strom durch ihn hin und her schwappt. Die Schwingungen klingen ab, und alles ist endlich so weit abgeschaltet, wie Sie es messen oder berücksichtigen können.

Diese Lichtbogenbildung über Schalter hinweg ist sehr real und ein Problem für Schalter und Relais. Dies ist einer der Gründe, warum Relais verschleißen und oft unterschiedliche Nennwerte für induktive Lasten haben. Jeder Lichtbogen beschädigt den Schalter ein wenig, was in der Lebenszyklusbewertung des Schalters oder Relais berücksichtigt wird.

Transistoren können auch verwendet werden, um Induktivitäten schnell auszuschalten. Tatsächlich ist dies die Grundlage für die übliche Schaltnetzteil-Topologie von Aufwärtswandlern. Indem Sie einen Induktor mit Strom aufladen und dann absichtlich versuchen, ihn schnell auszuschalten, können Sie sich die Tatsache zunutze machen, dass der Induktor eine höhere Spannung für Sie erzeugt als zu Beginn.

Wenn Sie den Schalter anschließen, nehme ich an, dass die Punkte 1 und 2 + 9 V sind

Ja, die Spannung zwischen 1 und 2 beträgt 9 V.

Wenn Sie jetzt den Schalter trennen, was wären die Punkte 1 und 2? Wäre 1 0 V und 2 eine hohe positive Spannung?

Punkt 1 wäre immer noch 9 V. Punkt 2 wäre eine hohe positive Spannung

Ist es richtig zu sagen, dass ein Induktor, wenn er getrennt wird, im Grunde zu einem "rückwärtigen" Kondensator mit einer Hochspannungsquelle wird?

Nicht wirklich. Es gibt jedoch immer eine gewisse Kapazität über dem Schalter. Probieren Sie diese Simulation aus .

Stellen Sie sich vor, dass die Strömung viel Gewicht / Impuls hat und nicht aufhören möchte, sich zu bewegen, wenn Sie den Schalter öffnen, wie ein Rohr voller Wasser, und Sie versuchen, eine Barriere darüber zu schlagen. Das Wasser will aufgrund des Impulses weiter durch die Barriere, kann es aber nicht, also steigt der Druck stattdessen sehr stark an.

Könnte ich eine solche Schaltung irgendwie verwenden, um einen Kondensator auf eine Spannung von mehr als 9 V aufzuladen?

Ja. Dies ist die Basis von Aufwärtswandlern .