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  • MOS管驅(qū)動感性負(fù)載詳解
    • 發(fā)布時間:2023-05-06 17:03:38
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    MOS管驅(qū)動感性負(fù)載詳解
    1.負(fù)載在直流電路中的特點
    電阻性負(fù)載:電流電壓的關(guān)系符合基本歐母定律,I = U/ R 。
    感性負(fù)載:允許電流流過,但電流滯后于電壓,可儲能于電感。
    容性負(fù)載:阻止電流流過,也可儲能于電容。
    負(fù)載在交流電路中的特點是:
    電阻性負(fù)載:電流電壓的相位相同。
    感性負(fù)載:電流滯后于電壓。
    容性負(fù)載:電流超前于電壓。
    電機類的設(shè)備都算是感性負(fù)載,開關(guān)電源類的,如IT設(shè)備都算是容性負(fù)載。
    感性負(fù)載就是工作時電壓相位超前于電流相位,純感性的話電壓相位超前電流相位90度。
    純?nèi)菪载?fù)載就是工作時電壓相位滯后于電流相位,純?nèi)菪载?fù)載的話電壓相位滯后于電流相位90度。
    2.感性負(fù)載
    通常情況下,一般把負(fù)載帶電感參數(shù)的負(fù)載,即符合和電源相比負(fù)載電流滯后負(fù)載電壓一個相位差的特性的負(fù)載為感性(如負(fù)載為電動機;變壓器;)。
    通俗地說,即應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制作的大功率電器產(chǎn)品,如電動機、壓縮機、繼電器、日光燈等等。
    這類產(chǎn)品在啟動時需要一個比維持正常運轉(zhuǎn)所需電流大得多(大約在3-7倍)的啟動電流。例如,一臺在正常運轉(zhuǎn)時耗電150瓦左右的電冰箱,其啟動功率可高達1000瓦以上。
    此外,由于感性負(fù)載在接通電源或者斷開電源的一瞬間,會產(chǎn)生勢電壓,這種電壓的峰值遠遠大于車載交流供電器所能承受的電壓值,很容易引起車用逆變器的瞬時超載,影響逆變器的使用壽命。因此,這類電器對供電波形的要求較高。
    感性無功功率:在用電設(shè)備中,凡是用繞組和磁鐵組成的,在交流電路中產(chǎn)生電和磁交變的功能。在能量轉(zhuǎn)換過程中,有部分磁能仍回復(fù)到電能,那部分電流沒有消耗有功功率,稱為感性無功功率。在電感性負(fù)載的電路中,電流滯后電壓一個角度Ψ,cosΨ稱為功率因數(shù)。
    3.電感上的電壓電流變化
    電感反映的是一種器件對抗電流變化的能力。這種“對抗”體現(xiàn)在電感上產(chǎn)生了感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢(也叫:反向電動勢,Back EMF)。
    電感的單位是Henry,符號是L。
    L=1 Henry的定義是:電流以每秒鐘1安培的節(jié)奏變化(1A/s),如果在電感上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的電壓是1V,這種電感就是1 Henry。
    電感在對抗電流變化的過程中,伴隨著電能和磁能的轉(zhuǎn)化,電感的容量越大,所能轉(zhuǎn)化和儲存的能量也越大。
    電感上的電壓和電流的關(guān)系公式:V=-L*di/dt
    公式反映了電感上感應(yīng)電動勢的電壓大小和電流變化快慢有關(guān)。
    在L恒定的情況下,電流變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢電壓越高。特別是在電路開關(guān)斷開或閉合的時候,電流的瞬間變化,可以使得在電路開關(guān)的地方出現(xiàn)火花(把空氣擊穿才能產(chǎn)生火花,至少是上萬伏的電壓,瞬間電壓很高,持續(xù)時間短,但能量不一定大)。
    構(gòu)建一個電感、電阻、電源(周期性方波)組成的電路,如下所示:
    感性負(fù)載 電路
    每個器件上都并聯(lián)了電壓表,便于查看波形。特別的,通過電阻上的電壓,可以推測整個電路上的電流(歐姆定律)。
    電源采用的是Max 10V,Min 0V,100Hz占空比百分之五十的方波。
    電感上電壓、電流波形變化:
    感性負(fù)載 電路
    其中,綠色波形表示電源電壓變化;黃色波形表示電感電壓變化;藍色波形表示電阻電壓變化,也反映了整個電路上的電流變化。
    當(dāng)電源從0V->10V變化時,電感的電壓產(chǎn)生一個正脈沖(電壓突變),這個脈沖極性與電源電壓極性相反。由于電感電壓削弱了電源電壓的影響,所以電流沒有突然變大,整個電路的電流從0A開始,逐漸上升(電流不能突變),直至達到穩(wěn)態(tài)。
    當(dāng)電源從10V->0V變化時,電感的電壓產(chǎn)生一個負(fù)脈沖(電壓突變),這個脈沖極性與電源電壓極性相同。由于電感電壓延續(xù)了電源電壓的影響,所以電流沒有突然變小,整個電路的電流從1A(10V/10Ω)開始,逐漸下降(電流不能突變),直至達到穩(wěn)態(tài)。
    電感與電磁學(xué)領(lǐng)域中的慣性器件是一致的,它不喜歡電流發(fā)生改變,總是利用自己的能量維持電流原本的狀態(tài)。
    注意,這個電路里面特意沒有放置開關(guān)器件,即使電源電壓最小是0V的時候,整個電路也是導(dǎo)通的。但如果放一個開關(guān)在電路里,開關(guān)斷開的情況和電源是0V的情況表現(xiàn)是不一樣的。
    開關(guān)突然關(guān)斷,相當(dāng)于感性負(fù)載從電路中脫離,則線圈電感會產(chǎn)生過電壓并加載在電路上。過電壓以脈沖的形式出現(xiàn),它的幅度等于電源電壓的三倍,對電路產(chǎn)生強烈的沖擊和影響。
    一般采取的措施就是在繼電器線圈上并聯(lián)反向二極管D,對線圈產(chǎn)生的反向電動勢給續(xù)流,讓他快速消除。
    實用中,有時在二極管支路中還串聯(lián)一只電阻。
    4.電感的阻抗
    與電容一樣,衡量不同頻率激勵下的電感表現(xiàn)需要用到阻抗,特別的,對于純電感電路,阻抗就是感抗。
    計算電感感抗的公式是X=2πfL。頻率越高,感抗越大。
    譬如,我們將上面圖中的電源激勵,從100Hz增大到1KHz,會發(fā)生什么?
    感性負(fù)載 電路
    在這個電路中,隨著頻率的升高,意味著電感阻抗變大了,于是電感上可以分配到更多的電壓,而電阻上分配的電壓變少了。
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