纯电感电路电压超前电流90°的本质原因.docVIP

纯电感电路电压超前电流90°的本质原因 吴江川 一 PN节实验判定电压U与感生电动势E：一次实验中把一只整流二级管接在了一小型（220/36）变压器一次侧，二次开路（空载），变压器严重发热异常，后又并联反相接入一只整流二级管，可通过正弦交流电，空载变压器正常如初，接线如图，空载变压器电阻很小近视纯电感电路，PN节单向导电必须加正向电压，结合分析纯电感电路波形图顿悟如下，得出正确的纯电感电路波形图， 参看两图：（0~180°）周期内，电流从整流二极管流过，即导通，截止，（180°~360°）周期内电流从整流二极管流过，即导通，截止，根据二极管PN结单项导通的必要条件必须加正向电压，电压为君，电流为臣，即电压决定电流，没有电压就没有电流，（0~180°）导通，截止，A点电位必须始终高于B点电位，并大于结电压，（＞）。在(0~90°)，U的极性上正下负，E的极性上正下负，波形下降，导通，必须u＞e，u克服e的反相电压阻滞，推动电流流过，u、i同方向，i＝(u－e)／R。（90°~180°）U的极性反向，上负下正，E的极性反向，上负下正，波形上升，本应截止却没有截止电流仍按原方向继续流动，根据的PN结导通条件必需是e＞u，e克服u的反向电压阻滞，推动电流继续流过，e、i同方向，i＝(e－u)／R，同理(180°~360°),i从流过，即导通，截止，必加加正向电压，＞并大于结电压。（180°~270°）U的极性上负下正，E的极性上负下正，波形下降，导通，必须是u＞e，u克服e的反向电压阻滞，推动电流流过，u、i同方向，i =(u－e)／R，（270°~360°）U的极性反向，上正下负，E的极性反向，上正下负，波形上升，电流继续流过，根据 PN结的导通条件必需是e＞u，e克服u的反向电压阻滞，推动电流继续流过，e、i同方向，i =（e－u）／R。由于E≈U，经如上分析PN结实验判定U与E的相位差接近但不等于180°(＜180°），I接近90°但不等于90°（＜90°），u与e的方向相反，这才是E的正确相位.，线圈电阻越小越接近180°，-e虚线波形越接近u的波形，由于E的隐性存在不好直接测量，这就照成了教科书中U与E相位的错误判断。 二电感铁芯的磁化过程：电流电磁场磁化铁芯磁通，寄生在一起闭合在磁路内，虽有小小磁滞，但仍同生共死，1电源U对铁芯充磁储能：（0~90°）、（180°~270°）两个区间，电源u电压波形由最大到零，下降区间，电流波形上升对无磁铁芯充磁，e由φ所产生，φ应由电源电压的电流电磁场产生，所以u大于e，0°和180°，u的电压幅值最大，线圈电阻R很小，可导致电流突变ΔI（Δφ）最大，相对应产生的e最大，e对u的阻碍最大（u－e）的差压很小，（u－e) ／R＝i，电流反而最小，变化率最大，随着u的下降电流突变变小ΔI(Δφ)减小，（u－e）的差压变到最大，同理电流升到最大值，励磁电流的电磁场全部磁化铁芯（φ）完成铁芯全部磁化充磁储能，2电感实验新解读：接上直流电源的电感线圈，电流缓慢上升，电磁场磁化铁芯充磁完毕，自感电动势消失，电流稳定在U／R的数值上，储存磁能，拉开开关断开电源直流电磁场消失，在电感线圈两端会产生数倍直流电压的自感高电压，原因是铁芯磁通失去赖以生存的电磁场，磁通也突然消失，Δφ特别大，储存的磁能瞬时释放能产生几十倍的高压，有些电气就是利用自感高电压工作的，有些电气（直流继电器）需加装续流二极管消除有害的自感高压，原理是以自感电动势做电源通过二极管构成回路产生电流（方向与直流励磁电流方向相同），电磁场托着磁通轻轻放下释放磁能，结论是铁芯磁化储存磁能必要放磁释放磁能，磁化电流与放磁电流方向相同，续流放磁软着陆突然失磁能产生高电压，电流与磁通基本同相位。3.自感电动势E续流放磁归零释放磁能：（90°~180°）、（270°~360°）电源电压波形上升区间，铁芯以全部磁化，若突然失去电磁场的依托，失磁会产生很高的大于u几倍的自感电压，此时u以反向增大，电流若由u生成，电磁场将对铁芯反向消磁，产生的叠加电动势e会更高，所以e能大于u，电流i＝(e－u) ／R，e＞u，e克服u的阻碍，按照充磁电流的方向继续流动，i的电磁场托着磁通φ释放磁能，开始放磁时（e－u）的差压最大，i也最大，拖住磁通能力强，失磁慢e反而小，随着u的上升，阻碍e能力增强，（e－u）差压减小，电流减小，托磁能力变差，失磁快（Δφ）大，e反而最大。自感电动势e克服u的阻碍，自己续流，电磁场托着磁通φ放磁归零，全部释放储存磁能。 综上所述e以电源电压u的波形为模板参照其变化，遵循楞次定律，化矛盾为统一，铁芯充磁放磁自如。 三 电