Катушка индуктивности в цепи постоянного тока
Катушка индуктивности – это элемент характеризующимся своим свойством накапливать энергию магнитной поля.
Первый закон коммутации гласит: ток, протекающий в катушке индуктивности, в момент коммутации не может измениться скачком.
Это понятно из формулы:
Предположим, что ток iL изменился скачком, то есть:
А значит, что и напряжение в данном случае будет бесконечно велико:
Чего в природе быть не может, так как, следуя закону сохранения энергии, для этого бы потребовался источник энергии бесконечной мощности.
На схеме представлена RL – цепь, запитанная от источника постоянного тока. При замыкании ключа в положение 1, ток протекает по цепи “плюс” источника – резистор R – катушка индуктивности - “минус” источника. Тем самым, происходит накопление энергии магнитного поля в катушке индуктивности.
Напряжение и ток, протекающие в данной цепи, изменяются по экспоненциальному закону. Причем, их изменения взаимообратные, т.е. с увеличением тока, падение напряжения на катушке уменьшается.
Если мы переведем ключ в положение 2, то ток, не изменив своего направления, начнет уменьшаться по экспоненте до нуля. С физической точки зрения, в данном случае катушка отдает накопленную энергию магнитного поля в цепь, где она расходуется на тепловые потери в резисторе.
Одной из характеристик данной цепи является постоянная времени τ. Она зависит от величины индуктивности и активного сопротивления. Примерно за 5 τ ток в цепи достигает своего минимума или максимума.
Реализуем эту схему в программной среде Multisim 13.0 , взяв значения R = 10 Ом, L = 0,1 Гн.
Рассчитаем время, за которое ток в цепи достигает установившегося значения:
Собранная схема запитана от батареи 12 В. Для снятия значений тока, использовался инструмент “current probe”. Внутреннее активное сопротивление катушки индуктивности, принято равным нулю.