Altifigence Academy

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インダクタは電流変化と電圧を結ぶ

RL時定数を計算し、電流の連続性を理解します。

電流が保存状態を運ぶ

理想インダクタの電圧はv=L di/dtv=L\,di/dt、エネルギーはE=Li2/2E=Li^2/2です。電圧インパルスなしに電流は瞬時に跳べません。定常DCでは電圧0で短絡として動作します。実巻線は抵抗と電流依存の磁心動作があるため、「DCで短絡」は任意電流で無損失配線という意味ではありません。

10 mHに一定1 Vを加えると電流は100 A/sで変化します。0から始め、電圧が一定なら1 msで100 mA増加します。100 mAの蓄積エネルギーは0.01×0.12/2=500.01\times0.1^2/2=50 μJです。ランプが続くといずれ電源や部品限界に達します。理想式だけでは安全な最大電流は決まりません。

抵抗を加える

3.3 Vステップを直列330 Ωと10 mHへ接続します。最終電流10 mA、時定数τ=L/R=30.303\tau=L/R=30.303 μsです。0からならi(t)=10 mA(1−e−t/τ)i(t)=10\text{ mA}(1-e^{-t/\tau})です。1時定数後は6.3212 mAです。最初は電源電圧全部がインダクタにかかり、定常へ近づくと0へ向かいます。

コンデンサと比較します。有限電源の切り替えで連続する量は、コンデンサ電圧とインダクタ電流です。正しい保存状態を追うと、初期条件でよくある誤りを防げます。

経路の開放はモデルを変える

電流のあるインダクタを急に切断すると、存在する寄生経路や保護経路で電流を続けようと電圧を生みます。フライバックダイオードはよく使う意図的な経路ですが、電圧、エネルギー、減衰には回路計算が必要です。スイッチ開放で保存電流が直ちに0になると考えてはいけません。

RL遷移のシミュレーションには直列抵抗と物理的に意味ある電流帰還経路を含めます。Rに巻線抵抗を含むか示します。公称値からの30.303 μs予測が有用なのは、実際の総直列抵抗とインダクタンスが仮定に合う場合です。

自分で考えてみましょう

20 mH、総直列抵抗100 Ωのインダクタを5 Vで駆動します。τと最終電流を求めてください。

解説を見る

τ = L/R = 200 μsです。最終電流は5/100 = 50 mAです。ゼロ電流からならt = τで約31.606 mAです。

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