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电感负载与能量不守恒

电感负载与能量不守恒(一).doc

电感负载与能量不守恒(一)

电感是储能元件并不消耗能量,通过电感的电流落后加在其上的电压90°,电感“消耗”的功率是无功功率。在直流供电系统中,如果负载是电感(理想状况,实际状况是电感+电阻),由于电感的储能作用,通电以后就会在电感中储存有磁场能量,为使电感能持续地工作下去,就必须将电感储存的磁能转移出去,于是,就在电路里设置了让储存在电感里的磁场能量返回“电源”的回馈路径,或者是在电感上反并联一只二极管构成电感的自身续流通道,同时还要有转移能量的时间。

以上所述是众所周知的,这就引出一个问题:这个“电感储存的能量”算什么呢?电源供出的能量又回馈给电源,“能量守恒定律”还成立吗?

能量守恒定律是经典物理学的“铁律”,不遵循“能量守恒定律”,许多物理推断都推不下去。因此也是经典物理学的“高压线”,谁碰这根高压线谁就有制造“永动机”的嫌疑。但是用“能量守恒定律”是解释不了“电感储存的能量”算什么这个问题的,也就使得许多问题找不到答案变成荒谬的悖论。下面进一步分别论述。

 

一、单相全桥电压源逆变电路

电路拓扑如下:

电感L=150uH

    用Pspice进行仿真计算

PW=12.5us,PER=50us,R=1

电流曲线,绿色,D2D4;红色,D1D3;黄色,电感。

起始时刻,IGBT1,IGBT3导通,电感电流逐渐增加。

时间t=12.5us时,IGBT1,IGBT3关断,此时电感电流大小和方向都不变,通过D2D4继续流动。按“回馈给电源”的说法,电流应当反向流向电源——即向电源V1充电,然而Pspice的电压源没有可以充电的功能,电流只是通过电源反向通过而没有充电;或者是通过电容器向C1充电,从显示的结果看,电容的电流为零。很显然,Pspice并没有考虑这个“能量回馈”,也就是说,电感的储能消失了,这相当于电感是通过电源V1进行自身续流然后就没有了。

    IGBT1,IGBT3导通时是电源供给的能量,而IGBT1,IGBT3关断时电流仍然在流动,这仍然流动的电流用能量守恒定律是解释不了的。有电流流过,就会有磁场产生,如果是变化的电流,就会有电磁感应。在电源不供电时(此时电源V1只是提供了电流流通的通道),电感中继续流动的电流仍然会产生磁场并通过感应将能量进行传递。这进一步说明,能量守恒定律在电磁学范畴是不成立的。

电压曲线

电容电流

Z1电流

Z2电流

 

 

   未完待续。

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rehonesty
LV.3
2
2014-01-22 14:35
以上所述是众所周知的,这就引出一个问题:这个“电感储存的能量”算什么呢?电源供出的能量又回馈给电源,“能量守恒定律”还成立吗?------------电源供出的能量多而收到的回馈能量少,有一部分消耗了。
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貮寶
LV.7
3
2014-01-22 17:58
功和能量是二会事!你说焦耳就说能量,你讲电路分析就说有功和无功功率!混乱一起,有点学习方法缺乏!
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chenyd
LV.2
4
2014-01-22 22:43
@rehonesty
以上所述是众所周知的,这就引出一个问题:这个“电感储存的能量”算什么呢?电源供出的能量又回馈给电源,“能量守恒定律”还成立吗?------------电源供出的能量多而收到的回馈能量少,有一部分消耗了。

所有教科书都说:电感储存的能量通过续流二极管回馈给电源,然而电源如何接受能量?这里指的电源是直流电源,如果是可充电电池,显然是可以的;对一般由交流供电整流而来的电源,要在滤波电容上并联一个高频电容器以接受回馈的能量。但是滤波电容已经使得交流输入电流的波形严重畸变,回馈的能量进一步使系统内的能量转换混乱。

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貮寶
LV.7
5
2014-01-23 10:46
@chenyd
所有教科书都说:电感储存的能量通过续流二极管回馈给电源,然而电源如何接受能量?这里指的电源是直流电源,如果是可充电电池,显然是可以的;对一般由交流供电整流而来的电源,要在滤波电容上并联一个高频电容器以接受回馈的能量。但是滤波电容已经使得交流输入电流的波形严重畸变,回馈的能量进一步使系统内的能量转换混乱。
电源如何接受能量?你可以去看光伏并网等等技术资料啊!当然可以回馈电源,例如回馈后减小了电源内阻等等!
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chenyd
LV.2
6
2014-01-24 21:25
@貮寶
电源如何接受能量?你可以去看光伏并网等等技术资料啊!当然可以回馈电源,例如回馈后减小了电源内阻等等!
多谢指教!!!
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2014-01-25 15:39
@貮寶
功和能量是二会事!你说焦耳就说能量,你讲电路分析就说有功和无功功率!混乱一起,有点学习方法缺乏!

当然可以回馈啦,供电电源都可以理解为一个大的电容。

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