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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