电感负载与能量不守恒(三)
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
二、家用电磁炉:以上见前文。
三、电容桥电感桥串联谐振变流器
拓扑结构如下。
图1
在开关S1,S3,S5,S7导通时,在第一个1/4周期,电源E供给能量,电容C充电(储存电场能量),同一电流也在电感L中流过,电感储存磁场能量;在第二个1/4周期电容和电感进行谐振,电感将储存的磁场能量转移给电容储存起来。
在开关S1,S3,S5,S7关断而开关S2,S4,S6,S8导通时,电容C的电压和电源电压同向,电容电压和电源电压叠加,共同向电感提供能量。电容储存的一部分电场能量也就是“电磁能”,这充分地说明了,能量守恒定律在电磁学范畴是不成立的。
在金庸的武侠小说里,武功高手可以将内功储存在檀(应该是月字旁,但Word字库中没有)中气海之中,需要的时候释放出来。纯粹的电感单元就如一个手里有金饭碗的人,却要四处化缘乞讨。而含有电容和电感的电路单元,就像是一个武功高手,可以将能量储存在电容器里,合适的时候释放出来。
然而并不是所有的含有电容和电感的电路单元都能将电磁能如所需要的那样释放出来并发挥应有的作用。比如标准的串,并联谐振变流器就不能。
在标准的串联谐振变流器中,由于在开关元件上反向并联了续流二极管,变流器运行过程中,电感储存的磁场能量是回馈给电源——实际上相当于白白丢掉。
并联谐振变流器拓扑中,家用电磁炉如前所述,其总热效率达到82%以上,非常的高,从这一点上来说是成功的。但是在工业上大量应用的“可控硅并联谐振中频电源”中,虽然有电容存在,而且电容的电流是负载电感的Q倍,可惜的是这Q倍的电流是用来使可控硅关断的,也就是说可控硅关断所消耗的功率是负载功率的Q倍,能量浪费巨大,效率低下。电感储存的能量没有转移出来,更谈不上利用。再加上磁部分的低效率——感应圈上的损耗很大,所以“可控硅并联谐振中频电源”应当休矣。
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