前几天,吧友 @开朗罗小虎 发了一个图,问二极管的作用。

除在原帖有讨论外,还有吧友另开帖也有讨论,在几个帖的讨论中,我觉得下面这个是比较有价值的回复

下面这个应该能做答案了

下面这个答案说得更清楚

下面我来进行一下理论分析。
首先来分析一下纯电感加正弦波交流电的波形,下图中黑色表示正弦波交流电电压,理论上,纯电感的电流相位落后于电压90°(1/4周期),所以电流波形是图中绿线。
根据电磁感应原理,电感的基本公示是V=L*di/dt,也就是说电感的感应电压等于电感值与电流变化率的乘积,公示也可以变形为di/dt=V/L(电流的变化率等于电压与电感值的比值)或di=V/L*dt(电流变化量等于电压与电感值的比值与时间的乘积),也就是说,作为纯电感,它的电流变化率与电压成正比,电压越大,电流变化越快,电流变化率与电感值成反比,这些规律与电流本身的大小无关。
电压正弦波的一个周期开始,前1/4周期,电压从0增大到最大值,而落后1/4周期的波形是从最小值(或者说负的最大值)上升到0,一开始电压小,电流变化率小,后面电压大,电流变化率大。第二个1/4周期,电压从最大值降到0,因为电压始终为正,所以电流一直增大,开始电压大,所以电流增加快,后面电压小,所以电流增加慢。第三个1/4周期,电压为负半周前半部分,此时电流为正,遇到负的电压,所以电流会减小,直到减小到0。第四个1/4周期,电压从最小值增加到0,因为还是负值,所以电流从0开始变为负值,直到电压负值结束,电流也就结束下降,于是到达最小值。
如果给纯电感加一个二极管再接正弦波交流电,则因为二极管的存在,电流不能为负值,最小值只能为0,所以,电压的第一个1/4周期,电压从0上升到最大值,电流也会从0开始,达到上升速度最大。第二个1/4周期,电压还是正值,只是从最大值降到0,所以电流还是上升,上升速度从最大降到0,所以电流达到最大值。电压负半周,电流减小,因为正半周的电压与负半周电压的绝对值波形完全相同,所以正半周增加的电流,到负半周结束也正好降到0,波形如红色曲线。
如果考虑线圈有电阻,那么,实际的电感就等效为一个理想电感串联一个电阻,在电流增大的过程中,电阻分压也增大,加在理想电感上的电压就比纯电感要小,电流上升速度就比纯电感慢一点,负半周则是电流下降更快,于是电流波形如图中洋红色曲线,有一小段时间电流为0。

以上的分析还没有考虑电感磁芯的磁饱和,如果磁饱和,电流会急剧增大,如下图,黄色曲线是吧友 @
依然逍遥
实测的继电器线圈串二极管电流波形,绿色曲线表示没有磁饱和时的曲线,比绿色曲线高的部分就是因为磁饱和而增大的电流曲线。理论上,如果没有磁饱和,串二极管后的电流会明显小于不串二极管时的2倍,磁饱和后,电流会大一些,实测数据也是如此。

根据吧友依然逍遥实测,继电器不串二极管时,吸合后电流50-60mA,串二极管后,可以吸合,但不稳定,强行按着继电器模拟吸合,电流104mA,接近不接二极管时的2倍。再根据电流波形,可见接二极管时,继电器线圈的最大电流要明显大于不接二极管时最大电流的2倍。
继电器不接二极管时,加220v50Hz交流电,磁场跟随电流变化,也是50Hz,如果不考虑磁极方向,只考虑磁场大小,那就是100Hz,而且从磁极切换时正是磁场变化率最大的时候,磁场为0附近的时间段极小,所以,只要能吸合,就能稳定吸合。继电器线圈串一个二极管后,虽然电流最大值大了很多,但原因当然是中间有一小段时间电流为0,而且电流0前后还有一段时间接近0,所以会导致吸合不稳定。
根据这个分析和实测的数据,若电压不足(略低于正常电压的85%),不加二极管时继电器不能吸合的话,加上二极管,最大电流就可以比不加二极管时更大,从而可以吸合。吸合后,短接二极管,继电器变回正常接法,因铁芯无间隙,略低于正常电压85%的电压完全可以维持吸合。

除在原帖有讨论外,还有吧友另开帖也有讨论,在几个帖的讨论中,我觉得下面这个是比较有价值的回复

下面这个应该能做答案了

下面这个答案说得更清楚

下面我来进行一下理论分析。
首先来分析一下纯电感加正弦波交流电的波形,下图中黑色表示正弦波交流电电压,理论上,纯电感的电流相位落后于电压90°(1/4周期),所以电流波形是图中绿线。
根据电磁感应原理,电感的基本公示是V=L*di/dt,也就是说电感的感应电压等于电感值与电流变化率的乘积,公示也可以变形为di/dt=V/L(电流的变化率等于电压与电感值的比值)或di=V/L*dt(电流变化量等于电压与电感值的比值与时间的乘积),也就是说,作为纯电感,它的电流变化率与电压成正比,电压越大,电流变化越快,电流变化率与电感值成反比,这些规律与电流本身的大小无关。
电压正弦波的一个周期开始,前1/4周期,电压从0增大到最大值,而落后1/4周期的波形是从最小值(或者说负的最大值)上升到0,一开始电压小,电流变化率小,后面电压大,电流变化率大。第二个1/4周期,电压从最大值降到0,因为电压始终为正,所以电流一直增大,开始电压大,所以电流增加快,后面电压小,所以电流增加慢。第三个1/4周期,电压为负半周前半部分,此时电流为正,遇到负的电压,所以电流会减小,直到减小到0。第四个1/4周期,电压从最小值增加到0,因为还是负值,所以电流从0开始变为负值,直到电压负值结束,电流也就结束下降,于是到达最小值。
如果给纯电感加一个二极管再接正弦波交流电,则因为二极管的存在,电流不能为负值,最小值只能为0,所以,电压的第一个1/4周期,电压从0上升到最大值,电流也会从0开始,达到上升速度最大。第二个1/4周期,电压还是正值,只是从最大值降到0,所以电流还是上升,上升速度从最大降到0,所以电流达到最大值。电压负半周,电流减小,因为正半周的电压与负半周电压的绝对值波形完全相同,所以正半周增加的电流,到负半周结束也正好降到0,波形如红色曲线。
如果考虑线圈有电阻,那么,实际的电感就等效为一个理想电感串联一个电阻,在电流增大的过程中,电阻分压也增大,加在理想电感上的电压就比纯电感要小,电流上升速度就比纯电感慢一点,负半周则是电流下降更快,于是电流波形如图中洋红色曲线,有一小段时间电流为0。

以上的分析还没有考虑电感磁芯的磁饱和,如果磁饱和,电流会急剧增大,如下图,黄色曲线是吧友 @

根据吧友依然逍遥实测,继电器不串二极管时,吸合后电流50-60mA,串二极管后,可以吸合,但不稳定,强行按着继电器模拟吸合,电流104mA,接近不接二极管时的2倍。再根据电流波形,可见接二极管时,继电器线圈的最大电流要明显大于不接二极管时最大电流的2倍。
继电器不接二极管时,加220v50Hz交流电,磁场跟随电流变化,也是50Hz,如果不考虑磁极方向,只考虑磁场大小,那就是100Hz,而且从磁极切换时正是磁场变化率最大的时候,磁场为0附近的时间段极小,所以,只要能吸合,就能稳定吸合。继电器线圈串一个二极管后,虽然电流最大值大了很多,但原因当然是中间有一小段时间电流为0,而且电流0前后还有一段时间接近0,所以会导致吸合不稳定。
根据这个分析和实测的数据,若电压不足(略低于正常电压的85%),不加二极管时继电器不能吸合的话,加上二极管,最大电流就可以比不加二极管时更大,从而可以吸合。吸合后,短接二极管,继电器变回正常接法,因铁芯无间隙,略低于正常电压85%的电压完全可以维持吸合。
依然逍遥










