Hvad sker der med en spole, når en vekselstrøm passerer gennem den? Hvordan undgår den at blive brændt?

Når en vekselstrøm passerer igennem en spole, finder følgende situationer sted:

I. Elektromagnetiske effekter

1. Oprettelse af et magnetfelt

 Når en vekselstrøm passerer igennem en spole, dannes der et vekslemagnetfelt omkring spolen. Intensiteten af dette magnetfelt ændrer sig med strømmens ændring.

For eksempel i en elektromagnet, når en vekselstrøm passerer igennem en spole, dannes der et magnetfelt, der tiltrækker ferromagnetiske objekter. Retningen og intensiteten af dette magnetfelt ændrer sig med retning og størrelse af den vekselskiftende strøm.

2. Induceret elektromotorisk kraft

Ifølge Faradays lov om elektromagnetisk induktion vil et ændrende magnetfelt danne en induceret elektromotorisk kraft i spolen. Retningen af denne inducerede elektromotoriske kraft er modsat retningen af strømændringen og kaldes selvinduktion.

For eksempel, når den vekselskiftende strøm øges, vil den selvinducerede elektromotoriske kraft forhindre strømstigningen; når den vekselskiftende strøm falder, vil den selvinducerede elektromotoriske kraft forhindre strømfaldet. Dette fænomen med selvinduktion spiller en vigtig rolle i vekselstrømskredsløb. For eksempel kan induktive elementer bruges til filtrering og strømbegrænsning.

II. Energiforbrug

1. Spændingsforbrug

Spolen har en vis modstand. Når en vekselstrøm passerer igennem spolen, opstår der effektforbrug på modstanden, som manifesterer sig som opvarmning.

For eksempel, hvis modstanden i en spole er R, og den vekselskiftende strøm, der passerer igennem den, er I, så er effektforbruget for spolen P=I²R. Hvis strømmen er stor eller spolens modstand er stor, vil effektforbruget stige, hvilket fører til en stigning i spolens temperatur.

2. Vrøvlstrømsforbrug

Under indflydelse af et vekslemagnetfelt dannes vrøvlstrømme indeni spolens ledere. Vrøvlstrømme vil generere effektforbrug i lederen, også manifesteret som opvarmning.

For eksempel i en transformers jernkerne, på grund af indflydelsen af et vekslemagnetfelt, vil der opstå vrøvlstrømsforbrug. For at reducere vrøvlstrømsforbrug anvendes ofte en lamelleret struktur i jernkerne for at øge modstanden for vrøvlstrømmer og reducere størrelsen af vrøvlstrømmer.

III. Metoder til undgåelse af udbrydning

1. Vælg passende spoleparametre

Baseret på behovene i praktiske applikationer, vælg passende spoleparametre som antallet af vindinger, tråddiameter og isoleringsmateriale. Øgning af antallet af vindinger i spolen kan øge induktionsværdien, men det vil også øge modstanden og volumenet; valg af en større tråddiameter kan reducere modstanden, men det vil også øge kostprisen og volumenet.

For eksempel, når man designer en induktiv filter, skal passende spoleparametre vælges baseret på parametre som input- og outputspænding, strøm og frekvens for at opfylde filtreringskravene og undgå overophedning og udbrydning af spolen.

2. Forstærk varmeafledningsforanstaltninger

For at reducere spolens temperatur kan varmeafledningsforanstaltninger forstærkes, som tilføjelse af køler, ventilationshuller, blæsere osv. Kølere kan øge kontaktfladen mellem spolen og luften og forbedre varmeafledningskapaciteten; ventilationshuller kan fremme luftcirkulation og tage bort varmen, der dannes af spolen; blæsere kan tvungen luftbevægelse og accelerere varmeafledningshastigheden.

For eksempel, i elektroniske enheder med høj effekt, monteres spolen normalt på en køler og køles ved ventilationshuller eller blæsere. Dette kan effektivt reducere spolens temperatur og undgå udbrydning.

3. Kontroller strøm og spænding

Undgå at lade for meget strøm passere eller udsætte spolen for for høj spænding. Passende beskyttelseselementer som sikringer, brydere og spændingsregulatører kan bruges til at begrænse størrelsen af strøm og spænding.

For eksempel, i en strømforsyningskreds, for at undgå, at spolen udbryder på grund af overskridelse af strøm, kan en siksring installeres i kredsen. Når strømmen overstiger sikringens nominelle strøm, vil sikringen springe og afbryde kredsen for at beskytte spolen og andre komponenter.

4. Regelmæssig inspektion og vedligeholdelse

Inspektion af spolens udseende, temperatur, isoleringsydelser mv. skal foretages regelmæssigt, og potentielle problemer skal findes og håndteres i tide. Hvis overophedning, farveændring, mærkværdig lugt mv. opdages på spolen, stop brugen umiddelbart og gennemfør inspektion og reparation.

For eksempel, i en elektronisk enhed, der opererer i lang tid, skal spolen regelmæssigt inspiceres og vedligeholdes, støv og affald skal ryddes, isoleringen skal kontrolleres for at være i god stand, og spolens modstand og induktionsværdier skal måles. Dette kan detektere problemer med spolen i tide og træffe de nødvendige foranstaltninger for at undgå udbrydning.

Samlet set, når en vekselstrøm passerer igennem en spole, vil spolen danne et magnetfelt, en induceret elektromotorisk kraft og energiforbrug. For at undgå udbrydning af spolen, kan passende spoleparametre vælges, varmeafledningsforanstaltninger forstærkes, strøm og spænding kontrolleres, og regelmæssig inspektion og vedligeholdelse udføres.