Was passiert mit einer Spule, wenn ein Wechselstrom durch sie fließt? Wie vermeidet sie es, zu verbrennen?

Wenn ein Wechselstrom durch eine Spule fließt, treten die folgenden Situationen auf:

I. Elektromagnetische Effekte

1. Erzeugung eines Magnetfeldes

 Wenn ein Wechselstrom durch eine Spule fließt, wird um die Spule herum ein wechselndes Magnetfeld erzeugt. Die Intensität dieses Magnetfeldes ändert sich mit der Änderung des Stroms.

Zum Beispiel erzeugt in einem Elektromagneten, wenn ein Wechselstrom durch eine Spule fließt, ein Magnetfeld, das ferromagnetische Objekte anzieht. Die Richtung und Intensität dieses Magnetfeldes ändern sich mit der Änderung der Richtung und Stärke des Wechselstroms.

2. Induzierte elektrische Spannung

Laut Faradays Gesetz der elektromagnetischen Induktion erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld in der Spule eine induzierte elektrische Spannung. Die Richtung dieser induzierten elektrischen Spannung ist entgegengesetzt zur Richtung der Stromänderung und wird als Selbstinduktion bezeichnet.

Zum Beispiel hindert die Selbstinduktionsspannung, wenn der Wechselstrom zunimmt, den Anstieg des Stroms; wenn der Wechselstrom abnimmt, hindert sie den Abfall des Stroms. Dieses Phänomen der Selbstinduktion spielt in Wechselstromkreisen eine wichtige Rolle. Zum Beispiel können induktive Bauelemente für Filtern und Strombegrenzung verwendet werden.

II. Energieverluste

1. Widerstandsverluste

Die Spule selbst hat einen bestimmten Widerstand. Wenn ein Wechselstrom durch die Spule fließt, tritt ein Leistungsverlust am Widerstand auf, der sich als Erwärmung manifestiert.

Zum Beispiel, wenn der Widerstand einer Spule R ist und der durch sie fließende Wechselstrom I, dann beträgt der Leistungsverlust der Spule P=I²R. Ist der Strom groß oder der Widerstand der Spule hoch, nimmt der Leistungsverlust zu, was zu einer Erhöhung der Spulentemperatur führt.

2. Wirbelstromverluste

Unter dem Einfluss eines wechselnden Magnetfeldes entstehen in dem Leiter der Spule Wirbelströme. Diese Wirbelströme erzeugen Leistungsverluste im Leiter, die sich ebenfalls als Erwärmung manifestieren.

Zum Beispiel entstehen im Eisenkern eines Transformatoren aufgrund des Einflusses eines wechselnden Magnetfeldes Wirbelstromverluste. Um Wirbelstromverluste zu reduzieren, wird der Eisenkern eines Transformators normalerweise aus geschichteten Platten gefertigt, um den Widerstandsweg der Wirbelströme zu erhöhen und deren Stärke zu reduzieren.

III. Methoden zur Vermeidung von Überhitzung

1. Auswahl geeigneter Spulenparameter

Gemäß den Anforderungen der praktischen Anwendung sollten geeignete Spulenparameter wie die Windungszahl, Drahtdurchmesser und Isoliermaterial ausgewählt werden. Eine Erhöhung der Windungszahl der Spule kann den Induktivitätswert erhöhen, aber auch den Widerstand und das Volumen; die Wahl eines größeren Drahtdurchmessers kann den Widerstand verringern, aber auch die Kosten und das Volumen erhöhen.

Zum Beispiel müssen bei der Auslegung eines induktiven Filters gemäß Parametern wie Eingangs- und Ausgangsspannung, Strom und Frequenz geeignete Spulenparameter ausgewählt werden, um die Filteranforderungen zu erfüllen und eine Überhitzung und Zerstörung der Spule zu vermeiden.

2. Verstärkung der Wärmeabfuhrmaßnahmen

Um die Temperatur der Spule zu senken, können Maßnahmen zur Wärmeabfuhr verstärkt werden, wie z.B. Kühlkörper, Lüftungslöcher, Ventilatoren usw. Kühlkörper können die Kontaktfläche zwischen der Spule und der Luft erhöhen und die Wärmeabfuhr verbessern; Lüftungslöcher fördern die Luftzirkulation und nehmen die von der Spule erzeugte Wärme weg; Ventilatoren erzwingen die Luftbewegung und beschleunigen die Wärmeabfuhr.

Zum Beispiel wird in einem elektronischen Gerät mit hoher Leistung die Spule normalerweise auf einem Kühlkörper montiert und durch Lüftungslöcher oder Ventilatoren gekühlt. Dies kann die Temperatur der Spule effektiv senken und eine Überhitzung vermeiden.

3. Steuerung von Strom und Spannung

Vermeiden Sie, dass übermäßig hohe Ströme oder Spannungen an die Spule angelegt werden. Geeignete Schutzelemente wie Sicherungen, Schaltgeräte und Spannungsregler können verwendet werden, um die Größe von Strom und Spannung zu begrenzen.

Zum Beispiel kann in einem Stromversorgungskreis, um eine Überhitzung der Spule aufgrund eines Überstroms zu verhindern, eine Sicherung in den Kreis eingebaut werden. Wenn der Strom die Nennstromstärke der Sicherung überschreitet, brennt die Sicherung durch und trennt den Kreis, um die Spule und andere Elemente zu schützen.

4. Regelmäßige Prüfung und Wartung

Prüfen Sie regelmäßig das Aussehen, die Temperatur, die Isolierleistung usw. der Spule und stellen Sie potenzielle Probleme rechtzeitig fest und behandeln Sie diese. Wenn auf der Spule Überhitzung, Verfärbung, ungewöhnliche Gerüche usw. festgestellt werden, verwenden Sie sie sofort nicht mehr und führen Sie eine Prüfung und Reparatur durch.

Zum Beispiel sollte in einem elektronischen Gerät, das lange Zeit betrieben wird, die Spule regelmäßig geprüft und gewartet werden, Staub und Schmutz entfernt, die Isolation auf gute Zustand geprüft und die Widerstands- und Induktivitätswerte der Spule gemessen werden. Dies ermöglicht es, Probleme mit der Spule rechtzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass, wenn ein Wechselstrom durch eine Spule fließt, die Spule ein Magnetfeld, eine induzierte elektrische Spannung und Energieverluste erzeugt. Um eine Überhitzung der Spule zu vermeiden, können geeignete Spulenparameter ausgewählt, Wärmeabfuhrmaßnahmen verstärkt, Strom und Spannung gesteuert und regelmäßige Prüfungen und Wartungen durchgeführt werden.