Cosa succede a una bobina quando attraverso di essa passa una corrente alternata? Come evita di bruciarsi?

Quando una corrente alternata passa attraverso una bobina, si verificano le seguenti situazioni:

I. Effetti elettromagnetici

1. Generazione di un campo magnetico

 Quando una corrente alternata passa attraverso una bobina, viene generato un campo magnetico alternato intorno alla bobina. L'intensità di questo campo magnetico cambia con la variazione della corrente.

Ad esempio, in un elettromagnete, quando una corrente alternata passa attraverso una bobina, viene generato un campo magnetico che attrae oggetti ferromagnetici. La direzione e l'intensità di questo campo magnetico cambiano con la variazione della direzione e dell'ampiezza della corrente alternata.

2. Forza elettromotrice indotta

Secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, un campo magnetico variabile genera una forza elettromotrice indotta nella bobina. La direzione di questa forza elettromotrice indotta è opposta alla direzione del cambiamento della corrente ed è chiamata forza elettromotrice autoindotta.

Ad esempio, quando la corrente alternata aumenta, la forza elettromotrice autoindotta ostacolerà l'aumento della corrente; quando la corrente alternata diminuisce, la forza elettromotrice autoindotta ostacolerà la diminuzione della corrente. Questo fenomeno di autoinduzione svolge un ruolo importante nei circuiti a corrente alternata. Ad esempio, gli elementi induttivi possono essere utilizzati per il filtraggio e il limitazione della corrente.

II. Perdita di energia

1. Perdita di resistenza

La bobina stessa ha una certa resistenza. Quando una corrente alternata passa attraverso la bobina, si verifica una perdita di potenza sulla resistenza, manifestata come riscaldamento.

Ad esempio, se la resistenza di una bobina è R e la corrente alternata che la attraversa è I, allora la perdita di potenza della bobina è P=I²R. Se la corrente è elevata o la resistenza della bobina è elevata, la perdita di potenza aumenterà, portando a un aumento della temperatura della bobina.

2. Perdita di correnti parassite

Sotto l'effetto di un campo magnetico alternato, vengono generate correnti parassite all'interno del conduttore della bobina. Le correnti parassite genereranno una perdita di potenza nel conduttore, anch'essa manifestata come riscaldamento.

Ad esempio, nel nucleo di ferro di un trasformatore, a causa dell'effetto di un campo magnetico alternato, si verificherà una perdita di correnti parassite. Per ridurre la perdita di correnti parassite, il nucleo di ferro di un trasformatore adotta solitamente una struttura laminata per aumentare la resistenza del percorso delle correnti parassite e ridurre la loro ampiezza.

III. Metodi per evitare il surriscaldamento

1. Selezionare parametri appropriati della bobina

In base alle esigenze delle applicazioni pratiche, selezionare parametri appropriati della bobina come il numero di spire, il diametro del filo e il materiale isolante. Aumentare il numero di spire della bobina può aumentare il valore di induttanza, ma aumenterà anche la resistenza e il volume; scegliere un diametro del filo maggiore può ridurre la resistenza, ma aumenterà anche i costi e il volume.

Ad esempio, progettando un filtro induttivo, è necessario selezionare parametri appropriati della bobina in base a parametri come tensione d'ingresso e uscita, corrente e frequenza per soddisfare i requisiti di filtraggio e evitare il surriscaldamento e il bruciamento della bobina.

2. Rafforzare le misure di dissipazione del calore

Per ridurre la temperatura della bobina, le misure di dissipazione del calore possono essere rafforzate, ad esempio aggiungendo dissipatori di calore, fori di ventilazione, ventole, ecc. I dissipatori di calore possono aumentare l'area di contatto tra la bobina e l'aria e migliorare l'efficienza di dissipazione del calore; i fori di ventilazione possono promuovere la circolazione dell'aria e portare via il calore generato dalla bobina; le ventole possono forzare il flusso d'aria e accelerare la velocità di dissipazione del calore.

Ad esempio, in un dispositivo elettronico ad alta potenza, la bobina è solitamente installata su un dissipatore di calore e viene raffreddata tramite fori di ventilazione o ventole. Ciò può ridurre efficacemente la temperatura della bobina e evitarne il bruciamento.

3. Controllare corrente e tensione

Evitare di far passare una corrente eccessiva o sottoporre la bobina a una tensione eccessiva. Possono essere utilizzati elementi di protezione appropriati come fusibili, interruttori differenziali e regolatori di tensione per limitare l'ampiezza della corrente e della tensione.

Ad esempio, in un circuito di alimentazione, per prevenire il bruciamento della bobina a causa di una sovratensione, può essere installato un fusibile nel circuito. Quando la corrente supera la corrente nominale del fusibile, il fusibile si spezza e interrompe il circuito per proteggere la bobina e altri elementi.

4. Ispezioni e manutenzioni regolari

Effettuare ispezioni regolari sull'aspetto, la temperatura, le prestazioni isolanti, ecc. della bobina e individuare e risolvere tempestivamente eventuali problemi. Se si riscontrano surriscaldamenti, decolorazioni, odori anomali, ecc. sulla bobina, interrompere immediatamente l'uso e procedere con l'ispezione e la riparazione.

Ad esempio, in un dispositivo elettronico che opera per lunghi periodi, la bobina dovrebbe essere ispezionata e mantenuta regolarmente, pulire polvere e detriti, controllare lo stato di isolamento e misurare i valori di resistenza e induttanza della bobina. Ciò permette di individuare tempestivamente problemi con la bobina e di adottare misure appropriate per evitare il bruciamento.

In sintesi, quando una corrente alternata passa attraverso una bobina, la bobina genererà un campo magnetico, una forza elettromotrice indotta e una perdita di energia. Per evitare il bruciamento della bobina, è possibile selezionare parametri appropriati della bobina, rafforzare le misure di dissipazione del calore, controllare corrente e tensione e effettuare ispezioni e manutenzioni regolari.