Co się dzieje z cewką, gdy przez nią przepływa prąd przemienny? Jak unika spalenia?

Gdy prąd zmienny przepływa przez cewkę, występują następujące sytuacje:

I. Efekty elektromagnetyczne

1. Generowanie pola magnetycznego

 Gdy prąd zmienny przepływa przez cewkę, wokół cewki powstaje zmienne pole magnetyczne. Intensywność tego pola magnetycznego zmienia się wraz ze zmianą prądu.

Na przykład, w elektromagnesie, gdy prąd zmienny przepływa przez cewkę, powstaje pole magnetyczne, które przyciąga obiekty ferromagnetyczne. Kierunek i intensywność tego pola magnetycznego zmieniają się wraz ze zmianą kierunku i wielkości prądu zmiennego.

2. Wywołane napięcie elektryczne

Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, zmienne pole magnetyczne wywoła napięcie elektryczne w cewce. Kierunek tego wywołanego napięcia jest przeciwny do kierunku zmiany prądu i nazywany jest samowzbudzonym napięciem elektrycznym.

Na przykład, gdy prąd zmienny wzrasta, samowzbudzone napięcie elektryczne utrudnia wzrost prądu; gdy prąd zmienny maleje, samowzbudzone napięcie elektryczne utrudnia spadek prądu. Ten zjawisko samowzbudzenia odgrywa ważną rolę w obwodach prądu zmiennego. Na przykład, elementy indukcyjne mogą być używane do filtrowania i ograniczania prądu.

II. Straty energii

1. Straty oporowe

Cewka sama w sobie ma pewien opór. Gdy prąd zmienny przepływa przez cewkę, na oporze będą występować straty mocy, które objawiają się jako grzanie.

Na przykład, jeśli opór cewki wynosi R, a przez nią przepływa prąd zmienny I, to strata mocy w cewce wynosi P=I2R. Jeśli prąd jest duży lub opór cewki jest duży, straty mocy będą większe, co prowadzi do wzrostu temperatury cewki.

2. Straty wirnikowe

Pod wpływem zmiennego pola magnetycznego wewnątrz przewodnika cewki powstają prądy wirnikowe. Prądy wirnikowe powodują straty mocy w przewodniku, które również objawiają się jako grzanie.

Na przykład, w rdzeniu żelaznym transformatora, pod wpływem zmiennego pola magnetycznego, powstają straty wirnikowe. Aby zmniejszyć straty wirnikowe, rdzeń żelazny transformatora zwykle wykonuje się z laminowanego materiału, aby zwiększyć opór drogi prądów wirnikowych i zmniejszyć ich wielkość.

III. Metody uniknięcia przepalenia

1. Wybór odpowiednich parametrów cewki

W zależności od potrzeb praktycznych, należy wybrać odpowiednie parametry cewki, takie jak liczba zwinięć, średnica przewodu i materiał izolacyjny. Zwiększenie liczby zwinięć cewki może zwiększyć wartość indukcyjności, ale również zwiększy opór i objętość; wybór większej średnicy przewodu może zmniejszyć opór, ale również zwiększy koszty i objętość.

Na przykład, przy projektowaniu indukcyjnego filtra, należy wybrać odpowiednie parametry cewki w zależności od parametrów, takich jak napięcie wejściowe i wyjściowe, prąd i częstotliwość, aby spełnić wymagania filtrujące i uniknąć nadmiernego grzania i przepalenia cewki.

2. Wzmocnienie środków odprowadzania ciepła

Aby zmniejszyć temperaturę cewki, można wzmocnić środki odprowadzania ciepła, takie jak dodanie chłodnic, otworów wentylacyjnych, wentylatorów itp. Chłodnice mogą zwiększyć powierzchnię kontaktu między cewką a powietrzem i poprawić efektywność odprowadzania ciepła; otwory wentylacyjne mogą promować cyrkulację powietrza i zabierać ciepło generowane przez cewkę; wentylatory mogą wymuszać przepływ powietrza i przyspieszać proces odprowadzania ciepła.

Na przykład, w urządzeniu elektronicznym o dużej mocy, cewka jest zazwyczaj montowana na chłodnicy i jest chłodzona za pomocą otworów wentylacyjnych lub wentylatorów. To może skutecznie zmniejszyć temperaturę cewki i uniknąć jej przepalenia.

3. Kontrola prądu i napięcia

Unikaj przepuszczania nadmiernego prądu lub narażania cewki na zbyt wysokie napięcie. Można użyć odpowiednich elementów ochronnych, takich jak bezpieczniki, automaty i stabilizatory napięcia, aby ograniczyć wielkość prądu i napięcia.

Na przykład, w obwodzie zasilającym, aby zapobiec przepaleniu cewki z powodu nadmiernego prądu, można zainstalować bezpiecznik w obwodzie. Gdy prąd przekroczy znamionowy prąd bezpiecznika, bezpiecznik przepali i przerwie obwód, chroniąc cewkę i inne elementy.

4. Regularna inspekcja i konserwacja

Regularnie inspekcjonuj wygląd, temperaturę, właściwości izolacji itp. cewki, i znajdź oraz rozwiąż potencjalne problemy w czasie. Jeśli na cewce stwierdzisz nadmierne grzanie, zmianę koloru, nietypowy zapach itp., natychmiast zatrzymaj jej użytkowanie i przeprowadź inspekcję i naprawę.

Na przykład, w urządzeniu elektronicznym działającym przez długi czas, cewka powinna być regularnie inspekcjonowana i konserwowana, usuwając kurz i odpadki, sprawdzając stan izolacji oraz mierząc opór i wartość indukcyjności cewki. To pozwala na wczesne wykrycie problemów z cewką i podjęcie odpowiednich działań, aby uniknąć jej przepalenia.

Podsumowując, gdy prąd zmienny przepływa przez cewkę, cewka generuje pole magnetyczne, wywołane napięcie elektryczne i straty energii. Aby uniknąć przepalenia cewki, można wybrać odpowiednie parametry cewki, wzmocnić środki odprowadzania ciepła, kontrolować prąd i napięcie oraz regularnie inspekcjonować i konserwować cewkę.