O que acontece com uma bobina quando uma corrente alternada passa por ela? Como ela evita queimar?

Quando uma corrente alternada passa por um enrolamento, ocorrem as seguintes situações:

I. Efeitos eletromagnéticos

1. Geração de um campo magnético

 Quando uma corrente alternada passa por um enrolamento, gera-se um campo magnético alternado ao redor do enrolamento. A intensidade deste campo magnético varia com a mudança da corrente.

Por exemplo, em um eletroímã, quando uma corrente alternada passa por um enrolamento, gera-se um campo magnético que atrai objetos ferromagnéticos. A direção e a intensidade deste campo magnético mudam com a mudança de direção e magnitude da corrente alternada.

2. Força eletromotriz induzida

De acordo com a lei de Faraday da indução eletromagnética, um campo magnético variável gerará uma força eletromotriz induzida no enrolamento. A direção desta força eletromotriz induzida é oposta à direção de mudança da corrente e é chamada de força eletromotriz auto-induzida.

Por exemplo, quando a corrente alternada aumenta, a força eletromotriz auto-induzida impedirá o aumento da corrente; quando a corrente alternada diminui, a força eletromotriz auto-induzida impedirá a diminuição da corrente. Este fenômeno de auto-indução desempenha um papel importante em circuitos de corrente alternada. Por exemplo, elementos indutivos podem ser usados para filtragem e limitação de corrente.

II. Perda de energia

1. Perda resistiva

O próprio enrolamento possui uma certa resistência. Quando uma corrente alternada passa pelo enrolamento, ocorrerá perda de potência na resistência, manifestada como aquecimento.

Por exemplo, se a resistência de um enrolamento é R e a corrente alternada que passa por ele é I, então a perda de potência do enrolamento é P=I²R. Se a corrente for grande ou a resistência do enrolamento for grande, a perda de potência aumentará, levando a um aumento na temperatura do enrolamento.

2. Perda por correntes parasitas

Sob a ação de um campo magnético alternado, serão geradas correntes parasitas dentro do condutor do enrolamento. As correntes parasitas gerarão perda de potência no condutor, também manifestada como aquecimento.

Por exemplo, no núcleo de ferro de um transformador, devido à ação de um campo magnético alternado, ocorrerá perda por correntes parasitas. Para reduzir a perda por correntes parasitas, o núcleo de ferro de um transformador geralmente adota uma estrutura laminada para aumentar a resistência do caminho das correntes parasitas e reduzir a magnitude das correntes parasitas.

III. Métodos para evitar queimaduras

1. Selecionar parâmetros apropriados do enrolamento

De acordo com as necessidades de aplicações práticas, selecione parâmetros apropriados do enrolamento, como o número de espiras, diâmetro do fio e material isolante. Aumentar o número de espiras do enrolamento pode aumentar o valor de indutância, mas também aumentará a resistência e o volume; escolher um diâmetro de fio maior pode reduzir a resistência, mas também aumentará o custo e o volume.

Por exemplo, ao projetar um filtro indutivo, são necessários parâmetros apropriados do enrolamento, de acordo com parâmetros como tensão de entrada e saída, corrente e frequência, para atender aos requisitos de filtragem e evitar o superaquecimento e queima do enrolamento.

2. Fortalecer medidas de dissipação de calor

Para reduzir a temperatura do enrolamento, as medidas de dissipação de calor podem ser fortalecidas, como adicionar dissipadores de calor, orifícios de ventilação, ventiladores, etc. Os dissipadores de calor podem aumentar a área de contato entre o enrolamento e o ar e melhorar a eficiência de dissipação de calor; os orifícios de ventilação podem promover a circulação de ar e levar embora o calor gerado pelo enrolamento; os ventiladores podem forçar o fluxo de ar e acelerar a velocidade de dissipação de calor.

Por exemplo, em um dispositivo eletrônico de alta potência, o enrolamento geralmente é instalado em um dissipador de calor e é resfriado por orifícios de ventilação ou ventiladores. Isso pode reduzir efetivamente a temperatura do enrolamento e evitar a queima.

3. Controlar corrente e tensão

Evite passar corrente excessiva ou submeter o enrolamento a tensão excessiva. Elementos de proteção apropriados, como fusíveis, disjuntores e reguladores de tensão, podem ser usados para limitar a magnitude da corrente e da tensão.

Por exemplo, em um circuito de alimentação, para evitar que o enrolamento queime devido a sobrecorrente, um fusível pode ser instalado no circuito. Quando a corrente excede a corrente nominal do fusível, o fusível derrete e interrompe o circuito para proteger o enrolamento e outros componentes.

4. Inspeção e manutenção regular

Inspeções regulares da aparência, temperatura, desempenho de isolamento, etc., do enrolamento, e identificação e tratamento de problemas potenciais em tempo hábil. Se houver superaquecimento, descoloração, odor anormal, etc., no enrolamento, pare de usá-lo imediatamente e realize inspeção e reparo.

Por exemplo, em um dispositivo eletrônico que opera por um longo período, o enrolamento deve ser inspecionado e mantido regularmente, limpar poeira e detritos, verificar a condição do isolamento e medir os valores de resistência e indutância do enrolamento. Isso pode detectar problemas com o enrolamento em tempo hábil e tomar medidas correspondentes para evitar a queima.

Em resumo, quando uma corrente alternada passa por um enrolamento, o enrolamento gerará um campo magnético, força eletromotriz induzida e perda de energia. Para evitar a queima do enrolamento, podem ser selecionados parâmetros apropriados do enrolamento, medidas de dissipação de calor podem ser fortalecidas, a corrente e a tensão podem ser controladas, e inspeções e manutenções regulares podem ser realizadas.