لماذا يحدث أن الملف ينتج جهدًا عاليًا وليس تيارًا عاليًا؟
عندما ينهار مكثف (على سبيل المثال، عندما يتم فتح مفتاح في دارة المكثف بشكل مفاجئ)، فإنه ينتج جهدًا عاليًا بدلاً من تيار عالي. يمكن تفسير ذلك بواسطة الخصائص الأساسية للمكثف وآلية تخزين الطاقة. فيما يلي شرح مفصل:
الخصائص الأساسية للمكثف
يمكن التعبير عن الخاصية الأساسية للمكثف بالمعادلة التالية:
حيث:
V هو الجهد عبر المكثف.
L هو الحث الذاتي للمكثف. dI/dt هو معدل تغير التيار بالنسبة للزمن.
تشير هذه المعادلة إلى أن الجهد عبر المكثف يتناسب مع معدل تغير التيار. بمعنى آخر، يقاوم المكثف التغييرات السريعة في التيار.
تخزين الطاقة
يقوم المكثف بتخزين الطاقة عندما يتدفق التيار عبره، وتتم تخزين هذه الطاقة في المجال المغناطيسي. يمكن التعبير عن الطاقة E المخزنة في المكثف بالمعادلة التالية:
حيث:
E هي الطاقة المخزنة.
L هو الحث الذاتي.
I هو التيار المتدفق عبر المكثف.
عند فتح المفتاح
عندما يتم فتح مفتاح في دارة المكثف بشكل مفاجئ، لا يمكن للتيار أن ينخفض فوراً إلى الصفر لأن المجال المغناطيسي في المكثف يحتاج وقتاً لإطلاق الطاقة المخزنة فيه. بما أن التيار لا يمكن أن يتغير فوراً، فإن المكثف يحاول الحفاظ على التدفق الحالي للتيار.
ومع ذلك، نظراً لفتح المفتاح، يتم قطع مسار التيار. لا يمكن للمكثف الاستمرار في الحفاظ على التيار، لذلك يولد جهدًا عاليًا عبر طرفيه. هذا الجهد العالي يحاول إجبار التيار على الاستمرار في التدفق، ولكن بما أن الدائرة مقطوعة، لا يمكن للتيار المرور، ويقوم المكثف بإطلاق الطاقة المخزنة فيه عبر الجهد العالي.
التفسير الرياضي
وفقاً للعلاقة بين الجهد والتيار للمكثف V=L(dI/dt) عند فتح المفتاح بشكل مفاجئ، يجب أن ينخفض التيار I إلى الصفر بسرعة كبيرة. هذا يعني أن معدل تغير التيار dI/dt يصبح كبيراً جداً، مما يؤدي إلى جهد عالي V.
الظاهرة العملية
في الدوائر العملية، يمكن لهذا الجهد العالي أن يسبب شرارات أو يضر بمكونات أخرى في الدائرة. لمنع ذلك، غالباً ما يتم توصيل دايود (معروف بدايود الفلاش باك أو الدايود الحر) بالتوازي مع المكثف. هذا يسمح للتيار بأن يستمر في التدفق عبر الدايود عند فتح المفتاح، وبالتالي تجنب توليد جهود عالية للغاية.
ملخص
عند فتح مفتاح في دائرة المكثف بشكل مفاجئ، يتم إنتاج جهد عالي بدلاً من تيار عالي لأن المكثف يحاول الحفاظ على التدفق الحالي للتيار. ومع ذلك، بما أن الدائرة مقطوعة، لا يمكن للتيار الاستمرار في التدفق، ويقوم المكثف بإطلاق الطاقة المخزنة فيه عن طريق توليد جهد عالي. هذا الجهد العالي ناتج عن معدل تغير التيار الكبير dI/dt.
