Proč induktor produkuje vysoké napětí a ne vysoký proud?

Když se cívka zhroutí (například, když se v obvodu s cívkou náhle otevře spínač), vyprodukuje vysoké napětí namísto vysokého proudu. To lze vysvětlit základními vlastnostmi cívky a jejím mechanismem ukládání energie. Zde je podrobné vysvětlení:

Základní vlastnosti cívky

Základní vlastnost cívky lze vyjádřit následujícím vzorcem:

kde:

V je napětí na cívce.

L je induktance cívky. dI/dt je rychlost změny proudu v čase.

Tento vzorec naznačuje, že napětí na cívce je úměrné rychlosti změny proudu. Jinými slovy, cívka odolává rychlým změnám proudu.

Ukládání energie

Cívka ukládá energii, když přes ni proudí proud, a tato energie je uložena v magnetickém poli. Energie 

E uložená v cívce lze vyjádřit následujícím vzorcem:

kde:

• E je uložená energie.

• L je induktance.

• I je proud proudící přes cívku.

Když se spínač otevře

Když se spínač v obvodu s cívkou náhle otevře, proud nemůže okamžitě klesnout na nulu, protože magnetické pole v cívce potřebuje čas k uvolnění uložené energie. Protože proud nemůže okamžitě změnit, cívka se pokusí udržet existující proud.

Nicméně, protože se spínač otevřel, cesta pro proud byla přerušena. Cívka nemůže pokračovat v udržování proudu, takže generuje velmi vysoké napětí na svých terminálech. Toto vysoké napětí se pokouší donutit proud, aby pokračoval v plynutí, ale protože obvod je přerušen, proud nemůže projít, a cívka uvolňuje svou uloženou energii prostřednictvím vysokého napětí.

Matematické vysvětlení

Podle vztahu mezi napětím a proudem cívky V=L（dI/dt）, když se spínač náhle otevře, proud I musí velmi rychle klesnout na nulu. To znamená, že rychlost změny proudu dI/dt se stane velmi velkou, což vedne k velmi vysokému napětí V.

Praktický jev

V praktických obvodech může toto vysoké napětí způsobit jiskrové výboje nebo poškození jiných komponent v obvodu. Aby se toto zabránilo, je často s cívkou paralelně připojen diod (známý jako flyback dioda nebo freewheeling dioda). To umožňuje, aby proud pokračoval v plynutí přes diodu, když se spínač otevře, což předejde vytvoření příliš vysokého napětí.

Shrnutí

Když se spínač v obvodu s cívkou náhle otevře, je vyprodukované vysoké napětí namísto vysokého proudu, protože cívka se pokouší udržet existující proud. Nicméně, protože je obvod přerušen, proud nemůže pokračovat v plynutí, a cívka uvolňuje svou uloženou energii generováním vysokého napětí. Toto vysoké napětí je způsobeno velmi velkou rychlostí změny proudu dI/dt.