چرا یک القایی که ولتاژ بالا تولید می‌کند ولی جریان بالا تولید نمی‌کند؟

هنگامی که یک القایی فرو می‌رود (به عنوان مثال، هنگامی که یک سوئیچ در مدار القایی به طور ناگهانی باز می‌شود)، یک ولتاژ بالا تولید می‌کند نه یک جریان بالا. این موضوع می‌تواند با ویژگی‌های اساسی یک القایی و مکانیسم ذخیره‌سازی انرژی آن توضیح داده شود. در ادامه توضیحات دقیق‌تر آمده است:

ویژگی‌های اساسی یک القایی

ویژگی اساسی یک القایی می‌تواند با فرمول زیر بیان شود:

که در آن:

V ولتاژ روی القایی است.

L القایی القایی است.dI/dt نرخ تغییر جریان نسبت به زمان است.

این فرمول نشان می‌دهد که ولتاژ روی القایی متناسب با نرخ تغییر جریان است. به عبارت دیگر، یک القایی مقاومت در برابر تغییرات سریع جریان ارائه می‌دهد.

ذخیره‌سازی انرژی

یک القایی وقتی که جریان از آن می‌گذرد انرژی ذخیره می‌کند، و این انرژی در میدان مغناطیسی ذخیره می‌شود. انرژی E ذخیره شده در یک القایی می‌تواند با فرمول زیر بیان شود:

که در آن:

• E انرژی ذخیره شده است.

• L القایی است.

• I جریانی است که از القایی می‌گذرد.

هنگامی که سوئیچ باز می‌شود

هنگامی که یک سوئیچ در مدار القایی به طور ناگهانی باز می‌شود، جریان نمی‌تواند به صورت فوری به صفر برسد زیرا میدان مغناطیسی القایی به زمانی برای آزادسازی انرژی ذخیره شده نیاز دارد. چون جریان نمی‌تواند فوراً تغییر کند، القایی تلاش می‌کند تا جریان موجود را حفظ کند.

با این حال، چون سوئیچ باز شده است، مسیر جریان قطع می‌شود. القایی نمی‌تواند جریان را حفظ کند، بنابراین یک ولتاژ بسیار بالا در دو سر خود تولید می‌کند. این ولتاژ بالا تلاش می‌کند تا جریان را ادامه دهد، اما چون مدار قطع شده است، جریان نمی‌تواند عبور کند و القایی انرژی ذخیره شده خود را از طریق ولتاژ بالا آزاد می‌کند.

توضیح ریاضی

بر اساس رابطه ولتاژ-جریان یک القایی V=L(dI/dt) هنگامی که سوئیچ به طور ناگهانی باز می‌شود، جریان I باید بسیار سریعاً به صفر برسد. این بدان معناست که نرخ تغییر جریان dI/dt بسیار بزرگ می‌شود و نتیجتاً یک ولتاژ بسیار بالا V تولید می‌شود.

پدیده عملی

در مدارهای عملی، این ولتاژ بالا می‌تواند منجر به تخلیه الکتریکی یا خسارت به مولفه‌های دیگر مدار شود. برای جلوگیری از این موضوع، معمولاً یک دیود (که به عنوان دیود پرنده یا دیود آزادی نامیده می‌شود) به موازات القایی متصل می‌شود. این اجازه می‌دهد تا جریان از طریق دیود ادامه یابد هنگامی که سوئیچ باز می‌شود، بنابراین از تولید ولتاژ بسیار بالا جلوگیری می‌شود.

خلاصه

هنگامی که یک سوئیچ در مدار القایی به طور ناگهانی باز می‌شود، یک ولتاژ بالا تولید می‌شود نه یک جریان بالا، زیرا القایی تلاش می‌کند تا جریان موجود را حفظ کند. با این حال، چون مدار قطع شده است، جریان نمی‌تواند ادامه یابد و القایی انرژی ذخیره شده خود را با تولید یک ولتاژ بالا آزاد می‌کند. این ولتاژ بالا به دلیل نرخ تغییر جریان بسیار بزرگ dI/dt است.