Miért adhat egy indukció nagy feszültséget és nem nagy áramot?

Amikor egy indukció körben (például, ha a körben lévő kapcsoló hirtelen felnyílik), nem nagy áramot, hanem nagy feszültséget termel. Ez az indukció alapvető tulajdonságai és energiatárolási mechanizmusa alapján magyarázható. Íme egy részletes magyarázat:

Indukció Alapvető Tulajdonságai

Az indukció alapvető tulajdonsága a következő képlettel fejezhető ki:

ahol:

V az indukcióon keresztül haladó feszültség.

L az indukció induktanciája.dI/dt az áram idő szerinti változási sebessége.

Ez a képlet azt mutatja, hogy az indukcióon keresztül haladó feszültség arányos az áram változási sebességével. Más szavakkal, az indukció ellenzi az áram gyors változását.

Energia Tárolása

Az indukció energia tárolása történik, amikor áram áthalad rajta, és ez az energia a mágneses mezőben tárolódik. Az E energia, amit az indukcióban tárol, a következő képlettel fejezhető ki:

ahol:

• E a tárolt energia.

• L az induktancia.

• I az áram, ami az indukcióon áthalad.

Amikor a Kapcsoló Felnyílik

Amikor a kapcsoló az indukció körben hirtelen felnyílik, az áram nem tud azonnal nullává válni, mert az indukcióban lévő mágneses mezőnek időre van szüksége, hogy kibocsássa a tárolt energiát. Mivel az áram nem változhat azonnal, az indukció megpróbálja fenntartani a meglévő áramfolyamot.

Azonban, mivel a kapcsoló felnyílt, az áram útja megszakadt. Az indukció nem tudja továbbra is fenntartani az áramot, így nagyon magas feszültséget generál a végpontjaiban. Ez a magas feszültség próbálja kényszeríteni az áram folytatását, de mivel a kör megszakadt, az áram nem tud áthaladni, és az indukció a tárolt energiát a magas feszültség formájában bocsátja ki.

Matematikai Magyarázat

Az indukció feszültség-áram viszonya V=L(dI/dt) szerint, amikor a kapcsoló hirtelen felnyílik, az I áram gyorsan nullává kell válnia. Ez azt jelenti, hogy az áram változási sebessége dI/dt nagyon nagy lesz, ami eredményez egy nagyon magas V feszültséget.

Gyakorlati Jelenség

A gyakorlati áramkörökben ez a magas feszültség tűzcsillagokat okozhat vagy károsíthat más komponenseket a körben. Ehelyett gyakran egy diodát (ismert flyback dioda vagy freewheeling dioda néven) csatlakoztatnak párhuzamosan az indukcióval. Ez lehetővé teszi, hogy az áram folytathassa a folyamát a dióda által, amikor a kapcsoló felnyílik, így elkerülve a túl magas feszültség generálódását.

Összefoglalás

Amikor egy indukció körben lévő kapcsoló hirtelen felnyílik, nem nagy áramot, hanem nagy feszültséget termel, mert az indukció megpróbálja fenntartani a meglévő áramfolyamot. Azonban, mivel a kör megszakadt, az áram nem tud tovább folytatni, és az indukció a tárolt energiát a magas feszültség formájában bocsátja ki. Ez a magas feszültség a nagyon nagy áram változási sebességének (dI/dt) köszönhető.