Varför producerar en spole hög spänning och inte en hög ström?

När en spole kollapsar (till exempel när en brytare i spolcirkuiten plötsligt öppnas), producerar den en hög spänning snarare än en hög ström. Detta kan förklaras med de grundläggande egenskaperna hos en spole och dess energilagringsmekanism. Här är en detaljerad förklaring:

Grundläggande Egenskaper hos en Spole

Den grundläggande egenskapen hos en spole kan uttryckas med följande formel:

där:

V är spänningen över spolen.

L är induktansen hos spolen. dI/dt är hastigheten för förändring av ström med avseende på tid.

Denna formel indikerar att spänningen över spolen är proportionell mot hastigheten för förändring av ström. Med andra ord motarbetar en spole snabba förändringar av ström.

Energilagring

En spole lagrar energi när ström flödar genom den, och denna energi lagras i det magnetiska fältet. Energien E som lagras i en spole kan uttryckas med följande formel:

där:

• E är den lagrade energin.

• L är induktansen.

• I är strömmen som flödar genom spolen.

När Brytaren Öppnas

När en brytare i spolcirkuiten plötsligt öppnas, kan strömmen inte omedelbart sjunka till noll eftersom det magnetiska fältet i spolen behöver tid för att släppa sin lagrade energi. Eftersom strömmen inte kan ändras omedelbart, försöker spolen upprätthålla den befintliga strömfördelningen.

Men eftersom brytaren har öppnats, är vägen för strömmen avbruten. Spolen kan inte fortsätta att upprätthålla strömmen, så den genererar en mycket hög spänning över sina terminaler. Denna höga spänning försöker tvinga strömmen att fortsätta flöda, men eftersom cirkuiten är bruten, kan strömmen inte passera, och spolen frigör sin lagrade energi genom den höga spänningen.

Matematisk Förklaring

Enligt spolens spänning-strömsförhållande V=L（dI/dt）när brytaren plötsligt öppnas, måste strömmen I sjunka till noll väldigt snabbt. Detta innebär att hastigheten för förändring av ström dI/dt blir mycket stor, vilket resulterar i en mycket hög spänning V.

Praktiskt Fenomen

I praktiska kretsar kan denna höga spänning orsaka gnistutsläpp eller skada andra komponenter i kretsen. För att förhindra detta ansluts ofta en diod (känd som en flyback-diod eller freewheeling-diod) parallellt med spolen. Detta gör att strömmen kan fortsätta flöda genom dioden när brytaren öppnas, vilket undviker att extremt höga spänningar genereras.

Sammanfattning

När en brytare i en spolcirkuit plötsligt öppnas, produceras en hög spänning snarare än en hög ström eftersom spolen försöker upprätthålla den befintliga strömfördelningen. Men eftersom kretsen är bruten, kan strömmen inte fortsätta flöda, och spolen frigör sin lagrade energi genom att generera en hög spänning. Denna höga spänning beror på den mycket stora hastigheten för förändring av ström dI/dt.