ทำไมอินดักเตอร์จึงสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงแต่ไม่ได้สร้างกระแสมาก

เมื่อตัวเหนี่ยวนำล้มเหลว (เช่น เมื่อสวิตช์ในวงจรตัวเหนี่ยวนำเปิดอย่างกะทันหัน) จะสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงแทนที่จะเป็นกระแสไฟฟ้าสูง ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยคุณสมบัติพื้นฐานของตัวเหนี่ยวนำและกลไกการเก็บพลังงาน ด้านล่างนี้คือคำอธิบายอย่างละเอียด:

คุณสมบัติพื้นฐานของตัวเหนี่ยวนำ

คุณสมบัติพื้นฐานของตัวเหนี่ยวนำสามารถแสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:

โดยที่:

V คือแรงดันไฟฟ้าที่ขวางตัวเหนี่ยวนำ

L คือความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำ dI/dt คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าเทียบกับเวลา

สูตรนี้ระบุว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขวางตัวเหนี่ยวนำมีความสัมพันธ์กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า กล่าวคือ ตัวเหนี่ยวนำต้านทานการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว

การเก็บพลังงาน

ตัวเหนี่ยวนำเก็บพลังงานเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และพลังงานนี้ถูกเก็บไว้ในสนามแม่เหล็ก พลังงาน E ที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำสามารถแสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:

โดยที่:

• E คือพลังงานที่เก็บไว้

• L คือความเหนี่ยวนำ

• I คือกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ

เมื่อสวิตช์เปิด

เมื่อสวิตช์ในวงจรตัวเหนี่ยวนำเปิดอย่างกะทันหัน กระแสไฟฟ้าไม่สามารถลดลงเป็นศูนย์ทันทีได้เนื่องจากสนามแม่เหล็กในตัวเหนี่ยวนำต้องใช้เวลาในการปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าไม่สามารถเปลี่ยนแปลงทันที ตัวเหนี่ยวนำพยายามรักษากระแสไฟฟ้าที่มีอยู่

แต่เนื่องจากสวิตช์เปิด ทางเดินของกระแสไฟฟ้าถูกตัดขาด ตัวเหนี่ยวนำไม่สามารถรักษากระแสไฟฟ้าได้ จึงสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงที่ขั้วของตัวเอง แรงดันไฟฟ้าสูงนี้พยายามทำให้กระแสไฟฟ้าไหลต่อไป แต่เนื่องจากวงจรถูกตัดขาด กระแสไฟฟ้าไม่สามารถผ่านได้ ตัวเหนี่ยวนำจึงปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ผ่านแรงดันไฟฟ้าสูง

คำอธิบายทางคณิตศาสตร์

ตามความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำ V=L（dI/dt）เมื่อสวิตช์เปิดอย่างกะทันหัน กระแสไฟฟ้า I ต้องลดลงเป็นศูนย์อย่างรวดเร็ว หมายความว่า อัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า dI/dt จะมีค่าสูงมาก ทำให้แรงดันไฟฟ้า V สูงมาก

ปรากฏการณ์ในทางปฏิบัติ

ในวงจรจริง แรงดันไฟฟ้าสูงนี้อาจทำให้เกิดประกายไฟหรือทำลายส่วนประกอบอื่น ๆ ในวงจร เพื่อป้องกันเหตุการณ์นี้ มักจะต่อไดโอด (เรียกว่าไดโอดฟลายแบ็คหรือไดโอดฟรีวีลลิง) ขนานกับตัวเหนี่ยวนำ ทำให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านไดโอดเมื่อสวิตช์เปิด หลีกเลี่ยงการสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไป

สรุป

เมื่อสวิตช์ในวงจรตัวเหนี่ยวนำเปิดอย่างกะทันหัน จะสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงแทนที่จะเป็นกระแสไฟฟ้าสูง เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำพยายามรักษากระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ แต่เนื่องจากวงจรถูกตัดขาด กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลต่อไปได้ ตัวเหนี่ยวนำจึงปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ผ่านแรงดันไฟฟ้าสูง แรงดันไฟฟ้าสูงนี้เกิดจากอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า dI/dt ที่สูงมาก