Neden bir bobin yüksek gerilim üretirken yüksek akım üretmez?

Bir bobin çökerken (örneğin, bobin devresindeki bir anahtar aniden açıldığında), yüksek akım yerine yüksek gerilim üretir. Bu, bir bobinin temel özelliklerini ve enerji depolama mekanizmasını açıklamak suretiyle açıklanabilir. İşte detaylı bir açıklama:

Bir Bobinin Temel Özellikleri

Bir bobinin temel özelliği aşağıdaki formülle ifade edilebilir:

burada:

V, bobindaki gerilimdir.

L, bobinin endüktansıdır. dI/dt, akımın zamana göre değişim hızıdır.

Bu formül, bobindaki gerilimin akımın değişim hızına orantılı olduğunu gösterir. Başka bir deyişle, bir bobin, akımdaki hızlı değişikliklere karşı direnç gösterir.

Enerji Depolama

Bir bobin, arızadan geçerken enerji depolar ve bu enerji manyetik alanda saklanır. Bir bobinde depolanan enerji E, aşağıdaki formülle ifade edilebilir:

burada:

• E, depolanan enerjidir.

• L, endüktanstır.

• I, bobinden geçen akımdır.

Anahtar Açıldığında

Bobin devresindeki bir anahtar aniden açıldığında, manyetik alanın sakladığı enerjisinin serbest bırakması için zaman gerektiği için akım anında sıfıra düşemez. Akım anında değişemeyeceği için, bobin mevcut akım akışını sürdürmeye çalışır.

Ancak, anahtarın açılmasından dolayı, akım yolu kesildiğinden, bobin akımı sürdürmekte başarısız olur ve uçlarındaki gerilimi çok yükseğe çıkarır. Bu yüksek gerilim, akımın devam etmesini zorlamaya çalışır, ancak devre kırıldığından, akım geçemez ve bobin yüksek gerilim yoluyla sakladığı enerjisi serbest bırakır.

Matematiksel Açıklama

Bir bobinin gerilim-akım ilişkisine göre V=L(dI/dt) olduğunda, anahtar aniden açıldığında, akım I çok hızlı bir şekilde sıfıra düşmelidir. Bu, akımın değişim hızının dI/dt'nin çok büyük olması anlamına gelir, bu da sonucunda çok yüksek bir gerilim V'ye neden olur.

Pratik Gözlem

Pratik devrelerde, bu yüksek gerilim parazit salınım veya devredeki diğer bileşenlere zarar verme gibi olaylara neden olabilir. Bunu önlemek için, genellikle bir diod (geri akım diodu veya serbest akım diodu olarak bilinir) bobinle paralel olarak bağlanır. Bu, anahtar açıldığında akımın diod üzerinden devam etmesine olanak tanır, böylece aşırı yüksek gerilimlerin oluşmasını önler.

Özet

Bir bobin devresindeki anahtar aniden açıldığında, yüksek akım yerine yüksek gerilim üretilir çünkü bobin mevcut akım akışını sürdürmeye çalışır. Ancak, devrenin kırılması nedeniyle, akım devam edemez ve bobin depolanan enerjisini yüksek gerilim yoluyla serbest bırakır. Bu yüksek gerilim, akımın değişim hızının dI/dt'nin çok büyük olması sonucudur.