Чому індуктор виробляє високе напругу, а не великий струм?

Коли індуктор руйнується (наприклад, коли відразу відкривається випадковий вимикач у цепі індуктора), він створює високе напругу, а не високий струм. Це можна пояснити базовими властивостями індуктора та його механізмом зберігання енергії. Ось детальне пояснення:

Базові властивості індуктора

Фундаментальну властивість індуктора можна виразити наступною формулою:

де:

V — напруга на індукторі.

L — індуктивність індуктора.dI/dt — швидкість зміни струму відносно часу.

Ця формула показує, що напруга на індукторі пропорційна швидкості зміни струму. Іншими словами, індуктор суперечить швидким змінам струму.

Зберігання енергії

Індуктор зберігає енергію, коли через нього проходить струм, і ця енергія зберігається в магнітному полі. Енергія E, збережена в індукторі, може бути виражена наступною формулою:

де:

• E — збережена енергія.

• L — індуктивність.

• I — струм, що проходить через індуктор.

Коли вимикач відкривається

Коли вимикач у цепі індуктора відразу відкривається, струм не може моментально знизитися до нуля, оскільки магнітному полю індуктора потрібний час для виділення збереженої енергії. Оскільки струм не може змінюватися моментально, індуктор намагається підтримати існуючий струм.

Однак, оскільки вимикач відкритий, шлях для струму перерізаний. Індуктор не може продовжувати підтримувати струм, тому він генерує дуже високе напругу на своїх кінцях. Це високе напруга намагається заставити струм продовжувати течію, але оскільки цепина порушена, струм не може пройти, і індуктор виділяє збережену енергію через високе напругу.

Математичне пояснення

Відповідно до співвідношення напруги-струму індуктора V=L(dI/dt) коли вимикач відразу відкривається, струм I повинен дуже швидко знизитися до нуля. Це означає, що швидкість зміни струму dI/dt стає дуже великою, що призводить до дуже високого напругу V.

Практичне явище

У практичних цепинах це високе напругу може спричинити іскрові розряди або пошкодити інші компоненти цепи. Для запобігання цьому часто паралельно з індуктором підключається діод (відомий як діод флайбеку або діод свободного ходу). Це дозволяє струму продовжувати течію через діод, коли вимикач відкривається, таким чином уникнувши появи надто високих напруг.

Підсумок

Коли вимикач у цепі індуктора відразу відкривається, створюється високе напругу, а не високий струм, оскільки індуктор намагається підтримати існуючий струм. Однак, оскільки цепина порушена, струм не може продовжувати течію, і індуктор виділяє збережену енергію, генеруючи високе напругу. Це високе напругу обумовлене дуже великою швидкістю зміни струму dI/dt.