Was passiert mit dem Strom, wenn ein Spulenkern plötzlich getrennt wird?

Wenn ein Spule plötzlich getrennt wird, unterliegt der Strom aufgrund der Eigenschaft der Spule, einen konstanten Strom zu halten, signifikanten Veränderungen. Hier ist eine detaillierte Erklärung:

1. Grundlegende Eigenschaften einer Spule

Die grundlegende Eigenschaft einer Spule kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

V=L（dI/dt）

wobei:

• V die Spannung über der Spule ist,

• L die Induktivität der Spule ist,

• I der Strom durch die Spule ist,

• dI/dt die Änderungsrate des Stroms ist.

Diese Formel zeigt, dass die Spannung über der Spule proportional zur Änderungsrate des Stroms ist. Wenn der Strom schnell ändert, entsteht über der Spule eine hohe Spannung.

2. Wenn eine Spule plötzlich getrennt wird

Wenn eine Spule plötzlich getrennt wird, kann der Strom nicht sofort auf Null fallen, da die Spule plötzliche Änderungen des Stroms widersteht. Genauer gesagt:

Strom kann sich nicht sofort ändern

Grund: Die Spule speichert magnetische Feldenergie, und wenn der Strom abrupt stoppen will, versucht die Spule, den ursprünglichen Strom beizubehalten.

Ergebnis: Die Spule erzeugt an der Trennstelle eine hohe Überspannung, um den Stromfluss aufrechtzuerhalten.

Überhöhung der Spannung

Spannungsspitze: Aufgrund der Unfähigkeit des Stroms, sich sofort zu ändern, erzeugt die Spule an der Trennstelle eine hohe Überspannung. Diese Spannungsspitze kann extrem hoch sein und andere Bauteile im Schaltkreis beschädigen.

Energieabgabe: Diese hohe Spannung führt dazu, dass die in der Spule gespeicherte magnetische Feldenergie schnell freigesetzt wird, oft in Form eines Bogens.

3. Praktische Auswirkungen

Bogenentladung

• Bogenbildung: An der Trennstelle kann die hohe Spannung zu einer Bogenentladung führen, was zu Funken oder Bögen führt.

• Schäden: Bogenbildung kann Schalter, Kontakte oder andere Schaltungskomponenten beschädigen.

Spannungsspitze

Schutzmaßnahmen: Um Schäden durch Spannungsspitzen zu vermeiden, wird oft eine Diode (bekannt als Flyback-Diode oder Freilaufdiode) parallel zur Spule geschaltet, oder andere Arten von Überspannungsschutzbauelementen (wie Varistoren) werden verwendet.

4. Lösungen

Flyback-Diode

• Funktion: Eine Flyback-Diode bietet einen niedrigimpedanzigen Pfad für den Strom, wenn die Spule plötzlich getrennt wird, und verhindert so das Entstehen von hohen Spannungsspitzen.

• Verbindung: Die Flyback-Diode wird normalerweise antiparallel zur Spule geschaltet. Wenn die Spule getrennt wird, leitet die Diode und bietet einen Pfad, damit der Strom weiterfließen kann.

Überspannungsschutzbauelement

• Funktion: Ein Überspannungsschutzbauelement (wie ein Varistor) klammert die Spannung schnell, wenn sie einen bestimmten Schwellwert überschreitet, absorbiert überschüssige Spannungsenergie und schützt andere Komponenten im Schaltkreis.

• Verbindung: Das Überspannungsschutzbauelement wird normalerweise parallel zur Spule geschaltet.

Zusammenfassung

Wenn eine Spule plötzlich getrennt wird, kann der Strom aufgrund der Eigenschaft der Spule, einen konstanten Strom zu halten, nicht sofort auf Null fallen. Dies führt an der Trennstelle zu einer hohen Überspannung, die zu Bögen und Beschädigungen von Schaltungskomponenten führen kann. Um den Schaltkreis zu schützen, wird oft eine Flyback-Diode oder ein Überspannungsschutzbauelement verwendet, um das Entstehen von Spannungsspitzen zu verhindern.