Co się dzieje z prądem, gdy cewka jest nagle odłączona?

Gdy cewka zostaje nagle odłączona, prąd ulega znacznym zmianom z powodu charakterystyki cewki utrzymującej stały prąd. Oto szczegółowe wyjaśnienie:

1. Podstawowe Właściwości Cewki

Podstawową właściwość cewki można wyrazić następującym wzorem:

V=L（dI/dt）

gdzie:

• V to napięcie na cewce,

• L to indukcyjność cewki,

• I to prąd przez cewkę,

• dI/dt to tempo zmiany prądu.

Ten wzór wskazuje, że napięcie na cewce jest proporcjonalne do tempa zmiany prądu. Jeśli prąd zmienia się szybko, na cewce powstanie wysokie napięcie.

2. Gdy Cewka Jest Nagle Odłączona

Gdy cewka jest nagle odłączona, prąd nie może natychmiast spadać do zera, ponieważ cewka opiera się nagłym zmianom prądu. Dokładniej mówiąc:

Prąd Nie Może Zmienić Się Natychmiast

Powód: Cewka magazynuje energię pola magnetycznego, a gdy prąd próbuje nagle zatrzymać, cewka stara się utrzymać pierwotny prąd.

Wynik: Cewka generuje wysokie chwilowe napięcie w punkcie odłączenia, próbując utrzymać przepływ prądu.

Chwilowy Skok Napięcia

Skok Napięcia: Ze względu na niemożność natychmiastowej zmiany prądu, cewka powoduje wysoki chwilowy skok napięcia w punkcie odłączenia. Ten skok napięcia może być ekstremalnie wysoki i może uszkodzić inne elementy w obwodzie.

Uwalnianie Energii: To wysokie napięcie powoduje, że zgromadzona energia pola magnetycznego w cewce jest szybko uwolniona, często w formie łuku elektrycznego.

3. Praktyczne Efekty

Rozładowanie Łukowe

• Łukowanie: W punkcie odłączenia wysokie napięcie może powodować rozładowanie łukowe, prowadząc do iskrzenia lub łuków.

• Uszkodzenia: Łukowanie może uszkodzić przełączniki, kontakty lub inne elementy obwodu.

Skok Napięcia

Zabezpieczenia: Aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym skokami napięcia, często umieszcza się diodę (zwaną diodą flyback lub diodą swobodnej emisji) równolegle do cewki, lub używa innych form tłumików chwilowych napięć (takich jak warystory).

4. Rozwiązania

Dioda Flyback

• Funkcja: Dioda flyback zapewnia ścieżkę o niskim impedancie dla prądu, gdy cewka jest nagle odłączona, zapobiegając generowaniu wysokich skoków napięcia.

• Połączenie: Dioda flyback jest zwykle podłączana równolegle do cewki, ale w odwrotnej polarności. Gdy cewka jest odłączona, dioda przewodzi, zapewniając ścieżkę dla prądu, aby mógł on nadal płynąć.

Tłumik Chwilowego Napięcia

• Funkcja: Tłumik chwilowego napięcia (taki jak warystor) szybko ogranicza napięcie, gdy przekracza pewną progową wartość, absorbując nadmiar energii napięciowej i chroniąc inne komponenty w obwodzie.

• Połączenie: Tłumik chwilowego napięcia jest zwykle podłączany równolegle do cewki.

Podsumowanie

Gdy cewka jest nagle odłączona, prąd nie może natychmiast spadać do zera z powodu charakterystyki cewki utrzymującej stały prąd. To powoduje wysokie chwilowe napięcie w punkcie odłączenia, co może prowadzić do łukowania i uszkodzeń komponentów obwodu. Aby chronić obwód, często stosuje się diodę flyback lub tłumik chwilowego napięcia, aby zapobiec generowaniu skoków napięcia.