Ако извивките в жицата не влияят на нейното съпротивление, защо обвита спирална жица показва искри, вместо обикновена жица?
Макар да изкривяването на жица самото по себе си не влияе значително върху нейното съпротивление, ситуацията става по-сложна, когато се работи с намотани спирали, като тези, които се срещат в трансформатори, мотори или електромагнити. Спиралите не са просто изкривени жици; техната геометрия и метод на намотване влияят на електромагнитните им свойства, особено самоиндукцията и взаимната индукция, водейки до явления като искряне, които не се наблюдават при обикновени прави жици.
Причини за искрянето в намотани спирали
Индуктивни ефекти
Самоиндукция: Когато ток протича през спирала, той генерира магнитно поле около спиралата. Ако токът се промени внезапно (например, когато се включва или изключва веригата), магнитното поле се променя, индуцирайки електродвижещо напрежение (ЕДН), известно като самоиндукция. Тази внезапна промяна може да доведе до много високи пики на напрежението, което води до искряне.
Взаимна индукция: В многопетлеви спирали, промяната в тока в една петля влияе на тока в съседните петли, известна като взаимна индукция. Внезапни промени в тока могат да доведат до пики на напрежението, причиняващи искряне.
Кондензаторни ефекти
Кондензаторност между петли: Дори и кондензаторността между петли в спирала, внезапни промени в тока могат да доведат до пики на напрежението, потенциално резултиращи в искряне.
Преходни процеси при включване/изключване
Искряне при изключване: Когато се изключи електропитането на спирала, самовъзникналото ЕДН кара съхранената магнитна енергия да опитва да поддържа тока, водейки до високо напрежение върху ключа, което може да доведе до дъга или искряне.
Искряне при включване: Когато се включи електропитането на спирала, установяването на тока също може да предизвика моментни високи напрежения, водейки до искряне.
Различия между обикновени жици и спирали
Геометрична структура: Обикновените жици са типично прави или леко изкривени, докато спирали са тясно намотани, водейки до по-висока самоиндукция и взаимна индукция в спирали.
Електромагнитни ефекти: Промени в тока в спирали произвеждат значителни промени в магнитното поле, докато промени в тока в обикновени жици произвеждат минимални промени в магнитното поле, водейки до по-малко забележими електромагнитни ефекти.
Съхранение на енергия: Спирали могат да съхраняват значителни количества магнитна енергия, и освобождаването на тази енергия при внезапни промени в тока може да доведе до високи пики на напрежението, водейки до искряне.
Предотвратяване на искрянето
За да се избегне искрянето в спирали, могат да бъдат предприети няколко мерки:
Използване на диоди за обратно напрежение: Когато се изключи електропитането на спирала, диод за обратно напрежение може да предостави път за тока в спиралата, абсорбирайки самовъзникналото ЕДН и намалявайки възникването на искряне.
Използване на демпфериращи резистори: В някои случаи, демпфериращ резистор може да се свърже поредно със спиралата, за да се намали скоростта на промяна на тока, следователно намалявайки самовъзникналото ЕДН.
Използване на техники за меко комутационно управление: Чрез контролиране на скоростта на промяна на тока, техниките за меко комутационно управление могат да намалят пики на напрежението, следователно минимизирайки искрянето.
Резюме
Спирали, поради уникалната им геометрична структура и електромагнитни свойства, са по-склонни към искряне при внезапни промени в тока, в сравнение с обикновените жици. Това е поради пики на напрежението, причинени от самовъзникналата и взаимната индукция в спирали. Чрез правилно проектиране и технически подходи, възникването на искряне може да бъде ефективно намалено или елиминирано.
