Pokud záhyby v drátu neovlivňují jeho odpor, proč pak zavinutý cívek drát vyzařuje jiskry, zatímco hladký drát ne?
Zatímco samotné ohnutí drátu nepříliš ovlivňuje jeho odpor, situace se stává složitější u zavíjených cívek, jako jsou ty, které najdeme v transformátorech, motorech nebo elektromagnetech. Cívky nejsou jen ohnuté dráty; jejich geometrie a způsob zavíjení ovlivňují jejich elektromagnetické vlastnosti, zejména vlastní indukci a vzájemnou indukci, což vede k jevům, jako je jiskření, které se u běžných rovných drátů nevyskytují.
Důvody pro jiskření v zavíjených cívkách
Indukční efekty
Vlastní indukce: Když proud protéká cívkou, vygeneruje magnetické pole kolem cívky. Pokud se proud náhle změní (např. při zapínání nebo vypínání obvodu), magnetické pole se také změní, což indukuje elektromotorickou sílu (EMF) známou jako vlastní indukce. Tato náhlá změna může vést k velmi vysokým napěťovým špičkám, což vede k jiskření.
Vzájemná indukce: U vícekruhových cívek změna proudu v jednom kruhu ovlivňuje proud v sousedních kruzích, což se nazývá vzájemná indukce. Náhlé změny proudu mohou vést k napěťovým špičkám, což vede k jiskření.
Kapacitní efekty
Kapacita mezi kruhy: Díky kapacitě mezi kruhy v cívce mohou náhlé změny proudu vést k napěťovým špičkám, což může vést k jiskření.
Přechodné jevy při přepínání
Jiskření při odpojování: Při odpojování napájecího zdroje od cívky vlastní indukovaná EMF způsobí, že uložená magnetická energie se pokusí udržet proud, což vede k vysokým napětím na spínacím přepínači, což může vést k obloukovému jiskření nebo jiskření.
Jiskření při připojování: Při připojování napájecího zdroje k cívce může i zavedení proudu způsobit okamžité vysoké napětí, což vede k jiskření.
Rozdíly mezi běžnými dráty a cívkami
Geometrická struktura: Běžné dráty jsou obvykle rovné nebo mírně ohnuté, zatímco cívky jsou těsně zavinuté, což vede k vyšší vlastní indukci a vzájemné indukci v cívkách.
Elektromagnetické efekty: Změny proudu v cívkách produkují významné změny magnetického pole, zatímco změny proudu v běžných drátech produkují minimální změny magnetického pole, což vede k méně patrným elektromagnetickým efektům.
Ukládání energie: Cívky mohou ukládat významné množství magnetické energie, a uvolnění této energie při náhlých změnách proudu může vést k vysokým napěťovým špičkám, což vede k jiskření.
Prevence jiskření
Pro prevenci jiskření v cívkách lze použít několik opatření:
Použití flyback diod: Při odpojování napájecího zdroje od cívky může flyback dioda poskytnout cestu pro proud v cívce, absorbuje vlastní indukovanou EMF a snižuje výskyt jiskření.
Použití tlumičových odporníků: V některých případech lze spojit tlumičový odporník v sérii s cívkou, aby se snížila rychlost změny proudu a tím i vlastní indukovaná EMF.
Použití technik měkkého přepínání: Kontrolou rychlosti změny proudu mohou techniky měkkého přepínání snížit napěťové špičky, čímž minimalizují jiskření.
Shrnutí
Cívky, díky své unikátní geometrické struktuře a elektromagnetickým vlastnostem, jsou v porovnání s běžnými dráty více náchylné k jiskření při náhlých změnách proudu. To je způsobeno napěťovými špičkami způsobenými vlastní indukcí a vzájemnou indukcí v cívkách. Správným návrhem a technickými přístupy lze výskyt jiskření efektivně snížit nebo eliminovat.
