Si les courbures d'un fil n'affectent pas sa résistance pourquoi un fil enroulé en bobine produit des étincelles alors qu'un fil simple ne le fait pas

Bien que plier un fil en lui-même n'affecte pas significativement sa résistance, la situation devient plus complexe lorsqu'il s'agit de bobines enroulées, comme celles trouvées dans les transformateurs, moteurs ou électroaimants. Les bobines ne sont pas simplement des fils tordus ; leur géométrie et leur méthode d'enroulement affectent leurs propriétés électromagnétiques, en particulier l'auto-inductance et l'inductance mutuelle, conduisant à des phénomènes tels que l'étincellement qui ne se produisent pas avec des fils droits ordinaires.

Raisons de l'étincellement dans les bobines enroulées

Effets inductifs

• Auto-inductance : Lorsque le courant circule dans une bobine, il génère un champ magnétique autour de la bobine. Si le courant change brusquement (par exemple, lors de la mise sous tension ou hors tension du circuit), le champ magnétique change, induisant une force électromotrice (FEM) connue sous le nom d'auto-inductance. Ce changement soudain peut entraîner des pics de tension très élevés, résultant en étincellement.

• Inductance mutuelle : Dans les bobines multi-tours, le changement de courant dans un tour affecte le courant dans les tours adjacents, connu sous le nom d'inductance mutuelle. Des changements brusques de courant peuvent entraîner des pics de tension, provoquant l'étincellement.

Effets capacitifs

Capacité entre tours : En raison de la capacité entre les tours d'une bobine, des changements brusques de courant peuvent entraîner des pics de tension, potentiellement résultant en étincellement.

Transitoires de commutation

• Étincellement lors de la déconnexion : Lors de la déconnexion de l'alimentation électrique d'une bobine, la FEM auto-induite fait en sorte que l'énergie magnétique stockée tente de maintenir le courant, entraînant des tensions élevées sur l'interrupteur, ce qui peut entraîner des arcs ou des étincelles.

• Étincellement lors de la connexion : Lors de la connexion de l'alimentation électrique à une bobine, l'établissement du courant peut également causer des tensions instantanées élevées, entraînant l'étincellement.

Différences entre les fils ordinaires et les bobines

• Structure géométrique : Les fils ordinaires sont généralement droits ou légèrement tordus, tandis que les bobines sont enroulées serrées, entraînant une auto-inductance et une inductance mutuelle plus élevées dans les bobines.

• Effets électromagnétiques : Les changements de courant dans les bobines produisent des changements significatifs du champ magnétique, alors que les changements de courant dans les fils ordinaires produisent des changements minimes du champ magnétique, entraînant des effets électromagnétiques moins notables.

• Stockage d'énergie : Les bobines peuvent stocker des quantités substantielles d'énergie magnétique, et la libération de cette énergie lors de changements brusques de courant peut entraîner des pics de tension élevés, résultant en étincellement.

Prévention de l'étincellement

Pour éviter l'étincellement dans les bobines, plusieurs mesures peuvent être prises :

• Utilisation de diodes flyback : Lors de la déconnexion de l'alimentation électrique d'une bobine, une diode flyback peut fournir un chemin pour le courant dans la bobine, absorbant la FEM auto-induite et réduisant l'occurrence d'étincellement.

• Utilisation de résistances d'amortissement : Dans certains cas, une résistance d'amortissement peut être connectée en série avec la bobine pour réduire le taux de changement du courant, réduisant ainsi la FEM auto-induite.

• Utilisation de techniques de commutation douce : En contrôlant le taux de changement du courant, les techniques de commutation douce peuvent réduire les pics de tension, minimisant ainsi l'étincellement.

Résumé

En raison de leur structure géométrique unique et de leurs propriétés électromagnétiques, les bobines sont plus sujettes à l'étincellement lorsque le courant change brusquement par rapport aux fils ordinaires. Cela est dû aux pics de tension causés par les effets d'auto-inductance et d'inductance mutuelle dans les bobines. Par une conception appropriée et des approches techniques, l'occurrence de l'étincellement peut être réduite ou éliminée efficacement.