Als bochten in een draad de weerstand niet beïnvloeden waarom geeft dan een opgewonden gespirelde draad vonken in plaats van een gewone draad

Hoewel het buigen van een draad op zich weinig invloed heeft op de weerstand, wordt de situatie complexer bij gewikkelde spoelen, zoals die in transformatoren, motoren of elektromagneten. Spoelen zijn niet alleen maar gebogen draden; hun geometrie en wikkelmethode beïnvloeden hun elektromagnetische eigenschappen, met name zelfinductie en wederzijdse inductie, wat leidt tot verschijnselen zoals vonken die niet optreden bij normale rechte draden.

Redenen voor Vonken in Gewikkelde Spoelen

Inductieve Effecten

• Zelfinductie: Wanneer er stroom door een spoel stroomt, genereert deze een magnetisch veld rond de spoel. Als de stroom plotseling verandert (bijvoorbeeld bij het aanzetten of uitzetten van het circuit), verandert het magnetisch veld, waardoor een elektromotief kracht (EMK) bekend als zelfinductie wordt geïnduceerd. Deze plotselinge verandering kan leiden tot zeer hoge spanningsspijkers, wat resulteert in vonken.

• Wederzijdse Inductie: Bij meervoudige spoelen beïnvloedt de verandering van stroom in één winding de stroom in naburige windingen, bekend als wederzijdse inductie. Plotselinge veranderingen in stroom kunnen leiden tot spanningsspijkers, wat resulteert in vonken.

Capacitieve Effecten

Winding-tot-winding Capaciteit: Door de capaciteit tussen windingen in een spoel kunnen plotselinge veranderingen in stroom leiden tot spanningsspijkers, wat potentieel kan resulteren in vonken.

Schakeltransienten

• Vonken bij Ontkoppeling: Wanneer de voeding naar een spoel wordt afgekoppeld, zorgt de zelfgeïnduceerde EMK ervoor dat de opgeslagen magnetische energie probeert de stroom te handhaven, wat leidt tot hoge spanningen over de schakelaar, wat kan resulteren in booglicht of vonken.

• Vonken bij Aankoppeling: Wanneer de voeding naar een spoel wordt aangekoppeld, kan de instelling van de stroom ook leiden tot momentane hoge spanningen, wat resulteert in vonken.

Verschillen Tussen Normale Draden en Spoelen

• Geometrische Structuur: Normale draden zijn meestal recht of licht gebogen, terwijl spoelen strak gewikkeld zijn, wat leidt tot hogere zelfinductie en wederzijdse inductie in spoelen.

• Elektromagnetische Effecten: Veranderingen in stroom in spoelen produceren aanzienlijke veranderingen in het magnetisch veld, terwijl veranderingen in stroom in normale draden minimale veranderingen in het magnetisch veld produceren, wat minder opvallende elektromagnetische effecten oplevert.

• Energieopslag: Spoelen kunnen aanzienlijke hoeveelheden magnetische energie opslaan, en de vrijgave van deze energie tijdens plotselinge veranderingen in stroom kan leiden tot hoge spanningsspijkers, wat resulteert in vonken.

Voorkomen van Vonken

Om vonken in spoelen te voorkomen, kunnen verschillende maatregelen worden genomen:

• Gebruik van Flyback Diodes: Bij het ontkoppelen van de voeding naar een spoel kan een flyback diode een pad bieden voor de stroom in de spoel, waarbij de zelfgeïnduceerde EMK wordt geabsorbeerd en de voorkomens van vonken wordt verminderd.

• Gebruik van Damping Resistor: In sommige gevallen kan een dempende weerstand in serie met de spoel worden aangesloten om de snelheid van stroomverandering te verminderen, waardoor de zelfgeïnduceerde EMK wordt verminderd.

• Gebruik van Soft Switching Technieken: Door de snelheid van stroomverandering te controleren, kunnen soft switching technieken spanningsspijkers verminderen, waardoor vonken worden geminimaliseerd.

Samenvatting

Spoelen zijn, vanwege hun unieke geometrische structuur en elektromagnetische eigenschappen, meer geneigd tot vonken bij plotselinge stroomveranderingen vergeleken met normale draden. Dit komt door de spanningsspijkers veroorzaakt door de zelfinductie en wederzijdse inductie effecten in spoelen. Door juiste ontwerp en technische benaderingen kan de voorkomens van vonken effectief worden verminderd of geëlimineerd.