Om böjningar i en tråd inte påverkar dess resistans så varför visar en upprullad spole gnistor istället för en rak tråd
Även om böjning av en tråd i sig inte påverkar dess resistans betydligt, blir situationen mer komplex när det gäller virade spolar, som de som finns i transformatorer, motorer eller elektromagneter. Spolar är inte bara böjda trådar; deras geometri och virningsmetod påverkar deras elektromagnetiska egenskaper, särskilt självinduktans och gensidig inductance, vilket leder till fenomen som gnistan som inte inträffar med vanliga raka trådar.
Orsaker till gnistan i virade spolar
Induktiva effekter
Självinduktans: När ström flödar genom en spole genereras ett magnetfält runt spolen. Om strömmen ändras plötsligt (t.ex. vid koppling eller avkoppling av kretsen) ändras magnetfältet, vilket inducerar en elektromotorisk kraft (EMK) känd som självinduktans. Denna plötsliga förändring kan leda till mycket höga spänningstoppar, vilket resulterar i gnistan.
Gensidig inductance: I flervirade spolar påverkar förändringen av strömmen i en vira den strömmen i närliggande vira, känd som gensidig inductance. Plötsliga förändringar i strömmen kan leda till spänningstoppar, vilket orsakar gnistan.
Kapacitiva effekter
Vira-till-vira kapacitans: På grund av kapacitansen mellan vira i en spole kan plötsliga förändringar i strömmen leda till spänningstoppar, vilket potentiellt resulterar i gnistan.
Kopplingsövergångar
Gnistan vid avkoppling: När strömförsörjningen till en spole avkopplas orsakar den självinducerade EMK att den lagrade magnetiska energin försöker bibehålla strömmen, vilket leder till höga spänningar över kontakten, vilket kan resultera i båge eller gnistan.
Gnistan vid koppling: När strömförsörjningen kopplas till en spole kan etableringen av ström också orsaka momentana höga spänningar, vilket leder till gnistan.
Skillnader mellan vanliga trådar och spolar
Geometrisk struktur: Vanliga trådar är vanligtvis raka eller något böjda, medan spolar är tätt virade, vilket leder till högre självinduktans och gensidig inductance i spolar.
Elektromagnetiska effekter: Förändringar i strömmen i spolar producerar betydande förändringar i magnetfältet, medan förändringar i strömmen i vanliga trådar producerar minimala förändringar i magnetfältet, vilket resulterar i mindre märkbara elektromagnetiska effekter.
Energilagring: Spolar kan lagra stora mängder magnetisk energi, och frigörelsen av denna energi under plötsliga förändringar i strömmen kan leda till höga spänningstoppar, vilket resulterar i gnistan.
Förhindra gnistan
För att undvika gnistan i spolar kan flera åtgärder vidtas:
Använda flyback-dioder: När strömförsörjningen till en spole avkopplas kan en flyback-diod ge en väg för strömmen i spolen, absorbera den självinducerade EMK och minska förekomsten av gnistan.
Använda dempande resistorer: I vissa fall kan en dempande resistor anslutas i serie med spolen för att minska hastigheten av strömförändring, vilket minskar den självinducerade EMK.
Använda mjuka kopplingsmetoder: Genom att styra hastigheten av strömförändring kan mjuka kopplingsmetoder minska spänningstoppar, vilket minimerar gnistan.
Sammanfattning
På grund av deras unika geometriska struktur och elektromagnetiska egenskaper är spolar mer benägna att gnista vid plötsliga förändringar i strömmen jämfört med vanliga trådar. Detta beror på spänningstoppar orsakade av självinduktans och gensidig inductance-effekter i spolar. Genom lämplig design och tekniska metoder kan förekomsten av gnistan effektivt minskas eller elimineras.
