|
|
|
 |
| obr. 1: RL obvod | obr. 2: Sepnutí spínače | obr. 3: Rozepnutí spínače |
 obr. 4: Poměry v obvodu při zapnutí a vypnutí proudu |
||
 |
||
| obr. 5: Poměry v obvodu bez cívky při zapnutí a vypnutí proudu | ||
Elektromagnetická indukce: Jev elmag. indukce Magn. indukční tok Faradayův zákon elmag. indukce Indukovaný proud Vířivé proudy Vlastní indukce Indukčnost Zhášecí obvody Rekuperační dioda Energie el. a mag. pole
Je-li v elektrickém obvodu zařazena cívka (obr. 1), nastávají při sepnutí a rozepnutí spínače v obvodu efekty vlivem elektromagnetické indukce.
Při sepnutí spínače se v cívce indukuje napětí, které v obvodu vyvolává indukovaný proud, který má směr opačný než je směr proudu procházejícího obvodem (aplikace Lenzova zákona ¤: indukovaný proud má takový směr, aby svými účinky působil proti změně, která ho vyvolala - obr. 2). Proto se proud v obvodu zvětšuje postupně. Při rozepnutí spínače se indukuje napětí opačného směru a indukovaný proud má stejný směr jako proud v obvodu (obvod se uzavírá přes elektrický oblouk u vypínače - obr. 3) a tedy proud v obvodu neklesne na nulovou hodnotu skokem, ale postupně. Jinak řečeno: Po zapnutí se v cívce akumuluje energie ve formě magnetického pole. Ta se při vypnutí nemůže nikam ztratit - přemění se na energii elektrického pole.Proud v obvodu i indukované napětí na cívce ukazuje obr. 4. Jevy, nastávající při zapnutí a vypnutí proudu v obvodu, se nazývají přechodové jevy.
|
|
|
|
| obr. 1: RL obvod | obr. 2: Sepnutí spínače | obr. 3: Rozepnutí spínače |
obr. 4: Poměry v obvodu při zapnutí a vypnutí proudu |
||
|
||
| obr. 5: Poměry v obvodu bez cívky při zapnutí a vypnutí proudu | ||
Napěťová špička při rozepnutí spínače je 6-10 krát větší než napájecí napětí. Toto přepětí namáhá obvod, elektrickým obloukem se opalují kontakty spínače a ničí se elektronické součástky v obvodu.
Jev, kdy při změně proudu vodičem na tomto vodiči indukuje napětí, se nazývá vlastní indukce. Proud tekoucí cívkou v ní vytváří magnetické pole, jehož magnetický indukční tok je přímo úměrný proudu cívkou;
F = LI,
kde L je konstanta úměrnosti nazývaná indukčnost cívky. Její jednotkou je henry, značka H, definice z výše uvedeného vztahu: 1 H = 1Wb.A-1. Jednotka je pojmenována podle amerického fyzika J. Henryho ¤.
Indukčnost je základní vlastností cívky (podobně jako elektrický odpor ¤ je základní vlastností rezistoru ¤). Indukčnost mají všechny prvky elektrického obvodu (stejně jako všechny prvky mají jistý elektrický odpor), ale projevuje se zejména u cívek. Typická indukčnost cívek bez jádra je 10-6 H až 10-2 H, u cívek s jádrem to může být až 100 H. Cívky s velkou indukčností se nazývají tlumivky. Používají se v obvodech, kde je nutné na krátký čas získat velké napětí, například u zářivek ¤.
Čím větší je indukčnost tlumivky, tím větší napětí se totiž
indukuje na jejích vývodech. Z Faradayova zákona je 
a
po dosazení za magnetický indukční tok je
(L je pro konkrétní cívku konstanta).
Tedy vysvětlení pokusu ¤: Vlastní indukce dvou cívek na uzavřeném jádře je vysoká, proto nárůst proudu ve větvi s cívkami je pomalý a žárovka v této větvi se tak rozsvítí znatelně později. Když odstraníme krátké jádro, indukčnost cívek bude mnohem menší a nárůst proudu při uzavření obvodu mnohem rychlejší, takže obě žárovky začnou svítit téměř současně.
Aby vysoké napětí indukované na cívkách při rozpojení obvodu neničilo spínače a nezatěžovalo obvod, připojuje se k cívkám paralelně zhášecí obvod. Jaké má mít vlastnosti? Dokud je spínač sepnutý, má mít velký odpor, aby jím neprocházel proud a nevznikaly zbytečné ztráty, a při rozepnutí spínače se přes něj má uzavírat indukovaný proud, proto musí mít odpor relativně malý.
| Tyto vlastnosti má právě polovodičová dioda ¤ zapojená dle obrázku 6. Při sepnutí spínače je zapojena v závěrném směru a proud přes ni neteče. Při vypnutí se v cívce indukuje napětí naznačené polarity. Vůči němu je dioda v propustném směru, indukovanému proudu klade malý odpor a obvod se proto uzavírá přes ni. |
|
| Rekuperace je vracení energie do
obvodu místo její přeměny na teplo v rezistorech. Princip je stejný jako u diody
ve zhášecím obvodu, jen místo jedné cívky je v obvodu zapojen celý
motor (obr. 7).
Proud indukovaný cívkami motoru při vypnutí se uzavírá přes diodu a dále prochází motorem. Tak se v motoru zužitkovává energie, která by se jinak měnila v teplo oblouku na kontaktech vypínače. Toto je velmi významné při pulzní regulaci výkonu, kdy se napětí zdroje mění podle obr. 8 a mnohokrát za sekundu se zapíná a vypíná, přičemž rekuperační dioda zajišťuje, že proud motorem neklesá na nulu, ale má průběh přibližně podle obrázku 8, Což značně zvyšuje účinnost pulzní regulace. |
|
|
|
Další kapitola: Energie magnetického a elektrického pole ¤
