Indukcijska tuljava (iskrišče): definicija, delovanje in uporaba

Indukcijska tuljava ali "iskrišče" je vrsta električnega transformatorja. Uporablja se za proizvodnjo visokonapetostnih impulzov iz nizkonapetostnega enosmernega toka (DC). Da bi ustvarili spremembe pretoka, potrebne za indukcijo napetosti v sekundarni tuljavi, enosmerni tok v primarni tuljavi večkrat prekine vibrirajoči mehanski stik, imenovan prekinjevalnik. V zgodnjih izvedbah je bil prekinjevalnik običajno mehanski (npr. kozliček ali elektromagnetni prekinjevalnik), kasneje pa so se pojavile tudi elektronske in drugi načini prekinjanja toka.

Zgradba in osnovni elementi

Indukcijska tuljava običajno vsebuje:

• primarno tuljavo z nekaj ovoji debelega izoliranega vodiča,
• sekundarno tuljavo z več sto do nekaj tisoč ovoji zelo finega izoliranega vodiča,
• jedro (v zgodnjih izvedbah železno jedro za povečanje magnetnega pretoka ali pogosto zračno/jedro z zračnimi režami),
• prekinjevalnik (mehanični ali elektronski) za hitro prekinjanje primarnega toka,
• kondenzator (v zgodovinskih napravah imenovan tudi "kondenzator" ali "condenser") pogosto povezan čez prekinjevalnik za zmanjšanje polžastega iskrenja in za povečanje učinkovitosti prenosa energije v sekundarno tuljavo.

Delovanje

Indukcijska tuljava deluje na principu indukcije (Faradayev zakon): sprememba magnetnega pretoka skozi sekundarno tuljavo inducira napetost na njenih ovojih. Ko skozi primar teče DC, samo prisotnost toka ne povzroči napetostne indukcije; zato mora biti tok v primarju hitro prekinjan in ponovno vzpostavljen. Vsako prekinjanje ustvari impulz spreminjajočega se magnetnega polja, kar v sekundarju povzroči visok napetostni impulz. Kondenzator, ki je pogosto vezan na prekinjevalnik, pomaga ustvariti oscilatorni odziv in zmanjša erozijo kontaktov prekinjevalnika ter poveča amplitudo visokofrekvenčnih komponent izpusta.

Zgodovina in primeri uporabe

Indukcijska tuljava je bila prva vrsta transformatorja. Od osemdesetih let 19. stoletja do dvajsetih let 20. stoletja se je pogosto uporabljala v rentgenskih aparatih, radijskih oddajnikih z iskriščem, obločni razsvetljavi in medicinskih pripomočkih za šarlatane. Sčasoma so jih zamenjale bolj stabilne in učinkovite tehnologije (sinhroni transformatorji, visokofrekvenčni oscilatorji, vakuumske cevi in pozneje polprevodniški generatorji).

Danes se indukcijske tuljave najpogosteje uporabljajo kot vžigne tuljave v motorjih z notranjim izgorevanjem (avtomobilske vžigalne tuljave), v izobraževalne namene za demonstracijo fizikalnih pojavov ter kot eksperimentalne visokofrekvenčne/visokonapetostne naprave (npr. Ruhmkorffova tuljava ali manjše eksperimentalne izvedbe). Ne smemo jih zamenjevati s Teslovimi tuljavami, ki sicer prav tako proizvajajo visoke napetosti, a delujejo po drugačnih principih in pogosto uporabljajo resonančne visokofrekvenčne sisteme.

Tehnični podatki in značilnosti

• Razmerje ovojev med sekundarjem in primarjem določi nominalno povečanje napetosti, vendar je končna napetost odvisna tudi od hitrosti prekinjanja in električnih parametrov vezja.
• Napetosti, ki jih doseže sekundar, so lahko od nekaj kilovoltov do več deset kilovoltov, odvisno od izvedbe in namena tuljave.
• Uporaba kondenzatorja v vezju zmanjša iskre na prekinjevalniku in lahko ustvari kratke visokofrekvenčne oscilacije, kar vpliva na obliko in energijo izpusta.

Varnost in previdnost

Indukcijske tuljave proizvajajo visoke napetosti in iskre, zato obstajajo resna tveganja:

• nevarnost električnega udara in opeklin,
• možni emisiji rentgenskih žarkov pri močnih impulzih z visokimi napetostmi in kratkimi trajanji,
• iskrenje lahko povzroči požar ali poškodbe občutljive elektronike,
• mehanični deli, vroči kontakti in olja (v zgodovinskih napravah) lahko predstavljajo dodatna tveganja.

Zato naj z indukcijskimi tuljavami delajo le izkušeni uporabniki ali pod nadzorom, upoštevajoč ustrezne varnostne ukrepe: izolacijske ovire, ozemljitev, varovalke, zaščitna očala in izogibanje delovanju v bližini občutljive elektronike ali vnetljivih snovi.

Sklep

Indukcijska tuljava je preprost in učinkovit način za pretvorbo nizke DC napetosti v visoke impulze z uporabo prekinjanja primarnega toka. Ima pomembno vlogo v zgodovini elektrotehnike in še vedno najde uporabne vloge v sodobnih napravah (npr. vžig avtomobilov) ter v izobraževanju in eksperimentu. Zaradi nevarnosti, povezanih z visokimi napetostmi, je potrebna skrbna uporaba in spoštovanje varnostnih predpisov.

Ključ do diagrama

• A = armatura
• B = baterija
• C = kondenzator
• G = iskrišče
• K = prekinjevalnik
• M = železno jedro
• P = primarna tuljava
• S = sekundarna tuljava

Shema indukcijske tuljave

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je indukcijska tuljava?

V: Kakšen je namen indukcijske tuljave?

V: Kako indukcijska tuljava ustvarja napetost v sekundarni tuljavi?

V: Za kaj se je indukcijska tuljava pogosto uporabljala v preteklosti?

V: Katera je edina pogosta uporaba indukcijske tuljave danes?

V: Ali je bila indukcijska tuljava prva vrsta transformatorja?

V: Kaj je prekinjevalec v indukcijski tuljavi?

Išči po črki