Gładysek Bosch Service

Laboratorium badawczo-diagnostyczne firmy Gładysek Bosch Service

Cewka w obwodzie elektrycznym

Indukcyjność cewki, która jest miarą jej zdolności do przeciwstawiania się zmianom prądu w obwodzie elektrycznym, sprawia zarówno w początkowej fazie jego zamykania, jak i podczas rozłączenia, czyli w tak zwanych stanach nieustalonych, że przebieg impulsu prądowego ulega swoistemu zdeformowaniu.

W momencie włączenia zasilania cewki następuje nieliniowy wzrost wartości prądu, aż do momentu uzyskania jego ustabilizowanego poziomu, wyznaczonego przez wartość napięcia zasilania U i rezystancji cewki R. Zgodnie z niżej podanym wzorem przebieg prądowy w cewce ma charakter funkcji wykładniczej, a szybkość jego narastania zależy od stałej czasowej cewki τ, jak również od członu U/R, który dodatkowo determinuje maksymalną wartość prądu (stan ustalony). Jeśli założymy dla uproszczenia stałą wartość rezystancji R i indukcyjności L, przyspieszenie uzyskania oczekiwanej wartości prądu w cewce możemy osiągnąć jedynie poprzez zmianę wartości przyłożonego napięcia sterującego U.

Przebieg prądu w cewce:

Stała czasowa obwodu elektrycznego z indukcyjnością:

Oznaczenia użyte w powyższych wzorach:

Graficzne wyznaczanie stałej czasowej cewki ilustruje wykres [1].

Numery zaznaczonych na nim pozycji to kolejno:

1 – krzywa prądowa cewki elektrozaworu wtryskiwacza CR,

2 – poziom maksymalnego prądu płynącego przez cewkę dla ustalonych parametrów U/R (asymptota),

3 – styczna do krzywej prądowej wyznaczająca szybkość jej wznoszenia,

4 – poziom 63,2% wartości maksymalnej prądu, obowiązujący dla warunku: t = τ,

5 – wyznaczony przedział czasowy odpowiadający stałej czasowej, dla określonych parametrów L i R.

Wartość stałej czasowej cewki można odczytać na przecięciu się osi t(s) z pionową linią 5, usytuowaną w miejscu styku krzywej prądowej i poziomu 63,2% wartości maksymalnej prądu, tj. U/R.

Przy spełnieniu warunku t = τ, powyższa zależność wynika ze wzoru:

Odczytanie stałej czasowej przy wykorzystaniu stycznej do przebiegu prądowego przecinającej się z asymptotą 2 wydaje się trudniejsze, niemniej jednak otrzymana z wykresu wartość τ będzie taka sama.

Cewka w elektrozaworze

Problemem, z którym musieli się zmierzyć projektanci systemu CR, jest wpływ indukcyjności cewki elektrozaworu na czas reakcji kotwicy elektromagnesu. Przy założeniu stałej rezystancji cewki, zgodnie z wcześniej podanym wzorem, stała czasowa τ będzie zależeć tylko od jej indukcyjności. Im jest ona większa, tym prąd przez nią płynący wolniej osiąga poziom nasycenia, co widać na kolejnym wykresie [2].

W wyniku swoistej inercji elektrycznej, proporcjonalnej do kąta nachylenia stycznej krzywej prądowej w stosunku do osi czasu, dochodzi do opóźnienia zadziałania elektrozaworu wtryskiwacza. Zjawisko to można wyjaśnić, odwołując się do prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya oraz prawa Lenza, zwanego również "regułą przekory". Określa ona kierunek indukowanego pola magnetycznego w zjawisku indukcji elektromagnetycznej.

Wnioski z rozważań na temat stałej czasowej τ obwodu RL wtryskiwacza elektromagnetycznego są obarczone pewnym błędem, z powodu zmienności w czasie indukcyjności cewki elektrozaworu spowodowanej ruchem zwory elektromagnesu. Nie zmienia to jednak faktu, że dla bliższego poznania zjawisk fizycznych zachodzących w obwodach elektrycznych wtryskiwaczy CR przyjęte uproszczenia są mało istotne.

Tweet

Jerzy Gładysek
Gładysek Bosch Service