Cívka jako generátor vysokého napětí

Pomůcky

• Měřicí souprava ISES, na pozici vstupu A je připojen modul voltmetr přepnutý na rozsah 10 V,
• zdroj stejnosměrného napětí, cívka 1000 závitů s odbočkou 250 závitů,
• zapalovací cívka z malého motocyklu, tranzistorový spínač, dělič napětí 1:1000.

Úkoly

1. Zapojit cívku s tranzistorovým spínačem tak, aby ji bylo možno využít jako zdroj vysokého napětí. Změřit průběh napětí na vývodech.
2. Na tranzistorový spínač připojit zapalovací cívku a opět změřit průběh napětí na vývodech. Činnost cívky zkontrolovat připojenou zapalovací svíčkou.

Teorie

Při přerušení proudu v cívce se indukuje napětí opačné polarity, aby zůstal zachován stejný proud, a tím i stejný magnetický tok v cívce. Pokud po přerušení proudu zůstane obvod cívky rozpojený, je indukované napětí velmi vysoké. Tato skutečnost se využívá při generování vysokého napětí například v zapalování motorových vozidel. Pro praktické využití musíme trochu změnit zapojení, protože při přerušení proudu mechanickým spínačem dochází ke vzniku elektrického oblouku mezi kontakty, což prodlužuje dobu rozpojování obvodu, a indukované napětí se zmenšuje. Použijeme cívku s vinutím rozděleným na dvě části: první je navinuta silnějším drátem a má méně závitů a druhá má velký počet závitů slabým drátem. Proud při sepnutém spínači prochází cívkou přes část s menším počtem závitů a vysoké napětí se indukuje na vinutí s velkým počtem závitů. Tím se zmenší velikost indukovaného napětí na rozpínacím kontaktu a tím i možnost vzniku elektrického oblouku na kontaktu. Pro další eliminaci indukovaného napětí na rozpínacím kontaktu se paralelně k němu zapojuje kondenzátor. Moderní zapalovací systémy používají ke spínání cívky vysokonapěťový tranzistor, který je schopen přerušit proud v zapalovací cívce za velmi krátký čas.

Nastavení

Založíme nový soubor a nastavíme parametry měření: čas 0,05 s, vzorkování 20 000 Hz, start automatický, panel č. 1 napětí +5 V; −5 V s děličem 1:1000, panel č. 2 výstup E, obdélník 50 Hz, 0 V až 5 V.

Při měření využijeme výstupní kanál soupravy ISES, který umožňuje generování různých průběhů napětí v rozmezí −5 V až +5 V. V parametrech experimentu označíme křížkem výstupní kanál E.

Tlačítkem zobrazíme okno, kde můžeme podrobně nastavit tvar výstupního napětí, jeho velikost a frekvenci.

Vybereme tvar výstupního signálu obdélníkové pulsy, amplitudu 5 V, frekvenci 50 Hz, minimální napětí 0 V a maximální 5 V. Potvrdíme tlačítkem . Pokud načteme soubor zapal.imc, nastavení se provede automaticky.

Provedení

1. Sestavíme obvod cívky a spínacího modulu dle schématického zapojení.

Připojíme cívku odbočkou na kladnou svorku napájecího zdroje 12 V. Kolektor tranzistorového spínače (černý vodič) připojíme na krajní vývod 250 závitů. Emitor spínače (zelený vodič) připojíme na zápornou svorku zdroje 12 V a zápornou svorku voltmetru. Krajní svorku cívky 750 závitů připojíme přes dělič napětí 1:1000 na voltmetr +0,5 V; −0,5 V. Voltmetr nyní zobrazuje napětí v rozsahu +500 V; −500 V. Bázi spínače (bílý vodič) připojíme na výstupní kanál E. Spustíme měření a odečteme maximální hodnotu indukovaného napětí.

2. Na tranzistorový spínač připojíme motocyklovou zapalovací cívku dle obrázku.

Vývod č. 15 cívky připojíme na kladnou svorku napájecího zdroje 12 V. Kolektor tranzistorového spínače (černý vodič) připojíme na vývod č. 1 cívky. Vývod vysokého napětí připojíme přes dělič napětí 1:1000 na voltmetr +5 V; −5 V. Voltmetr nyní zobrazuje napětí v rozsahu +5000 V; −5000 V. Spustíme měření a opět odečteme maximální hodnotu indukovaného napětí.

3. Na vývod vysokého napětí zapalovací cívky připojíme zapalovací svíčku a opakujeme měření. Pomocí lupy zvětšíme záporný impuls a odečteme velikost napěťové špičky náběžné hrany impulsu.

Protokol

Název: Cívka jako generátor vysokého napětí
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Odečteme maximální hodnotu napětí na cívkách.

Cívka	Napětí  [V]
Laboratorní 1000 závitů
Motocyklová
Motocyklová s připojenou svíčkou

Vyhodnocení měření

Porovnáme indukovaná napětí v cívkách a zdůvodníme jejich odlišnou velikost. Odůvodníme vliv zapalovací svíčky na velikost a tvar výstupního napětí. Nezapomeňte, že napětí cívky bylo měřeno s děličem 1:1000, takže naměřené hodnoty napětí jsou ve skutečnosti 1000× větší.

Výsledky

Název: Cívka jako generátor vysokého napětí
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Indukované napětí v cívce 1000 závitů v závislosti na řídicím napětí kanálu E:

Indukované napětí v skutečné zapalovací cívce:

Indukované napětí v skutečné zapalovací cívce s připojenou zapalovací svíčkou:

Detail impulsu s připojenou zapalovací svíčkou:

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014