الکترودینامیک یک کلید قدرت

Electrodynamics of a Power Switch

پدیده‌های الکتریکی، مانند اضافه‌جریان یا اضافه‌بار، می‌توانند به طور جدی به مدارهای الکتریکی یا خطوط برق آسیب وارد کنند. برای جلوگیری از تعویض گران‌قیمت قطعات حساس، می‌توان کلید برقی قطع‌کنندۀ مداری را نصب کرد. این‌ها به صورت مکانیکی با حرکت یک پیستون به محض رسیدن یک جریان بحرانی جریان را قطع می‌کنند. در مقابل فیوز که پس از فعال شدن برای محافظت از اجزای الکتریکی اطراف باید تعویض شود، می‌توان یک قطع‌کنندۀ مدار را مجدداً تنظیم نمود.
هدف اصلی این مدل آموزشی نشان دادن اصل کار و برخی راه حل‌های ممکن برای مدل‌سازی یک دسته از کلیدهای قدرت مغناطیسی قطع‌کنندۀ مدار است. این یک وسیلۀ الکترومکانیکی است که در آن پیستون‌های آهنی با استفاده از جاذبۀ مغناطیسی که توسط جریان جاری در سیم‌پیچ‌های اطراف آن ایجاد می‌شود، جابجا می‌شوند. خاموش کردن جریان رانشی، کلید را به حالت اولیه خود باز می‌گرداند.
این مدل پویایی بدنۀ سفت و سخت را تحت تأثیر نیروهای مغناطیسی، جریان‌های القایی، و محدودیت حالت ارتجاعی که پیستون را در موقعیت تعادل خود قرار می‌دهد، شبیه‌سازی می‌کند. یک سیم‌پیچ مسی بر روی پایۀ مرکزی یک هستۀ پایینی E قرار داشته که ثابت نگه داشته می‌شود. با جاری شدن جریان در سیم‌پیچ، یک نیروی جاذب در هستۀ فوقانی E (پیستون متحرک) اعمال شده که توسط یک چشمۀ از پیش تنظیم شده در محل نگهداری می شود. هنگامی که نیرو به یک مقدار آستانه می‌رسد، پیستون به سمت هستۀ E تحتانی حرکت کرده و شکاف هوا را می بندد. این مدل چگونگی شبیه‌سازی درست حرکت و زمان بسته‌شدن را نشان می‌دهد، که بستگی به سختی فنری دارد.