Induktiokelaelektroniikka

Induktiokela, sähkölaite jaksottaisen korkeajännitelähteen tuottamiseksi. Induktiokela koostuu pehmeän raudan keskeisestä lieriömäisestä ytimestä, johon on kierretty kaksi eristettyä kelaa: sisä- tai primaarikäämi, jossa on suhteellisen vähän kuparilangan kierrosta, ja ympäröivästä toisiokelasta, jossa on suuri määrä ohuemman kuparilangan kierrosta.. Katkaisinta käytetään tuottamaan ja katkaisemaan virta ensisijaisessa kelassa automaattisesti. Tämä virta magnetoi rautaytimen ja tuottaa suuren magneettikentän koko induktiokäämin.

Induktiokelan toimintaperiaatteen antoi vuonna 1831 Michael Faraday. Faradayn induktiolaki osoitti, että jos kelan läpi tapahtuvaa magneettikenttää muutetaan, indusoidaan sähkömoottorivoima, jonka arvo riippuu kelan läpi tapahtuvan magneettikentän muutoksen nopeudesta. Tämä indusoitu sähkömoottorivoima on Lenzin lain mukaan aina suunnassa, joka vastustaa magneettikentän muutosta.

Kun virta käynnistetään primaarikelassa, indusoituneet sähkövoimat syntyvät sekä ensiö- että toisiokeloihin. Primaarikäämin vastakkaiset sähkömoottorivoimat saavat virran nousemaan vähitellen maksimiarvoonsa. Siten virran alkaessa magneettikentän muutosnopeus ja sekundaarikäämin indusoitu jännite ovat suhteellisen pienet. Toisaalta, kun ensiövirta keskeytetään, magneettikenttä pienenee nopeasti ja toissijaisessa kelassa syntyy suhteellisen suuri jännite. Tämä jännite, joka voi saavuttaa useita kymmeniä tuhansia volteja, kestää vain hyvin lyhyen ajan, jonka aikana magneettikenttä muuttuu. Siten induktiokäämi tuottaa suuren jännitteen, joka kestää lyhyen ajan, ja pienen käänteisjännitteen, joka kestää paljon kauemmin. Näiden muutosten taajuus määräytyy katkaisijan taajuuden perusteella.

Faradayn löytön jälkeen induktiokelaan tehtiin monia parannuksia. Vuonna 1853 ranskalainen fyysikko Armand-Hippolyte-Louis Fizeau sijoitti kondensaattorin katkaisijan yli, murtaen siten ensiövirran huomattavasti nopeammin. Toissijaisen kelan kelausmenetelmiä paransivat huomattavasti Heinrich Daniel Ruhmkorff (1851) Pariisissa, Alfred Apps Lontoossa ja Friedrich Klingelfuss Baselissa, joka pystyi saamaan kipinöitä ilmassa noin 150 cm (59 tuumaa) pitkäksi. Keskeytyksiä on erilaisia. Pienille induktiokäämeille kiinnitetään kelaan mekaaninen, kun taas suuremmissa käämeissä käytetään erillistä laitetta, kuten elohopeasuuttimen tai Arthur Wehneltin vuonna 1899 keksimää elektrolyyttistä katkaisinta.

Induktiokeloja käytettiin tuottamaan korkea jännite alhaisessa paineessa olevien kaasujen sähköpurkauksiin ja sellaisinaan ne olivat avuksi katodisäteiden ja röntgensäteiden löytämisessä 1900-luvun alkupuolella. Toinen induktiokäämin muoto on Tesla-kela, joka tuottaa suuria jännitteitä korkeilla taajuuksilla. Suuremmat röntgenputkien kanssa käytetyt induktiokäämit siirrettiin muuntaja-tasasuuntaajan avulla jännitelähteeksi. 21. vuosisadalla pienemmät induktiokelat pysyivät laajassa käytössä tärkeänä komponenttina bensiinimoottorien sytytysjärjestelmissä.