Induktor AC

Rozważmy obwód zawierający cewkę indukcyjną i załóżmy, że rezystancja obwodu, w tym drutu cewki, jest tak mała, że ​​można ją pominąć. W takim przypadku podłączenie cewki do źródła prądu stałego skutkowałoby zwarciem, w którym jak wiadomo prąd w obwodzie byłby bardzo duży.

Sytuacja wygląda inaczej, gdy cewka jest podłączona do źródła prądu przemiennego. W takim przypadku nie dochodzi do zwarcia. To pokazuje. Jaka jest odporność induktora na przepływający przez niego prąd przemienny.

Na czym polega istota tego oporu i jak jest on uwarunkowany?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, pamiętaj zjawisko samoindukcji… Każda zmiana prądu w cewce powoduje pojawienie się w niej pola elektromagnetycznego o samoindukcji, co uniemożliwia zmianę prądu. Wartość EMF samoindukcji jest wprost proporcjonalna do wartość indukcyjności cewki i szybkości zmian prądu w nim płynącego. Lecz odkąd prąd przemienny zmienia się w sposób ciągły Promieniowanie elektromagnetyczne do samoindukcji, które stale pojawia się w cewce, tworzy opór dla prądu przemiennego.

Aby zrozumieć procesy zachodzące w obwody prądu przemiennego z induktorem, patrz wykres.Rysunek 1 pokazuje zakrzywione linie, które charakteryzują odpowiednio znak w obwodzie, napięcie w cewce i występującą w niej siłę elektromotoryczną indukcji własnej. Sprawdźmy, czy konstrukcje wykonane na rysunku są poprawne.

Obwód prądu przemiennego z cewką indukcyjną

Od momentu t = 0, czyli od początkowego momentu obserwacji, prąd zaczyna gwałtownie rosnąć, ale w miarę zbliżania się do wartości maksymalnej tempo narastania prądu maleje. W momencie, gdy prąd osiągnął swoją maksymalną wartość, tempo jego zmian momentalnie stało się równe zeru, czyli zmiana prądu ustała. Następnie prąd początkowo zaczął powoli, a następnie szybko spadał, by po drugim kwartale okresu spadł do zera. Szybkość zmian prądu w tej ćwiartce okresu, rosnąca od pocisku, osiąga największą wartość, gdy prąd staje się równy zeru.

Rysunek 2. Charakter zmian prądu w czasie, w zależności od wielkości prądu

Z konstrukcji na rysunku 2 widać, że gdy krzywa prądu przechodzi przez oś czasu, prąd wzrasta w krótkim okresie czasu T bardziej niż w tym samym okresie, w którym krzywa prądu osiąga swój szczyt.

Dlatego szybkość zmian prądu maleje wraz ze wzrostem prądu i rośnie wraz ze spadkiem prądu, niezależnie od kierunku prądu w obwodzie.

Jest oczywiste, że siła elektromotoryczna indukcyjności własnej cewki musi być największa, gdy szybkość zmian prądu jest największa, i spadać do zera, gdy jej zmiana ustanie. W rzeczywistości na wykresie krzywa EMF samoindukcji eL w pierwszym kwartale okresu, począwszy od wartości maksymalnej, spadła do zera (patrz rys. 1).

W kolejnym kwartale tego okresu prąd od wartości maksymalnej spada do zera, ale tempo jego zmian stopniowo wzrasta i jest największe w momencie, gdy prąd jest równy zeru. Odpowiednio, EMF samoindukcji w tym kwartale okresu, pojawiający się ponownie w cewce, stopniowo wzrasta i okazuje się być maksymalny, aż prąd stanie się równy zeru.

Jednak kierunek samoindukcji SEM zmienił się w przeciwnym kierunku, ponieważ wzrost prądu w pierwszym kwartale okresu został zastąpiony w drugim kwartale jego spadkiem.

Obwód z indukcyjnością

Kontynuując dalej budowę krzywej SEM samoindukcji, jesteśmy przekonani, że w okresie zmiany prądu w cewce i SEM samoindukcji w niej zakończy się pełny okres jej zmiany. Jego kierunek jest określony Prawo Lenza: wraz ze wzrostem prądu emf samoindukcji będzie skierowany pod prąd (pierwsza i trzecia ćwiartka okresu), a wraz ze spadkiem prądu, wręcz przeciwnie, zbiega się z nim w kierunku ( drugi i czwarty kwartał okresu).

Dlatego pole elektromagnetyczne samoindukcji spowodowane przez sam prąd przemienny zapobiega jego wzrostowi, a wręcz przeciwnie, utrzymuje go podczas opadania.

Przejdźmy teraz do wykresu napięcia cewki (patrz rys. 1). Na tym wykresie sinusoida napięcia na zaciskach cewki jest równa i przeciwna do fali sinusoidalnej emf własnej indukcyjności. Dlatego napięcie na zaciskach cewki w dowolnym momencie jest równe i przeciwne do powstającego w nim pola elektromagnetycznego indukcji własnej. Napięcie to jest wytwarzane przez alternator i służy do gaszenia działania w obwodzie samoindukcji pola elektromagnetycznego.

Dlatego w cewce indukcyjnej podłączonej do obwodu prądu przemiennego powstaje rezystancja, gdy płynie prąd. Ale ponieważ taka rezystancja ostatecznie indukuje indukcyjność cewki, nazywa się to rezystancją indukcyjną.

Rezystancja indukcyjna jest oznaczona przez XL i jest mierzona jako rezystancja w omach.

Rezystancja indukcyjna obwodu jest tym większa, im większa Aktualna częstotliwość źródłazasilanie obwodu i większa indukcyjność obwodu. Dlatego rezystancja indukcyjna obwodu jest wprost proporcjonalna do częstotliwości prądu i indukcyjności obwodu; jest określona wzorem XL = ωL, gdzie ω — częstotliwość kołowa określona przez iloczyn 2πe… — indukcyjność obwodu w n.

Prawo Ohma dla obwodu prądu przemiennego zawierającego rezystancję indukcyjną brzmi zatem: ilość prądu jest wprost proporcjonalna do napięcia i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji indukcyjnej NSi, tj. I = U / XL, gdzie I i U to efektywne wartości prądu i napięcia, a xL to rezystancja indukcyjna obwodu.

Biorąc pod uwagę wykresy zmian prądu w cewce. EMF samoindukcji i napięcia na jego zaciskach, zwróciliśmy uwagę na fakt, że zmiany w nich vWartości nie pokrywają się w czasie. Innymi słowy, sinusoidy prądu, napięcia i samoindukcji EMF okazały się przesunięte względem siebie w czasie dla rozważanego obwodu. W technologii prądu przemiennego zjawisko to jest powszechnie nazywane przesunięciem fazowym.

Jeśli dwie wielkości zmienne zmieniają się zgodnie z tym samym prawem (w naszym przypadku sinusoidalnym) z tymi samymi okresami, jednocześnie osiągają swoje maksimum w obu kierunkach do przodu i do tyłu, a także jednocześnie zmniejszają się do zera, to takie wielkości zmienne mają te same fazy lub, jak to mówią, dopasuj w fazie.

Jako przykład, rysunek 3 przedstawia dopasowane fazowo krzywe prądu i napięcia. Takie dopasowanie faz obserwujemy zawsze w obwodzie prądu przemiennego składającym się wyłącznie z rezystancji czynnej.

W przypadku, gdy obwód zawiera rezystancję indukcyjną, fazy prądu i napięcia, jak pokazano na rys. 1 nie pasują, to znaczy występuje przesunięcie fazowe między tymi zmiennymi. Krzywa prądu w tym przypadku wydaje się być opóźniona w stosunku do krzywej napięcia o jedną czwartą okresu.

Dlatego też, gdy cewka indukcyjna jest zawarta w obwodzie prądu przemiennego, w obwodzie występuje przesunięcie fazowe między prądem a napięciem, a prąd opóźnia się w fazie z napięciem o jedną czwartą okresu ... Oznacza to, że maksymalny prąd występuje o jedną czwartą okresu po osiągnięciu maksymalnego napięcia.

SEM samoindukcji jest w przeciwfazie z napięciem cewki, opóźnia się w stosunku do prądu o jedną czwartą okresu.W tym przypadku okres zmiany prądu, napięcia, a także SEM cewki indukcja własna nie zmienia się i pozostaje równa okresowi zmiany napięcia generatora zasilającego obwód. Zachowany jest również sinusoidalny charakter zmiany tych wartości.

Rysunek 3. Dopasowanie faz prądu i napięcia w aktywnym obwodzie rezystancyjnym

Zrozummy teraz różnicę między obciążeniem alternatora z rezystancją czynną a obciążeniem z rezystancją indukcyjną.

Gdy obwód prądu przemiennego zawiera tylko jedną rezystancję czynną, energia źródła prądu jest pochłaniana przez rezystancję czynną, podgrzewanie drutu.

Gdy obwód nie zawiera rezystancji czynnej (zwykle uważamy ją za zerową), ale składa się tylko z rezystancji indukcyjnej cewki, energia źródła prądu jest zużywana nie na ogrzewanie drutów, ale tylko na tworzenie pola elektromagnetycznego samoindukcji , to znaczy staje się energią pola magnetycznego ... Jednak prąd przemienny stale się zmienia zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku, a zatem pole magnetyczne cewka zmienia się w sposób ciągły w czasie wraz ze zmianą prądu. W pierwszym kwartale tego okresu, gdy prąd rośnie, obwód pobiera energię ze źródła prądu i magazynuje ją w polu magnetycznym cewki. Ale gdy tylko prąd, osiągając maksimum, zaczyna spadać, jest utrzymywany kosztem energii zmagazynowanej w polu magnetycznym cewki przez emf samoindukcji.

Dlatego źródło prądu, oddając część swojej energii do obwodu w pierwszej ćwiartce okresu, odbiera ją z powrotem z cewki w drugiej ćwiartce, która działa jako rodzaj źródła prądu. Innymi słowy, obwód prądu przemiennego zawierający tylko rezystancję indukcyjną nie zużywa energii: w tym przypadku występuje fluktuacja energii między źródłem a obwodem. Przeciwnie, aktywny opór pochłania całą energię przekazywaną do niego ze źródła prądu.

Mówi się, że cewka indukcyjna, w przeciwieństwie do rezystancji omowej, jest nieaktywna w stosunku do źródła prądu przemiennego, tj. reaktywny... Dlatego nazywana jest również rezystancją indukcyjną cewki reaktancją.

Krzywa narastania prądu podczas zamykania obwodu zawierającego indukcyjność — stany przejściowe w obwodach elektrycznych.

Wcześniej w tym wątku: Elektryka dla debili / Podstawy elektrotechniki

Co czytają inni?

# 1 Wysłane przez: Alexander (4 marca 2010 17:45)

   
czy prąd jest w fazie z generatorem emf? A jego wartość spada?

#2 napisał: administrator (7 marca 2010 16:35)

   
W obwodzie prądu przemiennego składającym się tylko z czynnej rezystancji fazy prądu i napięcia są zgodne.
       

# 3 napisał: Alexander (10 marca 2010 09:37)

   
Dlaczego napięcie jest równe i przeciwne do SEM samoindukcji, przecież w momencie, gdy EMF samoindukcji jest maksymalne, SEM generatora jest równe zeru i nie może wytworzyć tego napięcia? Skąd bierze się (napięcie)?

* Czy w obwodzie z tylko jedną cewką indukcyjną, która nie ma rezystancji czynnej, prąd płynący przez obwód jest w fazie ze SEM generatora (emf, który zależy od położenia ramy (w zwykłym generatorze), a nie z napięciem generatora)?