Rezistență activă și inductor în circuitul de curent alternativ

Luând în considerare un circuit AC care conține doar rezistență inductivă (vezi articolul „Inductor într-un circuit de curent alternativ”), am presupus că rezistența activă a acestui circuit este zero.

De fapt, atât firul bobinei în sine, cât și firele de legătură au o rezistență mică, dar activă, astfel încât circuitul consumă inevitabil energia sursei de curent.

Prin urmare, atunci când se determină rezistența totală a unui circuit extern, este necesar să se adauge rezistențele sale reactive și active. Dar este imposibil să adăugați aceste două rezistențe care sunt de natură diferită.

În acest caz, impedanța circuitului la curentul alternativ se găsește prin adăugare geometrică.

Este construit un triunghi dreptunghic (vezi figura 1), a cărui latură este valoarea rezistenței inductive, iar cealaltă parte este valoarea rezistenței active. Impedanța dorită a circuitului este determinată de a treia latură a triunghiului.

Figura 1. Determinarea impedanței unui circuit care conține rezistență inductivă și activă

Impedanța circuitului este notă cu litera latină Z și se măsoară în ohmi. Din construcție se poate observa că rezistența totală este întotdeauna mai mare decât rezistența inductivă și cea activă luate separat.

Expresia algebrică pentru rezistența totală a circuitului este:

unde Z — rezistența totală, R — rezistența activă, XL — rezistența inductivă a circuitului.

Prin urmare, rezistența totală a unui circuit la curent alternativ, constând din rezistență activă și inductivă, este egală cu rădăcina pătrată a sumei pătratelor rezistenței active și inductive ale acestui circuit.

Legea lui Ohm întrucât un astfel de circuit este exprimat prin formula I = U / Z, unde Z este rezistența totală a circuitului.

Să analizăm acum care va fi tensiunea dacă circuitul, pe lângă și și defazajul dintre curent și inductanță, are și o rezistență activă relativ mare. În practică, un astfel de circuit poate fi, de exemplu, un circuit care conține un inductor cu miez de fier înfășurat de un fir subțire (choke de înaltă frecvență).

În acest caz, defazajul dintre curent și tensiune nu va mai fi de un sfert de perioadă (cum era într-un circuit cu rezistență doar inductivă), ci mult mai puțin; și cu cât rezistența este mai mare, cu atât va rezulta mai puțină schimbare de fază.

Figura 2. Curent și tensiune într-un circuit care conține R și L.

Acum ea însăși EMF de auto-inducere nu este în antifază cu tensiunea sursei de curent, deoarece este compensată față de tensiune nu cu jumătate de perioadă, ci cu mai puțin.În plus, tensiunea creată de sursa de curent la bornele bobinei nu este egală cu fem de auto-inducție, dar este mai mare decât aceasta prin cantitatea căderii de tensiune în rezistența activă a firului bobinei. Cu alte cuvinte, tensiunea din bobină constă oricum din două componente:

• tiL- componenta reactivă a tensiunii, care echilibrează efectul EMF din auto-inducție,

• tiR- componenta activă a tensiunii care va depăși rezistența activă a circuitului.

Dacă conectăm o rezistență activă mare în serie cu bobina, defazarea va scădea atât de mult încât unda sinusoidală actuală aproape va ajunge din urmă cu unda sinusoidală de tensiune și diferența de faze dintre ele va fi abia sesizabilă. În acest caz, amplitudinea termenului și va fi mai mare decât amplitudinea termenului.

În mod similar, puteți reduce defazajul și chiar îl puteți reduce complet la zero dacă reduceți într-un fel frecvența generatorului. O scădere a frecvenței va avea ca rezultat o scădere a EMF de auto-inducție și, prin urmare, o scădere a defazajului dintre curent și tensiunea din circuit cauzată de acesta.

Puterea unui circuit de curent alternativ care conține un inductor

Circuitul de curent alternativ ce conține bobina nu consumă energia sursei de curent și că în circuit are loc un proces de schimb de energie între generator și circuit.

Să analizăm acum cum vor fi lucrurile cu puterea consumată de o astfel de schemă.

Puterea consumată într-un circuit de curent alternativ este egală cu produsul dintre curent și tensiune, dar deoarece curentul și tensiunea sunt cantități variabile, atunci și puterea va fi variabilă.În acest caz, putem determina valoarea puterii pentru fiecare moment de timp dacă înmulțim valoarea curentului cu valoarea tensiunii corespunzătoare unui moment dat de timp.

Pentru a obține graficul de putere, trebuie să înmulțim valorile segmentelor de linie dreaptă care definesc curentul și tensiunea în momente diferite. O astfel de construcție este prezentată în fig. 3, a. Forma de undă punctată p ne arată cum se modifică puterea într-un circuit AC care conține doar rezistență inductivă.

La construirea acestei curbe a fost utilizată următoarea regulă de înmulțire algebrică: Când o valoare pozitivă este înmulțită cu o valoare negativă, se obține o valoare negativă, iar când se înmulțesc două valori negative sau două pozitive, se obține o valoare pozitivă.

Figura 3. Grafice de putere: a — într-un circuit care conține rezistență inductivă, b — de asemenea, rezistența activă

Figura 4. Graficul de putere pentru un circuit care conține R și L.

Curba puterii în acest caz se află deasupra axei timpului. Aceasta înseamnă că nu există schimb de energie între generator și circuit și, prin urmare, puterea furnizată de generator circuitului este consumată complet de circuit.

În fig. 4 prezintă diagrama de putere pentru un circuit care conține atât rezistență inductivă, cât și rezistență activă. În acest caz, are loc și transferul invers de energie de la circuit la sursa de curent, dar într-o măsură mult mai mică decât într-un circuit cu o singură rezistență inductivă.

După revizuirea graficelor de putere de mai sus, ajungem la concluzia că numai defazarea dintre curent și tensiune din circuit creează putere „negativă”.În acest caz, cu cât defazajul dintre curent și tensiune din circuit este mai mare, cu atât mai puțină putere va fi consumată de circuit și, invers, cu cât defazajul este mai mic, cu atât puterea consumată de circuit este mai mare.

Citeste si: Ce este rezonanța de tensiune