inductor AC

Luați în considerare un circuit care conține un inductor și să presupunem că rezistența circuitului, inclusiv firul bobinei, este atât de mică încât poate fi neglijată. În acest caz, conectarea bobinei la o sursă de curent continuu ar duce la un scurtcircuit, în care, după cum se știe, curentul din circuit ar fi foarte mare.

Situația este diferită atunci când bobina este conectată la o sursă de curent alternativ. În acest caz, nu are loc un scurtcircuit. Asta arata. La ce rezistă un inductor la trecerea curentului alternativ prin el.

Care este esența acestei rezistențe și cum este condiționată?

Pentru a răspunde la această întrebare, amintiți-vă fenomen de autoinducere… Orice modificare a curentului în bobină face ca în ea să apară un EMF de auto-inducție, ceea ce previne o schimbare a curentului. Valoarea EMF de auto-inducție este direct proporțională cu valoarea inductanței bobinei și rata de schimbare a curentului din acesta. Dar de atunci curent alternativ se modifică continuu Radiația electromagnetică pentru auto-inducție care apare continuu în bobină creează rezistență la curentul alternativ.

Pentru a înțelege procesele care au loc în circuite de curent alternativ cu inductorul, vezi graficul.Figura 1 prezintă linii curbe care caracterizează, respectiv, marcajul din circuit, tensiunea din bobină și f.e.m. de autoinducție care apar în acesta. Să ne asigurăm că construcțiile realizate în figură sunt corecte.

Circuit AC cu inductor

Din momentul t = 0, adică din momentul inițial al observării curentului, acesta începe să crească rapid, dar pe măsură ce se apropie de valoarea sa maximă, rata de creștere a curentului scade. În momentul în care curentul și-a atins valoarea maximă, rata modificării sale a devenit momentan egală cu zero, adică schimbarea curentului s-a oprit. Apoi curentul a început inițial lent și apoi a scăzut rapid, iar după al doilea trimestru al perioadei a scăzut la zero. Rata de modificare a curentului în acest trimestru al perioadei, în creștere de la glonț, atinge cea mai mare valoare atunci când curentul devine egal cu zero.

Figura 2. Natura modificărilor curentului în timp, în funcție de mărimea curentului

Din construcțiile din figura 2, se poate observa că atunci când curba curentului trece prin axa timpului, curentul crește într-o perioadă scurtă de timp T mai mult decât în ​​aceeași perioadă de timp în care curba curentului atinge apogeul.

Prin urmare, rata de schimbare a curentului scade pe măsură ce curentul crește și crește pe măsură ce curentul scade, indiferent de direcția curentului din circuit.

Este evident că f.e.m. a auto-inductanței din bobină trebuie să fie cea mai mare atunci când rata de schimbare a curentului este cea mai mare și să scadă la zero când schimbarea sa încetează. De fapt, pe grafic, curba EMF de autoinducție eL în primul trimestru al perioadei, pornind de la valoarea maximă, a scăzut la zero (vezi Fig. 1).

În următorul trimestru al perioadei, curentul de la valoarea maximă scade la zero, dar rata modificării sale crește treptat și este cea mai mare în momentul în care curentul este egal cu zero. În consecință, EMF al autoinducției în acest trimestru al perioadei, care apare din nou în bobină, crește treptat și se dovedește a fi maxim până când curentul devine egal cu zero.

Cu toate acestea, direcția de auto-inducție fem s-a schimbat în sens opus, deoarece creșterea curentului în primul trimestru al perioadei a fost înlocuită în trimestrul al doilea cu scăderea acestuia.

Circuit cu inductanță

Continuând în continuare construcția curbei EMF de auto-inducție, suntem convinși că în timpul perioadei de schimbare a curentului în bobină și EMF de auto-inducție în ea vor finaliza o perioadă completă de schimbare a acesteia. Direcția sa este determinată legea lui Lenz: cu o creștere a curentului, fem de auto-inducție va fi direcționată împotriva curentului (primul și al treilea trimestru al perioadei), iar cu o scădere a curentului, dimpotrivă, coincide cu acesta în direcția ( al doilea și al patrulea trimestru al perioadei).

Prin urmare, EMF de autoinducție cauzată de curentul alternativ în sine îl împiedică să crească și, dimpotrivă, îl menține la coborâre.

Să ne întoarcem acum la graficul tensiunii bobinei (vezi Fig. 1). În acest grafic, unda sinusoidală a tensiunii terminale a bobinei este afișată egală și opusă undei sinusoidale a femu-ului de auto-inductanță. Prin urmare, tensiunea la bornele bobinei în orice moment de timp este egală și opusă EMF de auto-inducție care apare în ea. Această tensiune este creată de un alternator și are rolul de a stinge acțiunea în circuitul de auto-inducție EMF.

Prin urmare, într-un inductor conectat la un circuit de curent alternativ, rezistența este creată atunci când curge curentul. Dar, deoarece o astfel de rezistență induce în cele din urmă inductanța bobinei, atunci se numește rezistență inductivă.

Rezistența inductivă este notată cu XL și se măsoară, ca rezistență, în ohmi.

Rezistența inductivă a circuitului este cu atât mai mare, cu atât mai mare frecvența sursei curentealimentarea circuitului și o inductanță mai mare a circuitului. Prin urmare, rezistența inductivă a unui circuit este direct proporțională cu frecvența curentului și inductanța circuitului; este determinată de formula XL = ωL, unde ω — frecvența circulară determinată de produsul 2πe… — inductanța circuitului în n.

Legea lui Ohm pentru un circuit AC care conține o rezistență inductivă sună Astfel: cantitatea de curent este direct proporțională cu tensiunea și invers proporțională cu rezistența inductivă a lui NSi, adică. I = U / XL, unde I și U sunt valorile efective ale curentului și tensiunii, iar xL este rezistența inductivă a circuitului.

Luând în considerare graficele schimbării curentului în bobină. EMF de auto-inducție și tensiune la bornele sale, am acordat atenție faptului că schimbarea lor vValorile nu coincid în timp. Cu alte cuvinte, sinusoidele EMF de curent, tensiune și auto-inducție s-au dovedit a fi decalate în timp unul față de celălalt pentru circuitul luat în considerare. În tehnologia AC, acest fenomen este denumit în mod obișnuit schimbare de fază.

Dacă două mărimi variabile se modifică conform aceleiași legi (în cazul nostru sinusoidală) cu aceleași perioade, ating simultan valoarea maximă în ambele direcții înainte și invers și, de asemenea, scad simultan la zero, atunci astfel de mărimi variabile au aceleași faze sau, după cum se spune, meci în fază.

Ca exemplu, Figura 3 prezintă curbele de curent și tensiune adaptate în fază. Observăm întotdeauna o astfel de potrivire de fază într-un circuit AC constând numai din rezistență activă.

În cazul în care circuitul conține rezistență inductivă, faze de curent și tensiune, așa cum se vede în Fig. 1 nu se potrivesc, adică există o schimbare de fază între aceste variabile. Curba curentului în acest caz pare să rămână în urma curbei tensiunii cu un sfert din perioadă.

Prin urmare, atunci când un inductor este inclus într-un circuit de curent alternativ, în circuit are loc o schimbare de fază între curent și tensiune, iar curentul întârzie tensiunea în fază cu un sfert din perioadă... Aceasta înseamnă că curentul maxim are loc cu un sfert. a perioadei de după atingerea tensiunii maxime.

EMF al autoinducției este în antifază cu tensiunea bobinei, rămânând în urmă cu un sfert din perioadă în urma curentului.În acest caz, perioada de schimbare a curentului, tensiunea, precum și EMF a autoinducția nu se modifică și rămâne egală cu perioada de modificare a tensiunii generatorului care alimentează circuitul. Se păstrează și natura sinusoidală a modificării acestor valori.

Figura 3. Potrivirea de fază a curentului și tensiunii într-un circuit de rezistență activă

Să înțelegem acum diferența dintre sarcina unui alternator cu rezistență activă și sarcina cu rezistența sa inductivă.

Când un circuit AC conține o singură rezistență activă, atunci energia sursei de curent este absorbită în rezistența activă, încălzirea firului.

Când circuitul nu conține rezistență activă (de obicei o considerăm zero), ci constă numai din rezistența inductivă a bobinei, energia sursei de curent este cheltuită nu pentru încălzirea firelor, ci doar pentru crearea unui EMF de auto-inducție. , adică devine energia câmpului magnetic ... Curentul alternativ, totuși, se schimbă constant atât în ​​mărime, cât și în direcție și, prin urmare, camp magnetic bobina se schimbă continuu în timp odată cu schimbarea curentului. În primul trimestru al perioadei, când curentul crește, circuitul primește energie de la sursa de curent și o stochează în câmpul magnetic al bobinei. Dar de îndată ce curentul, ajuns la maxim, începe să scadă, el este menținut în detrimentul energiei stocate în câmpul magnetic al bobinei de către fem de auto-inducție.

Prin urmare, sursa de curent, după ce a dat o parte din energia sa circuitului în primul trimestru al perioadei, o primește înapoi de la bobină în al doilea trimestru, care acționează ca un fel de sursă de curent. Cu alte cuvinte, un circuit AC care conține doar rezistență inductivă nu consumă energie: în acest caz, există o fluctuație de energie între sursă și circuit. Rezistența activă, dimpotrivă, absoarbe toată energia transferată de la sursa de curent.

Un inductor, spre deosebire de o rezistență ohmică, se spune că este inactiv în raport cu o sursă de curent alternativ, de exemplu. reactiv... Prin urmare, rezistența inductivă a bobinei se mai numește și reactanță.

Curba de creștere a curentului la închiderea unui circuit care conține o inductanță - tranzitorii în circuitele electrice.

Mai devreme pe acest thread: Electricitate pentru manechini / Fundamentele ingineriei electrice

Ce citesc alții?

# 1 Postat de: Alexander (4 martie 2010 17:45)

   
este curentul în fază cu emf generatorului? Și valoarea lui scade?

#2 a scris: administrator (7 martie 2010, 16:35)

   
Într-un circuit AC constând doar din rezistență activă, fazele de curent și tensiune se potrivesc.
       

# 3 a scris: Alexandru (10 martie 2010 09:37)

   
De ce tensiunea este egală și opusă FEM al autoinducției, până la urmă, în momentul în care FEM al autoinducției este maximă, FEM al generatorului este egal cu zero și nu poate crea această tensiune? De unde (tensiunea)?

* Într-un circuit cu un singur inductor care nu are rezistență activă, curentul care circulă prin circuit este în fază cu fem-ul generatorului (emf care depinde de poziția cadrului (într-un generator obișnuit), nu de tensiunea generatorului)?