AC induktor

Razmotrimo krug koji sadrži induktor i pretpostavimo da je otpor kruga, uključujući žicu zavojnice, toliko malen da se može zanemariti. U tom bi slučaju spajanje zavojnice na izvor istosmjerne struje rezultiralo kratkim spojem, pri čemu bi, kao što je poznato, struja u krugu bila vrlo velika.

Situacija je drugačija kada je zavojnica spojena na izvor izmjenične struje. U tom slučaju ne dolazi do kratkog spoja. Ovo pokazuje. Što se induktor odupire izmjeničnoj struji koja prolazi kroz njega.

Što je bit tog otpora i čime je on uvjetovan?

Da biste odgovorili na ovo pitanje, zapamtite fenomen samoindukcije… Svaka promjena struje u svitku uzrokuje pojavu EMF-a samoindukcije u njemu, što sprječava promjenu struje. Vrijednost EMF-a samoindukcije izravno je proporcionalna vrijednost induktiviteta zavojnice i brzina promjene struje u njemu. Ali budući da naizmjenična struja kontinuirano se mijenja Elektromagnetsko zračenje za samoindukciju koje se kontinuirano pojavljuje u zavojnici stvara otpor izmjeničnoj struji.

Za razumijevanje procesa koji se odvijaju u krugovi izmjenične struje s induktorom, pogledajte grafikon.Slika 1 prikazuje zakrivljene linije koje karakteriziraju, redom, oznaku u krugu, napon u zavojnici i emf samoindukcije koja se u njemu pojavljuje. Uvjerimo se da su konstrukcije napravljene na slici točne.

Krug izmjenične struje s induktorom

Od trenutka t = 0, odnosno od početnog trenutka promatranja struje, ona počinje naglo rasti, ali kako se približava maksimalnoj vrijednosti, brzina porasta struje opada. U trenutku kada je struja dosegla maksimalnu vrijednost, brzina njezine promjene trenutno je postala jednaka nuli, odnosno promjena struje je prestala. Zatim je struja u početku počela polako pa brzo opadati, da bi nakon druge četvrtine perioda pala na nulu. Brzina promjene struje tijekom ove četvrtine perioda, rastući od metka, dostiže najveću vrijednost kada struja postane jednaka nuli.

Slika 2. Priroda promjena struje tijekom vremena, ovisno o veličini struje

Iz konstrukcija na slici 2 može se vidjeti da kada krivulja struje prolazi kroz vremensku os, struja raste u kratkom vremenskom razdoblju T više nego u istom vremenskom razdoblju kada krivulja struje dostiže svoj vrhunac.

Stoga se brzina promjene struje smanjuje s povećanjem struje i raste s opadanjem struje, bez obzira na smjer struje u krugu.

Očito je da EMF samoinduktiviteta u zavojnici mora biti najveća kada je brzina promjene struje najveća, a pasti na nulu kada njezina promjena prestane. Zapravo, na grafu, EMF krivulja samoindukcije eL u prvoj četvrtini razdoblja, počevši od maksimalne vrijednosti, pala je na nulu (vidi sliku 1).

Tijekom sljedeće četvrtine perioda struja od maksimalne vrijednosti opada na nulu, ali brzina njezine promjene postupno raste i najveća je u trenutku kada je struja jednaka nuli. U skladu s tim, EMF samoindukcije tijekom ove četvrtine razdoblja, koji se ponovno pojavljuje u zavojnici, postupno raste i ispada da je maksimum sve dok struja ne postane jednaka nuli.

Međutim, smjer EMF samoindukcije promijenio se u suprotnom smjeru, jer je povećanje struje u prvoj četvrtini perioda zamijenjeno u drugoj četvrtini njenim smanjenjem.

Strujni krug s induktivitetom

Nastavljajući daljnju konstrukciju krivulje EMF samoindukcije, uvjereni smo da će tijekom razdoblja promjene struje u svitku i EMF samoindukcije u njemu završiti puno razdoblje njegove promjene. Njegov smjer je određen Lenzov zakon: s povećanjem struje, emf samoindukcije bit će usmjeren protiv struje (prva i treća četvrtina razdoblja), a sa smanjenjem struje, naprotiv, poklapa se s njom u smjeru ( druga i četvrta četvrtina perioda).

Stoga EMF samoindukcije uzrokovan samom izmjeničnom strujom sprječava njezino povećanje, a naprotiv, održava ga pri spuštanju.

Okrenimo se sada grafikonu napona zavojnice (vidi sliku 1). Na ovom grafikonu, sinusni val napona na terminalu zavojnice prikazan je jednak i suprotan sinusnom valu emf samoinduktivnosti. Stoga je napon na stezaljkama zavojnice u bilo kojem trenutku vremena jednak i suprotan EMF-u samoindukcije koji nastaje u njemu. Taj napon stvara alternator i gasi djelovanje u EMF samoindukcijskom krugu.

Stoga se u induktoru spojenom na strujni krug izmjenične struje stvara otpor kada teče struja. No budući da takav otpor na kraju inducira induktivitet zavojnice, naziva se induktivnim otporom.

Induktivni otpor se označava s XL i mjeri se kao otpor u omima.

Induktivni otpor kruga je to veći, što je veći frekvencija izvora strujenapajanje kruga i veći induktivitet kruga. Stoga je induktivni otpor kruga izravno proporcionalan frekvenciji struje i induktivitetu kruga; određuje se formulom XL = ωL, gdje je ω — kružna frekvencija određena umnoškom 2πe… — induktivitet kruga u n.

Ohmov zakon za krug izmjenične struje koji sadrži induktivni otpor zvuči ovako: količina struje izravno je proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna induktivnom otporu NSi, tj. I = U / XL, gdje su I i U efektivne vrijednosti struje i napona, a xL je induktivni otpor kruga.

Razmatrajući grafove promjene struje u zavojnici. EMF samoindukcije i napona na njegovim terminalima, obratili smo pozornost na činjenicu da se promjena u njima vVrijednosti ne podudaraju u vremenu. Drugim riječima, pokazalo se da su sinusoide struje, napona i EMF-a samoindukcije vremenski pomaknute jedna u odnosu na drugu za krug koji se razmatra. U izmjeničnoj tehnologiji ovaj se fenomen obično naziva fazni pomak.

Ako se dvije varijabilne veličine mijenjaju po istom zakonu (u našem slučaju sinusoidnom) s istim periodima, istodobno dosegnu svoju maksimalnu vrijednost i u smjeru naprijed i unatrag, te također istovremeno padnu na nulu, tada takve varijabilne veličine imaju iste faze ili, kako se kaže, utakmica u fazi.

Kao primjer, slika 3 prikazuje fazno usklađene krivulje struje i napona. Uvijek promatramo takvo usklađivanje faza u AC krugu koji se sastoji samo od aktivnog otpora.

U slučaju kada krug sadrži induktivni otpor, strujne i naponske faze, kao što se vidi na sl. 1 se ne podudaraju, odnosno postoji fazni pomak između ovih varijabli. Čini se da krivulja struje u ovom slučaju zaostaje za krivuljom napona za četvrtinu perioda.

Stoga, kada je induktor uključen u krug izmjenične struje, dolazi do faznog pomaka između struje i napona u krugu, a struja zaostaje za naponom u fazi za četvrtinu perioda... To znači da se najveća struja javlja za četvrtinu razdoblja nakon postizanja maksimalnog napona.

EMF samoindukcije je u protufazi s naponom svitka, zaostajući za strujom za četvrtinu perioda.U tom slučaju period promjene struje, napona, kao i EMF zavojnice samoindukcija se ne mijenja i ostaje jednaka periodu promjene napona generatora koji napaja krug. Sinusoidalna priroda promjene ovih vrijednosti također je sačuvana.

Slika 3. Fazno usklađivanje struje i napona u krugu aktivnog otpora

Razumimo sada razliku između opterećenja alternatora s aktivnim otporom i opterećenja s induktivnim otporom.

Kada krug izmjenične struje sadrži samo jedan aktivni otpor, tada se energija izvora struje apsorbira u aktivnom otporu, zagrijavanje žice.

Kada krug ne sadrži aktivni otpor (obično ga smatramo nulom), već se sastoji samo od induktivnog otpora zavojnice, energija izvora struje ne troši se na zagrijavanje žica, već samo na stvaranje EMF-a samoindukcije , to jest, postaje energija magnetskog polja ... Izmjenična struja, međutim, stalno se mijenja i po veličini i po smjeru, i stoga, magnetsko polje zavojnica se neprestano mijenja u vremenu s promjenom struje. Tijekom prve četvrtine perioda, kada struja raste, krug prima energiju iz izvora struje i pohranjuje je u magnetskom polju zavojnice. Ali čim struja, dosegnuvši svoj maksimum, počne opadati, održava se na račun energije pohranjene u magnetskom polju zavojnice emf samoindukcije.

Stoga, strujni izvor, nakon što je dao dio svoje energije krugu u prvoj četvrtini perioda, prima je natrag od zavojnice u drugoj četvrtini, koja djeluje kao neka vrsta izvora struje. Drugim riječima, krug izmjenične struje koji sadrži samo induktivni otpor ne troši energiju: u ovom slučaju postoji fluktuacija energije između izvora i kruga. Aktivni otpor, naprotiv, apsorbira svu energiju koja mu se prenosi iz izvora struje.

Za induktor, za razliku od omskog otpora, kaže se da je neaktivan u odnosu na izvor izmjenične struje, tj. reaktivni... Stoga se induktivni otpor zavojnice naziva i reaktancijom.

Krivulja porasta struje pri zatvaranju kruga koji sadrži induktivitet — prijelazne pojave u električnim krugovima.

Ranije u ovoj temi: Struja za lutke / Osnove elektrotehnike

Što drugi čitaju?

# 1 Objavio: Alexander (4. ožujka 2010. 17:45)

   
je li struja u fazi s emf generatora? I njegova vrijednost se smanjuje?

#2 je napisao: administrator (7. ožujka 2010. 16:35)

   
U krugu izmjenične struje koji se sastoji samo od aktivnog otpora, faze struje i napona se podudaraju.
       

#3 je napisao: Alexander (10. ožujka 2010. 09:37)

   
Zašto je napon jednak i suprotan EMF-u samoindukcije, uostalom, u trenutku kada je EMF samoindukcije maksimalan, EMF generatora je jednak nuli i ne može stvoriti ovaj napon? Odakle dolazi (napetost)?

* U krugu sa samo jednim induktorom koji nema aktivni otpor, teče li struja kroz krug u fazi s emf generatora (emf koji ovisi o položaju okvira (u običnom generatoru), a ne o naponu generatora)?