AC induktori

Tarkastellaan piiriä, joka sisältää induktorin, ja oletetaan, että piirin resistanssi, mukaan lukien kelajohto, on niin pieni, että se voidaan jättää huomiotta. Tässä tapauksessa kelan kytkeminen tasavirtalähteeseen johtaisi oikosulkuun, jossa, kuten tiedetään, piirissä oleva virta olisi erittäin suuri.

Tilanne on toinen, kun kela on kytketty vaihtovirtalähteeseen. Tässä tapauksessa oikosulkua ei tapahdu. Tämä osoittaa. Mitä kela vastustaa sen läpi kulkevaa vaihtovirtaa.

Mikä on tämän vastustuksen ydin ja miten se on ehdollinen?

Muista vastataksesi tähän kysymykseen itseinduktion ilmiö… Mikä tahansa virran muutos kelassa aiheuttaa itseinduktion EMF:n, joka estää virran muuttamisen. Itseinduktion EMF:n arvo on suoraan verrannollinen kelan induktanssiarvo ja siinä olevan virran muutosnopeus. Mutta siitä lähtien vaihtovirta muuttuu jatkuvasti Itseinduktiota varten oleva sähkömagneettinen säteily, joka ilmaantuu jatkuvasti käämiin, luo vastuksen vaihtovirralle.

Ymmärtääkseen sisällä tapahtuvia prosesseja vaihtovirtapiirejä induktorin kanssa, katso kaavio.Kuvassa 1 on esitetty kaarevia viivoja, jotka kuvaavat vastaavasti piirin merkkiä, käämin jännitettä ja siinä tapahtuvan itseinduktion emf:ää. Varmistetaan, että kuvassa tehdyt rakenteet ovat oikein.

AC-piiri kelalla

Siitä hetkestä lähtien, kun t = 0, eli virran tarkkailun alkamishetkestä lähtien, se alkaa kasvaa nopeasti, mutta kun se lähestyy maksimiarvoaan, virran kasvunopeus laskee. Sillä hetkellä, kun virta saavutti maksimiarvonsa, sen muutosnopeus tuli hetkellisesti nollaan, eli virran muutos pysähtyi. Sitten virta alkoi aluksi hitaasti ja laski sitten nopeasti, ja jakson toisen neljänneksen jälkeen se putosi nollaan. Tämän jakson neljänneksen aikana luodista nouseva virran muutosnopeus saavuttaa suurimman arvon, kun virta on yhtä suuri kuin nolla.

Kuva 2. Virran muutosten luonne ajan kuluessa, riippuen virran suuruudesta

Kuvan 2 rakenteista voidaan nähdä, että kun virtakäyrä kulkee aika-akselin läpi, virta kasvaa lyhyessä ajassa T enemmän kuin samalla ajanjaksolla, jolloin virtakäyrä saavuttaa huippunsa.

Siksi virran muutosnopeus pienenee virran kasvaessa ja kasvaa virran pienentyessä riippumatta virran suunnasta piirissä.

On selvää, että kelan itseinduktanssin emf:n tulee olla suurin, kun virran muutosnopeus on suurin, ja pienentyä nollaan, kun sen muutos lakkaa. Itse asiassa kaaviossa itseinduktion EMF-käyrä eL jakson ensimmäisellä neljänneksellä maksimiarvosta alkaen laski nollaan (ks. kuva 1).

Jakson seuraavan neljänneksen aikana virta maksimiarvosta laskee nollaan, mutta sen muutosnopeus kasvaa vähitellen ja on suurin sillä hetkellä, kun virta on nolla. Vastaavasti tämän jakson neljänneksen aikana itseinduktion EMF, joka ilmestyy jälleen kelaan, kasvaa vähitellen ja osoittautuu maksimiksi, kunnes virta on yhtä suuri kuin nolla.

Itseinduktion emf:n suunta kuitenkin muuttui päinvastaiseen suuntaan, kun virran nousu kauden ensimmäisellä neljänneksellä korvattiin toisella neljänneksellä sen laskulla.

Piiri induktanssilla

Jatkamalla edelleen itseinduktion EMF-käyrän rakentamista, olemme vakuuttuneita siitä, että käämin virran ja itseinduktion EMF:n muutosjakson aikana se suorittaa täyden muutosjakson. Sen suunta on määrätty Lenzin laki: virran kasvaessa itseinduktion emf suunnataan virtaa vastaan ​​(jakson ensimmäinen ja kolmas neljännes), ja virran pienentyessä se päinvastoin osuu siihen suuntaan ( kauden toinen ja neljäs neljännes).

Siksi itse vaihtovirran aiheuttama itseinduktion EMF estää sitä kasvamasta, ja päinvastoin, se ylläpitää sitä laskeutuessaan.

Siirrytään nyt kelan jännitekäyrään (katso kuva 1). Tässä kaaviossa kelan päätejännitteen siniaalto on esitetty yhtä suurena ja vastakkaisena itseinduktanssin emf siniaallon kanssa. Siksi jännite kelan navoissa millä tahansa ajanhetkellä on yhtä suuri ja päinvastainen kuin siinä syntyvä itseinduktion EMF. Tämä jännite luodaan vaihtovirtageneraattorilla, ja se sammuttaa toiminnan EMF-itseinduktiopiirissä.

Siksi vaihtovirtapiiriin kytketyssä kelassa syntyy vastus, kun virta kulkee. Mutta koska tällainen vastus lopulta indusoi käämin induktanssia, sitä kutsutaan induktiiviseksi resistanssiksi.

Induktiivinen vastus on merkitty XL:llä ja se mitataan resistanssina ohmeina.

Piirin induktiivinen vastus on mitä suurempi, sitä suurempi nykyisen lähteen taajuuspiirin syöttö ja suurempi piiriinduktanssi. Siksi piirin induktiivinen vastus on suoraan verrannollinen virran taajuuteen ja piirin induktanssiin; määräytyy kaavalla XL = ωL, missä ω — tulolla 2πe... määritetty ympyrätaajuus — piirin induktanssi n:ssä.

Ohmin laki induktiivisen resistanssin sisältävälle AC-piirille ääniä Siten: virran määrä on suoraan verrannollinen jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen NSi:n induktiiviseen resistanssiin, ts. I = U / XL, jossa I ja U ovat tehollisia virta- ja jännitearvoja ja xL on piirin induktiivinen vastus.

Ottaen huomioon kelan virran muutoksen käyrät. Itseinduktion ja jännitteen EMF sen liittimissä kiinnitimme huomiota siihen, että niiden vArvojen muutos ei täsmää ajallisesti. Toisin sanoen virta-, jännite- ja itseinduktio-EMF-sinisignaalit osoittautuivat aikasiirretyiksi suhteessa toisiinsa tarkasteltavassa piirissä. Vaihtovirtatekniikassa tätä ilmiötä kutsutaan yleisesti vaihesiirroksi.

Jos kaksi muuttuvaa suuretta muuttuvat saman lain mukaan (tapauksessamme sinimuotoisesti) samoilla jaksoilla, saavuttavat samanaikaisesti maksimiarvonsa sekä eteen- että taaksepäin sekä laskevat samanaikaisesti nollaan, niin tällaisilla muuttuvilla suureilla on samat vaiheet tai kuten sanotaan, ottelu vaiheessa.

Kuvassa 3 on esimerkkinä vaihesovitetut virta- ja jännitekäyrät. Tällaista vaihesovitusta havaitsemme aina AC-piirissä, joka koostuu vain aktiivisesta resistanssista.

Tapauksessa, jossa piiri sisältää induktiivisen resistanssin, virta- ja jännitevaiheet, kuten kuvasta. 1 eivät täsmää, eli näiden muuttujien välillä on vaihesiirto. Virtakäyrä näyttää tässä tapauksessa jäävän neljänneksen jaksosta jäljessä jännitekäyrästä.

Siksi, kun induktori on sisällytetty vaihtovirtapiiriin, piirissä tapahtuu vaihesiirto virran ja jännitteen välillä, ja virta jää vaihejännitteestä neljänneksellä jaksosta... Tämä tarkoittaa, että maksimivirta esiintyy neljänneksellä maksimijännitteen saavuttamisen jälkeen.

Itseinduktion EMF on vastavaiheessa käämin jännitteen kanssa, jäljessä virtaa neljänneksen jaksosta.Tässä tapauksessa virran, jännitteen ja EMF:n muutosjakso. itseinduktio ei muutu ja pysyy yhtä suurena kuin piiriä syöttävän generaattorin jännitteen muutosjakso. Myös näiden arvojen muutoksen sinimuotoisuus säilyy.

Kuva 3. Virran ja jännitteen vaihesovitus aktiivisessa vastuspiirissä

Ymmärrämme nyt eron aktiivivastuksen ja induktiivisen resistanssin kuorman välillä.

Kun vaihtovirtapiirissä on vain yksi aktiivinen vastus, niin virtalähteen energia absorboituu aktiiviseen vastukseen, lämmittää lankaa.

Kun piiri ei sisällä aktiivista vastusta (pitäämme sitä yleensä nolla), vaan se koostuu vain kelan induktiivisesta resistanssista, virtalähteen energiaa ei kuluteta johtojen lämmittämiseen, vaan vain itseinduktion EMF:n luomiseen. , eli siitä tulee magneettikentän energia... Vaihtovirta kuitenkin muuttuu jatkuvasti sekä suuruudeltaan että suunnaltaan, ja siksi magneettikenttä käämi muuttuu jatkuvasti ajassa virran muuttuessa. Jakson ensimmäisen neljänneksen aikana, kun virta kasvaa, piiri vastaanottaa energiaa virtalähteestä ja varastoi sen kelan magneettikenttään. Mutta heti kun virta, saavutettuaan maksiminsa, alkaa laskea, sitä ylläpidetään itseinduktion emf:n avulla kelan magneettikenttään varastoiman energian kustannuksella.

Siksi virtalähde, joka on antanut osan energiastaan ​​piirille jakson ensimmäisellä neljänneksellä, saa sen takaisin kelalta toisella neljänneksellä, joka toimii eräänlaisena virtalähteenä. Toisin sanoen AC-piiri, jossa on vain induktiivinen vastus, ei kuluta energiaa: tässä tapauksessa lähteen ja piirin välillä on energiavaihtelu. Aktiivinen vastus päinvastoin absorboi kaiken siihen virtalähteestä siirretyn energian.

Induktorin, toisin kuin ohmisen vastuksen, sanotaan olevan inaktiivinen vaihtovirtalähteen suhteen, ts. reaktiivinen... Siksi kelan induktiivista vastusta kutsutaan myös reaktanssiksi.

Virran nousukäyrä suljettaessa induktanssin sisältävä piiri — transientteja sähköpiireissä.

Aiemmin tässä ketjussa: Sähköä nukkeille / Sähkötekniikan perusteet

Mitä muut lukevat?

# 1 Lähettäjä: Alexander (4. maaliskuuta 2010 17:45)

   
onko virta samassa vaiheessa generaattorin emf:n kanssa? Ja sen arvo laskee?

#2 kirjoitti: järjestelmänvalvoja (7. maaliskuuta 2010 klo 16.35)

   
Vaihtovirtapiirissä, jossa on vain aktiivinen vastus, virran ja jännitteen vaiheet täsmäävät.
       

# 3 kirjoitti: Alexander (10. maaliskuuta 2010 09:37)

   
Miksi jännite on yhtä suuri ja päinvastainen kuin itseinduktion EMF, sillä hetkellä, kun itseinduktion EMF on maksimi, generaattorin EMF on yhtä suuri kuin nolla eikä voi luoda tätä jännitettä? Mistä (jännite) tulee?

* Virtaako virta piirissä, jossa on vain yksi kela ja jolla ei ole aktiivista vastusta, vaiheessa generaattorin emf (emf, joka riippuu kehyksen sijainnista (tavallisessa generaattorissa), ei generaattorin jännite) kanssa?