induttore CA

Considera un circuito contenente un induttore e supponi che la resistenza del circuito, incluso il filo della bobina, sia così piccola da poter essere trascurata. In questo caso, il collegamento della bobina ad una sorgente di corrente continua provocherebbe un cortocircuito, in cui, come è noto, la corrente nel circuito sarebbe molto elevata.

La situazione è diversa quando la bobina è collegata a una sorgente CA. In questo caso non si verifica alcun cortocircuito. Questo mostra. Cosa resiste un induttore alla corrente alternata che lo attraversa?

Qual è l'essenza di questa resistenza e come è condizionata?

Per rispondere a questa domanda, ricorda fenomeno di autoinduzione… Qualsiasi cambiamento di corrente nella bobina fa apparire in essa un EMF di autoinduzione, che impedisce un cambiamento di corrente. Il valore dell'EMF dell'autoinduzione è direttamente proporzionale a il valore di induttanza della bobina e il tasso di variazione della corrente in esso. Ma da allora corrente alternata cambia continuamente La radiazione elettromagnetica per autoinduzione che appare continuamente nella bobina crea resistenza alla corrente alternata.

Comprendere i processi in atto in circuiti a corrente alternata con l'induttore, vedere il grafico.La figura 1 mostra linee curve che caratterizzano, rispettivamente, il segno nel circuito, la tensione nella bobina e la fem di autoinduzione che si verifica in essa. Assicuriamoci che le costruzioni fatte nella figura siano corrette.

Circuito AC con un induttore

Dal momento t = 0, cioè dal momento iniziale di osservazione della corrente, inizia ad aumentare rapidamente, ma man mano che si avvicina al suo valore massimo, il tasso di aumento della corrente diminuisce. Nel momento in cui la corrente ha raggiunto il suo valore massimo, la velocità della sua variazione è diventata momentaneamente uguale a zero, cioè la variazione di corrente si è interrotta. Quindi la corrente inizialmente è iniziata lentamente e poi rapidamente è diminuita, e dopo il secondo trimestre del periodo è scesa a zero. Il tasso di variazione della corrente durante questo quarto del periodo, aumentando dal proiettile, raggiunge il valore più alto quando la corrente diventa uguale a zero.

Figura 2. La natura dei cambiamenti della corrente nel tempo, a seconda dell'entità della corrente

Dalle costruzioni in figura 2 si può vedere che quando la curva di corrente attraversa l'asse del tempo, la corrente aumenta in un breve periodo di tempo T più che nello stesso periodo di tempo in cui la curva di corrente raggiunge il suo picco.

Pertanto, la velocità di variazione della corrente diminuisce all'aumentare della corrente e aumenta al diminuire della corrente, indipendentemente dalla direzione della corrente nel circuito.

È ovvio che la fem dell'autoinduttanza nella bobina deve essere massima quando la velocità di variazione della corrente è massima e diminuire fino a zero quando la sua variazione cessa. Infatti, sul grafico, la curva EMF di autoinduzione eL nel primo trimestre del periodo, partendo dal valore massimo, è scesa a zero (vedi Fig. 1).

Durante il quarto successivo del periodo, la corrente dal valore massimo diminuisce a zero, ma la velocità della sua variazione aumenta gradualmente ed è massima nel momento in cui la corrente è uguale a zero. Di conseguenza, l'EMF dell'autoinduzione durante questo quarto del periodo, riapparendo nella bobina, aumenta gradualmente e risulta essere un massimo fino a quando la corrente diventa uguale a zero.

Tuttavia, la direzione della fem di autoinduzione è cambiata nella direzione opposta, poiché l'aumento della corrente nel primo trimestre del periodo è stato sostituito nel secondo trimestre dalla sua diminuzione.

Circuito con induttanza

Continuando ulteriormente la costruzione della curva dell'EMF di autoinduzione, siamo convinti che durante il periodo di cambiamento della corrente nella bobina e dell'EMF di autoinduzione in essa completerà un intero periodo del suo cambiamento. La sua direzione è determinata Legge di Lenz: con un aumento della corrente, la fem di autoinduzione sarà diretta contro la corrente (il primo e il terzo quarto del periodo), e con una diminuzione della corrente, al contrario, coincide con essa in direzione ( secondo e quarto trimestre del periodo).

Pertanto, l'EMF di autoinduzione causata dalla stessa corrente alternata le impedisce di aumentare e, al contrario, la mantiene durante la discesa.

Passiamo ora al grafico della tensione della bobina (vedi Fig. 1). In questo grafico, l'onda sinusoidale della tensione del terminale della bobina è mostrata uguale e opposta all'onda sinusoidale della fem di autoinduttanza. Pertanto, la tensione ai terminali della bobina in qualsiasi istante di tempo è uguale e opposta all'EMF di autoinduzione che si verifica in essa. Questa tensione è creata da un alternatore e va a spegnere l'azione nel circuito di autoinduzione EMF.

Pertanto, in un induttore collegato a un circuito CA, la resistenza viene creata quando la corrente scorre. Ma poiché tale resistenza alla fine induce l'induttanza della bobina, allora si chiama resistenza induttiva.

La resistenza induttiva è indicata con XL e si misura, come resistenza, in ohm.

La resistenza induttiva del circuito è tanto maggiore quanto maggiore frequenza della sorgente correntealimentazione del circuito e maggiore induttanza del circuito. Pertanto, la resistenza induttiva di un circuito è direttamente proporzionale alla frequenza della corrente e all'induttanza del circuito; è determinato dalla formula XL = ωL, dove ω — frequenza circolare determinata dal prodotto 2πe… — induttanza del circuito in n.

Legge di Ohm per un circuito CA contenente una resistenza induttiva suona Così: la quantità di corrente è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza induttiva di NSi, cioè I = U / XL, dove I e U sono i valori effettivi di corrente e tensione, e xL è la resistenza induttiva del circuito.

Considerando i grafici del cambiamento di corrente nella bobina. EMF di autoinduzione e tensione ai suoi terminali, abbiamo prestato attenzione al fatto che il cambiamento in essi vI valori non coincidono nel tempo. In altre parole, le sinusoidi EMF di corrente, tensione e autoinduzione si sono rivelate spostate nel tempo l'una rispetto all'altra per il circuito in esame. Nella tecnologia CA, questo fenomeno è comunemente chiamato sfasamento.

Se due grandezze variabili cambiano secondo la stessa legge (nel nostro caso sinusoidale) con gli stessi periodi, raggiungono contemporaneamente il loro valore massimo in entrambe le direzioni avanti e indietro, e contemporaneamente diminuiscono fino a zero, allora tali grandezze variabili hanno le stesse fasi o, come si suol dire, partita in fase.

A titolo di esempio, la Figura 3 mostra le curve di corrente e tensione con corrispondenza di fase. Osserviamo sempre tale corrispondenza di fase in un circuito CA costituito solo da resistenza attiva.

Nel caso in cui il circuito contenga resistenza induttiva, fasi di corrente e tensione, come si vede in Fig. 1 non corrispondono, cioè c'è uno sfasamento tra queste variabili. La curva di corrente in questo caso sembra in ritardo rispetto alla curva di tensione di un quarto del periodo.

Pertanto, quando un induttore è incluso in un circuito CA, si verifica uno sfasamento tra corrente e tensione nel circuito e la corrente ritarda la tensione in fase di un quarto del periodo... Ciò significa che la corrente massima si verifica un quarto del periodo successivo al raggiungimento della tensione massima.

L'EMF dell'autoinduzione è in controfase rispetto alla tensione della bobina, in ritardo rispetto alla corrente di un quarto del periodo.In questo caso, il periodo di variazione della corrente, della tensione, nonché l'EMF della l'autoinduzione non varia e rimane uguale al periodo di variazione della tensione del generatore che alimenta il circuito. Viene preservata anche la natura sinusoidale del cambiamento di questi valori.

Figura 3. Abbinamento di fase di corrente e tensione in un circuito di resistenza attivo

Cerchiamo ora di capire la differenza tra un carico dell'alternatore con resistenza attiva e un carico con la sua resistenza induttiva.

Quando un circuito CA contiene solo una resistenza attiva, l'energia della sorgente di corrente viene assorbita nella resistenza attiva, riscaldare il filo.

Quando il circuito non contiene resistenza attiva (di solito la consideriamo zero), ma consiste solo nella resistenza induttiva della bobina, l'energia della sorgente di corrente non viene spesa per riscaldare i fili, ma solo per creare un EMF di autoinduzione , cioè diventa l'energia del campo magnetico ... La corrente alternata, invece, cambia costantemente sia in grandezza che in direzione, e quindi, campo magnetico la bobina cambia continuamente nel tempo con la corrente che cambia. Durante il primo quarto del periodo, quando la corrente aumenta, il circuito riceve energia dalla sorgente di corrente e la immagazzina nel campo magnetico della bobina. Ma non appena la corrente, raggiunto il suo massimo, inizia a diminuire, viene mantenuta a scapito dell'energia immagazzinata nel campo magnetico della bobina dalla fem di autoinduzione.

Pertanto, la sorgente di corrente, avendo ceduto parte della sua energia al circuito nel primo quarto del periodo, la riceve dalla bobina nel secondo quarto, che funge da sorta di sorgente di corrente. In altre parole, un circuito CA contenente solo resistenza induttiva non consuma energia: in questo caso, c'è una fluttuazione di energia tra la sorgente e il circuito. La resistenza attiva, al contrario, assorbe tutta l'energia ad essa trasferita dalla sorgente di corrente.

Si dice che un induttore, a differenza di una resistenza ohmica, sia inattivo rispetto a una sorgente CA, cioè reattivo... Pertanto, la resistenza induttiva della bobina è anche chiamata reattanza.

Curva di aumento della corrente alla chiusura di un circuito contenente un'induttanza — transitori nei circuiti elettrici.

In precedenza su questo thread: Elettricità per i manichini / Fondamenti di elettrotecnica

Cosa stanno leggendo gli altri?

# 1 Inserito da: Alexander (4 marzo 2010 17:45)

   
la corrente è in fase con la fem del generatore? E il suo valore diminuisce?

#2 ha scritto: amministratore (7 marzo 2010 16:35)

   
In un circuito CA costituito solo da resistenza attiva, le fasi di corrente e tensione coincidono.
       

# 3 ha scritto: Alexander (10 marzo 2010 09:37)

   
Perché la tensione è uguale e opposta all'EMF dell'autoinduzione, dopotutto, nel momento in cui l'EMF dell'autoinduzione è massima, l'EMF del generatore è uguale a zero e non può creare questa tensione? Da dove viene (la tensione)?

* In un circuito con un solo induttore che non ha resistenza attiva, la corrente che scorre attraverso il circuito è in fase con la fem del generatore (la fem che dipende dalla posizione del frame (in un normale generatore), non dalla tensione del generatore)?