Resistenza attiva e induttore nel circuito AC

Considerando un circuito AC contenente solo resistenza induttiva (vedi art «Induttore in un circuito a corrente alternata»), abbiamo ipotizzato che la resistenza attiva di questo circuito sia zero.

Infatti, sia il filo della bobina stessa che i fili di collegamento hanno una resistenza piccola ma attiva, quindi il circuito consuma inevitabilmente l'energia della sorgente di corrente.

Pertanto, quando si determina la resistenza totale di un circuito esterno, è necessario sommare le sue resistenze reattive e attive. Ma è impossibile sommare queste due resistenze che sono di natura diversa.

In questo caso, l'impedenza del circuito alla corrente alternata si trova per addizione geometrica.

Viene costruito un triangolo rettangolo (vedi figura 1), un lato del quale è il valore della resistenza induttiva e l'altro lato è il valore della resistenza attiva. L'impedenza del circuito desiderata è determinata dal terzo lato del triangolo.

Figura 1. Determinazione dell'impedenza di un circuito contenente resistenza induttiva e attiva

L'impedenza del circuito è indicata dalla lettera latina Z ed è misurata in ohm. Si può vedere dalla costruzione che la resistenza totale è sempre maggiore della resistenza induttiva e attiva prese separatamente.

L'espressione algebrica per la resistenza totale del circuito è:

dove Z — resistenza totale, R — resistenza attiva, XL — resistenza induttiva del circuito.

Pertanto, la resistenza totale di un circuito alla corrente alternata, costituita da resistenza attiva e induttiva, è pari alla radice quadrata della somma dei quadrati della resistenza attiva e induttiva di tale circuito.

Legge di Ohm poiché tale circuito è espresso dalla formula I = U / Z, dove Z è la resistenza totale del circuito.

Analizziamo ora quale sarà la tensione se il circuito, oltre a ee lo sfasamento tra la corrente e l'induttanza, ha anche una resistenza attiva relativamente grande. In pratica, tale circuito può essere, ad esempio, un circuito contenente un induttore con nucleo di ferro avvolto da un filo sottile (induttanza ad alta frequenza).

In questo caso lo sfasamento tra corrente e tensione non sarà più di un quarto di periodo (come era in un circuito con sola resistenza induttiva), ma molto meno; e maggiore è la resistenza, minore sarà lo sfasamento.

Figura 2. Corrente e tensione in un circuito contenente R e L.

Ora lei stessa EMF di autoinduzione non è in controfase rispetto alla tensione della sorgente di corrente, in quanto sfalsata rispetto alla tensione non di mezzo periodo, ma di meno.Inoltre, la tensione creata dalla sorgente di corrente ai terminali della bobina non è uguale alla fem di autoinduzione, ma è maggiore di essa per l'entità della caduta di tensione nella resistenza attiva del filo della bobina. In altre parole, la tensione nella bobina è comunque costituita da due componenti:

• tiL- la componente reattiva della tensione, che bilancia l'effetto dell'EMF dall'autoinduzione,

• tiR- il componente attivo della tensione che supererà la resistenza attiva del circuito.

Se colleghiamo una grande resistenza attiva in serie con la bobina, lo sfasamento diminuirà così tanto che l'onda sinusoidale corrente quasi raggiungerà l'onda sinusoidale di tensione e la differenza di fasi tra loro sarà appena percettibile.In questo caso, l'ampiezza del termine e sarà maggiore dell'ampiezza del termine.

Allo stesso modo, puoi ridurre lo sfasamento e persino ridurlo completamente a zero se riduci in qualche modo la frequenza del generatore. Una diminuzione della frequenza comporterà una diminuzione dell'EMF di autoinduzione e quindi una diminuzione dello sfasamento tra la corrente e la tensione nel circuito causata da essa.

La potenza di un circuito CA contenente un induttore

Il circuito di corrente alternata che contiene la bobina non consuma l'energia della sorgente di corrente e che nel circuito c'è un processo di scambio di energia tra il generatore e il circuito.

Analizziamo ora come andranno le cose con il potere consumato da un tale schema.

La potenza consumata in un circuito CA è uguale al prodotto di corrente e tensione, ma poiché corrente e tensione sono quantità variabili, anche la potenza sarà variabile.In questo caso, possiamo determinare il valore della potenza per ogni momento se moltiplichiamo il valore della corrente per il valore della tensione corrispondente a un dato momento.

Per ottenere il grafico della potenza, dobbiamo moltiplicare i valori dei segmenti di retta che definiscono la corrente e la tensione in momenti diversi. Una tale costruzione è mostrata in fig. 3, un. La forma d'onda tratteggiata p ci mostra come cambia la potenza in un circuito CA contenente solo resistenza induttiva.

Nella costruzione di questa curva è stata utilizzata la seguente regola di moltiplicazione algebrica: Quando un valore positivo viene moltiplicato per un valore negativo, si ottiene un valore negativo, e quando si moltiplicano due valori negativi o due positivi, si ottiene un valore positivo.

Figura 3. Grafici di potenza: a - in un circuito contenente resistenza induttiva, b - anche resistenza attiva

Figura 4. Grafico di potenza per un circuito contenente R e L.

La curva di potenza in questo caso si trova sopra l'asse del tempo. Ciò significa che non c'è scambio di energia tra il generatore ed il circuito e quindi la potenza fornita dal generatore al circuito viene completamente consumata dal circuito.

Nella fig. 4 mostra il grafico della potenza per un circuito contenente sia resistenza induttiva che attiva. In questo caso si verifica anche il trasferimento inverso di energia dal circuito alla sorgente di corrente, ma in misura molto minore rispetto a un circuito con una singola resistenza induttiva.

Dopo aver esaminato i grafici di potenza di cui sopra, concludiamo che solo lo sfasamento tra corrente e tensione nel circuito crea potenza "negativa".In questo caso, maggiore è lo sfasamento tra la corrente e la tensione nel circuito, minore sarà la potenza consumata dal circuito e, viceversa, minore è lo sfasamento, maggiore sarà la potenza consumata dal circuito.

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