Επαγωγέας AC

Θεωρήστε ένα κύκλωμα που περιέχει έναν επαγωγέα και υποθέστε ότι η αντίσταση του κυκλώματος, συμπεριλαμβανομένου του σύρματος του πηνίου, είναι τόσο μικρή που μπορεί να παραμεληθεί. Σε αυτή την περίπτωση, η σύνδεση του πηνίου σε μια πηγή συνεχούς ρεύματος θα είχε ως αποτέλεσμα βραχυκύκλωμα, στο οποίο, όπως είναι γνωστό, το ρεύμα στο κύκλωμα θα ήταν πολύ μεγάλο.

Η κατάσταση είναι διαφορετική όταν το πηνίο είναι συνδεδεμένο σε μια πηγή AC. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει βραχυκύκλωμα. Αυτό δείχνει. Τι αντιστέκεται ένας επαγωγέας στο εναλλασσόμενο ρεύμα που περνά μέσα από αυτό.

Ποια είναι η ουσία αυτής της αντίστασης και πώς διαμορφώνεται;

Για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, θυμηθείτε φαινόμενο της αυτεπαγωγής… Οποιαδήποτε αλλαγή στο ρεύμα στο πηνίο προκαλεί την εμφάνιση ενός EMF αυτο-επαγωγής σε αυτό, το οποίο αποτρέπει μια αλλαγή στο ρεύμα. Η τιμή του EMF της αυτεπαγωγής είναι ευθέως ανάλογη με την τιμή αυτεπαγωγής του πηνίου και ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος σε αυτό. Αλλά από τότε εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει συνεχώς Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία για αυτοεπαγωγή που εμφανίζεται συνεχώς στο πηνίο δημιουργεί αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα.

Να κατανοήσουν τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στο κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος με τον επαγωγέα, δείτε το γράφημα.Το σχήμα 1 δείχνει καμπύλες γραμμές που χαρακτηρίζουν, αντίστοιχα, το σημάδι στο κύκλωμα, την τάση στο πηνίο και το emf της αυτοεπαγωγής που εμφανίζεται σε αυτό. Ας βεβαιωθούμε ότι οι κατασκευές που γίνονται στο σχήμα είναι σωστές.

Κύκλωμα AC με επαγωγέα

Από τη στιγμή t = 0, δηλαδή από την αρχική στιγμή της παρατήρησης του ρεύματος, αρχίζει να αυξάνεται γρήγορα, αλλά όσο πλησιάζει τη μέγιστη τιμή του, ο ρυθμός αύξησης του ρεύματος μειώνεται. Τη στιγμή που το ρεύμα έφτασε στη μέγιστη τιμή του, ο ρυθμός μεταβολής του έγινε στιγμιαία ίσος με μηδέν, δηλαδή σταμάτησε η τρέχουσα μεταβολή. Στη συνέχεια το ρεύμα ξεκίνησε αρχικά αργά και στη συνέχεια μειώθηκε γρήγορα και μετά το δεύτερο τρίμηνο της περιόδου έπεσε στο μηδέν. Ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος κατά τη διάρκεια αυτού του τριμήνου της περιόδου, αυξανόμενος από την κουκκίδα, φτάνει στην υψηλότερη τιμή όταν το ρεύμα γίνει ίσο με μηδέν.

Εικόνα 2. Η φύση των αλλαγών στο ρεύμα με την πάροδο του χρόνου, ανάλογα με το μέγεθος του ρεύματος

Από τις κατασκευές στο Σχήμα 2, μπορεί να φανεί ότι όταν η καμπύλη ρεύματος διέρχεται από τον άξονα του χρόνου, το ρεύμα αυξάνεται σε μια σύντομη χρονική περίοδο T περισσότερο από την ίδια χρονική περίοδο που η καμπύλη ρεύματος φτάνει στο αποκορύφωμά της.

Επομένως, ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος μειώνεται όσο αυξάνεται το ρεύμα και αυξάνεται καθώς μειώνεται το ρεύμα, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του ρεύματος στο κύκλωμα.

Είναι προφανές ότι το emf της αυτεπαγωγής στο πηνίο πρέπει να είναι μεγαλύτερο όταν ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος είναι μεγαλύτερος και να μειωθεί στο μηδέν όταν σταματήσει η αλλαγή του. Μάλιστα, στο γράφημα, η καμπύλη EMF της αυτοεπαγωγής eL στο πρώτο τρίμηνο της περιόδου, ξεκινώντας από τη μέγιστη τιμή, έπεσε στο μηδέν (βλ. Εικ. 1).

Κατά το επόμενο τρίμηνο της περιόδου, το ρεύμα από τη μέγιστη τιμή μειώνεται στο μηδέν, αλλά ο ρυθμός μεταβολής του αυξάνεται σταδιακά και είναι μεγαλύτερος τη στιγμή που το ρεύμα είναι ίσο με μηδέν. Αντίστοιχα, το EMF της αυτο-επαγωγής κατά τη διάρκεια αυτού του τριμήνου της περιόδου, που εμφανίζεται ξανά στο πηνίο, αυξάνεται σταδιακά και αποδεικνύεται ότι είναι μέγιστο έως ότου το ρεύμα γίνει ίσο με μηδέν.

Ωστόσο, η κατεύθυνση του emf αυτο-επαγωγής άλλαξε προς την αντίθετη κατεύθυνση, καθώς η αύξηση του ρεύματος στο πρώτο τρίμηνο της περιόδου αντικαταστάθηκε το δεύτερο τρίμηνο από τη μείωσή του.

Κύκλωμα με αυτεπαγωγή

Συνεχίζοντας περαιτέρω την κατασκευή της καμπύλης EMF αυτοεπαγωγής, είμαστε πεπεισμένοι ότι κατά την περίοδο μεταβολής του ρεύματος στο πηνίο και του EMF αυτοεπαγωγής σε αυτό θα ολοκληρώσει μια πλήρη περίοδο αλλαγής του. Καθορίζεται η κατεύθυνσή του Ο νόμος του Lenz: με αύξηση του ρεύματος, το emf της αυτοεπαγωγής θα κατευθύνεται ενάντια στο ρεύμα (το πρώτο και τρίτο τρίμηνο της περιόδου) και με μια μείωση του ρεύματος, αντίθετα, συμπίπτει με αυτό στην κατεύθυνση ( το δεύτερο και το τέταρτο τρίμηνο της περιόδου).

Επομένως, το EMF αυτοεπαγωγής που προκαλείται από το ίδιο το εναλλασσόμενο ρεύμα το εμποδίζει να αυξηθεί και, αντίθετα, το διατηρεί κατά την κάθοδο.

Ας στραφούμε τώρα στο γράφημα τάσης πηνίου (βλ. Εικ. 1). Σε αυτό το γράφημα, το ημιτονοειδές κύμα της τερματικής τάσης του πηνίου φαίνεται ίσο και αντίθετο με το ημιτονοειδές κύμα του emf αυτοεπαγωγής. Επομένως, η τάση στους ακροδέκτες του πηνίου σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή είναι ίση και αντίθετη με το EMF της αυτοεπαγωγής που προκύπτει σε αυτό. Αυτή η τάση δημιουργείται από έναν εναλλάκτη και πηγαίνει για να σβήσει τη δράση στο κύκλωμα αυτοεπαγωγής EMF.

Επομένως, σε ένα επαγωγέα συνδεδεμένο σε ένα κύκλωμα AC, δημιουργείται αντίσταση όταν ρέει ρεύμα. Αλλά επειδή μια τέτοια αντίσταση προκαλεί τελικά επαγωγή του πηνίου, τότε ονομάζεται επαγωγική αντίσταση.

Η επαγωγική αντίσταση συμβολίζεται με XL και μετριέται, ως αντίσταση, σε ohms.

Η επαγωγική αντίσταση του κυκλώματος είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερη τρέχουσα συχνότητα πηγήςτροφοδοσία κυκλώματος και μεγαλύτερη αυτεπαγωγή κυκλώματος. Επομένως, η επαγωγική αντίσταση ενός κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με τη συχνότητα του ρεύματος και την επαγωγή του κυκλώματος. καθορίζεται από τον τύπο XL = ωL, όπου ω — κυκλική συχνότητα προσδιοριζόμενη από το γινόμενο 2πe… — επαγωγή κυκλώματος σε n.

Νόμος του Ohm για ένα κύκλωμα AC που περιέχει επαγωγική αντίσταση ακούγεται Έτσι: η ποσότητα του ρεύματος είναι ευθέως ανάλογη της τάσης και αντιστρόφως ανάλογη με την επαγωγική αντίσταση του NSi, δηλ. I = U / XL, όπου I και U είναι οι τιμές ενεργού ρεύματος και τάσης, και xL είναι η επαγωγική αντίσταση του κυκλώματος.

Λαμβάνοντας υπόψη τα γραφήματα της αλλαγής του ρεύματος στο πηνίο. EMF αυτο-επαγωγής και τάσης στους ακροδέκτες του, δώσαμε προσοχή στο γεγονός ότι η αλλαγή σε αυτά vValues ​​δεν συμπίπτουν χρονικά. Με άλλα λόγια, το ημιτονοειδές EMF ρεύματος, τάσης και αυτοεπαγωγής αποδείχθηκε ότι μετατοπίστηκαν χρονικά το ένα σε σχέση με το άλλο για το υπό εξέταση κύκλωμα. Στην τεχνολογία AC, αυτό το φαινόμενο συνήθως ονομάζεται μετατόπιση φάσης.

Εάν δύο μεταβλητές ποσότητες αλλάζουν σύμφωνα με τον ίδιο νόμο (στην περίπτωσή μας ημιτονοειδείς) με τις ίδιες περιόδους, φτάσουν ταυτόχρονα στη μέγιστη τιμή τους τόσο προς την εμπρός όσο και προς την αντίστροφη κατεύθυνση και επίσης ταυτόχρονα μειωθούν στο μηδέν, τότε τέτοιες μεταβλητές ποσότητες έχουν τις ίδιες φάσεις ή όπως λένε, ματς σε φάση.

Για παράδειγμα, το σχήμα 3 δείχνει καμπύλες ρεύματος και τάσης αντιστοίχισης φάσης. Παρατηρούμε πάντα μια τέτοια αντιστοίχιση φάσης σε ένα κύκλωμα AC που αποτελείται μόνο από ενεργή αντίσταση.

Στην περίπτωση που το κύκλωμα περιέχει επαγωγική αντίσταση, φάσεις ρεύματος και τάσης, όπως φαίνεται στο Σχ. 1 δεν ταιριάζουν, δηλαδή υπάρχει μετατόπιση φάσης μεταξύ αυτών των μεταβλητών. Η καμπύλη ρεύματος σε αυτή την περίπτωση φαίνεται να υστερεί σε σχέση με την καμπύλη τάσης κατά το ένα τέταρτο της περιόδου.

Επομένως, όταν ένας επαγωγέας περιλαμβάνεται σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, συμβαίνει μια μετατόπιση φάσης μεταξύ ρεύματος και τάσης στο κύκλωμα και το ρεύμα καθυστερεί την τάση στη φάση κατά ένα τέταρτο της περιόδου... Αυτό σημαίνει ότι το μέγιστο ρεύμα εμφανίζεται ένα τέταρτο της περιόδου μετά την επίτευξη της μέγιστης τάσης.

Το EMF της αυτοεπαγωγής βρίσκεται σε αντιφάση με την τάση του πηνίου, υπολείπεται του ρεύματος κατά το ένα τέταρτο της περιόδου.Στην περίπτωση αυτή, η περίοδος μεταβολής του ρεύματος, η τάση, καθώς και το EMF του η αυτοεπαγωγή δεν αλλάζει και παραμένει ίση με την περίοδο μεταβολής της τάσης της γεννήτριας που τροφοδοτεί το κύκλωμα. Η ημιτονοειδής φύση της αλλαγής αυτών των τιμών διατηρείται επίσης.

Σχήμα 3. Ταίριασμα φάσης ρεύματος και τάσης σε ένα κύκλωμα ενεργής αντίστασης

Ας κατανοήσουμε τώρα τη διαφορά μεταξύ ενός φορτίου εναλλάκτη με ενεργή αντίσταση και του φορτίου με την επαγωγική του αντίσταση.

Όταν ένα κύκλωμα AC περιέχει μόνο μία ενεργή αντίσταση, τότε η ενέργεια της πηγής ρεύματος απορροφάται στην ενεργή αντίσταση, θέρμανση του σύρματος.

Όταν το κύκλωμα δεν περιέχει ενεργή αντίσταση (συνήθως το θεωρούμε μηδέν), αλλά αποτελείται μόνο από επαγωγική αντίσταση του πηνίου, η ενέργεια της πηγής ρεύματος δαπανάται όχι στη θέρμανση των καλωδίων, αλλά μόνο στη δημιουργία ενός EMF αυτοεπαγωγής , δηλαδή γίνεται η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου ... Το εναλλασσόμενο ρεύμα, όμως, αλλάζει συνεχώς τόσο σε μέγεθος όσο και σε κατεύθυνση και επομένως, μαγνητικό πεδίο το πηνίο αλλάζει συνεχώς στο χρόνο με το ρεύμα να αλλάζει. Κατά το πρώτο τρίμηνο της περιόδου, όταν το ρεύμα αυξάνεται, το κύκλωμα λαμβάνει ενέργεια από την πηγή ρεύματος και την αποθηκεύει στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου. Μόλις όμως το ρεύμα, έχοντας φτάσει στο μέγιστο, αρχίζει να μειώνεται, διατηρείται σε βάρος της ενέργειας που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου από το emf της αυτοεπαγωγής.

Επομένως, η πηγή ρεύματος, έχοντας δώσει μέρος της ενέργειάς της στο κύκλωμα στο πρώτο τέταρτο της περιόδου, το λαμβάνει πίσω από το πηνίο στο δεύτερο τρίμηνο, το οποίο λειτουργεί ως ένα είδος πηγής ρεύματος. Με άλλα λόγια, ένα κύκλωμα AC που περιέχει μόνο επαγωγική αντίσταση δεν καταναλώνει ενέργεια: σε αυτήν την περίπτωση, υπάρχει μια διακύμανση ενέργειας μεταξύ της πηγής και του κυκλώματος. Η ενεργή αντίσταση, αντίθετα, απορροφά όλη την ενέργεια που μεταφέρεται σε αυτήν από την πηγή ρεύματος.

Ένας επαγωγέας, σε αντίθεση με μια ωμική αντίσταση, λέγεται ότι είναι ανενεργός σε σχέση με μια πηγή AC, δηλ. αντιδραστική... Επομένως, η επαγωγική αντίσταση του πηνίου ονομάζεται και αντίδραση.

Καμπύλη ανόδου ρεύματος όταν κλείνουμε ένα κύκλωμα που περιέχει μια αυτεπαγωγή — μεταβατικά σε ηλεκτρικά κυκλώματα.

Νωρίτερα σε αυτό το νήμα: Ηλεκτρισμός για ανδρείκελα / Βασικές αρχές ηλεκτρολόγων μηχανικών

Τι διαβάζουν οι άλλοι;

# 1 Δημοσιεύτηκε από: Alexander (4 Μαρτίου 2010 17:45)

   
είναι το ρεύμα σε φάση με το emf της γεννήτριας; Και μειώνεται η αξία του;

Το #2 έγραψε: διαχειριστής (7 Μαρ 2010 4:35 μ.μ.)

   
Σε ένα κύκλωμα AC που αποτελείται μόνο από ενεργή αντίσταση, οι φάσεις ρεύματος και τάσης ταιριάζουν.
       

# 3 έγραψε: Alexander (10 Μαρτίου 2010 09:37)

   
Γιατί η τάση είναι ίση και αντίθετη με το EMF της αυτοεπαγωγής, άλλωστε τη στιγμή που το EMF της αυτοεπαγωγής είναι μέγιστο, το EMF της γεννήτριας είναι ίσο με μηδέν και δεν μπορεί να δημιουργήσει αυτή την τάση; Από πού προέρχεται (η ένταση);

* Σε ένα κύκλωμα με μόνο έναν επαγωγέα που δεν έχει ενεργή αντίσταση, το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα είναι σε φάση με το emf της γεννήτριας (το emf που εξαρτάται από τη θέση του πλαισίου (σε μια κανονική γεννήτρια), όχι από την τάση της γεννήτριας);