Maiņstrāvas induktors
Apsveriet ķēdi, kurā ir induktors, un pieņemsim, ka ķēdes pretestība, ieskaitot spoles vadu, ir tik maza, ka to var neievērot. Šajā gadījumā spoles pievienošana līdzstrāvas avotam radītu īssavienojumu, kurā, kā zināms, strāva ķēdē būtu ļoti liela.
Situācija ir atšķirīga, ja spole ir savienota ar maiņstrāvas avotu. Šajā gadījumā īssavienojums nenotiek. Tas parāda. Ko induktors pretojas maiņstrāvai, kas iet caur to.
Kāda ir šīs pretestības būtība un kā tā tiek nosacīta?
Lai atbildētu uz šo jautājumu, atcerieties pašindukcijas fenomens… Jebkuras strāvas izmaiņas spolē izraisa pašindukcijas EML parādīšanos tajā, kas novērš strāvas izmaiņas. Pašindukcijas EML vērtība ir tieši proporcionāla spoles induktivitātes vērtība un strāvas izmaiņu ātrums tajā. Bet kopš maiņstrāva nepārtraukti mainās Elektromagnētiskais starojums pašindukcijai, kas nepārtraukti parādās spolē, rada pretestību maiņstrāvai.
Izprast notiekošos procesus maiņstrāvas ķēdes ar induktors, skatiet grafiku.1. attēlā parādītas izliektas līnijas, kas attiecīgi raksturo atzīmi ķēdē, spriegumu spolē un tajā notiekošo pašindukcijas emf. Pārliecināsimies, vai attēlā veiktās konstrukcijas ir pareizas.
Maiņstrāvas ķēde ar induktors
No brīža, kad t = 0, tas ir, no sākotnējā strāvas novērošanas brīža, tā sāk strauji palielināties, bet, tuvojoties maksimālajai vērtībai, strāvas pieauguma ātrums samazinās. Brīdī, kad strāva sasniedza maksimālo vērtību, tās izmaiņu ātrums uz brīdi kļuva vienāds ar nulli, tas ir, strāvas maiņa apstājās. Pēc tam strāva sākotnēji sākās lēni un pēc tam strauji samazinājās, un pēc perioda otrās ceturkšņa noslīdēja līdz nullei. Strāvas izmaiņu ātrums šajā perioda ceturksnī, pieaugot no lodes, sasniedz augstāko vērtību, kad strāva kļūst vienāda ar nulli.
2. attēls. Strāvas izmaiņu raksturs laika gaitā atkarībā no strāvas stipruma
No 2. attēlā redzamajām konstrukcijām redzams, ka strāvas līknei ejot cauri laika asij, strāva īsā laika periodā T palielinās vairāk nekā tajā pašā laika periodā, kad strāvas līkne sasniedz maksimumu.
Tāpēc strāvas izmaiņu ātrums samazinās, kad strāva palielinās, un palielinās, strāvai samazinoties, neatkarīgi no strāvas virziena ķēdē.
Ir skaidrs, ka pašinduktivitātes emf spolē ir jābūt lielākajam, ja strāvas maiņas ātrums ir vislielākais, un jāsamazina līdz nullei, kad tās izmaiņas beidzas. Faktiski grafikā pašindukcijas EML līkne eL perioda pirmajā ceturksnī, sākot no maksimālās vērtības, nokritās līdz nullei (sk. 1. att.).
Perioda nākamajā ceturksnī strāva no maksimālās vērtības samazinās līdz nullei, bet tās izmaiņu ātrums pakāpeniski palielinās un ir vislielākais brīdī, kad strāva ir vienāda ar nulli. Attiecīgi pašindukcijas EMF šajā perioda ceturksnī, atkal parādoties spolē, pakāpeniski palielinās un izrādās maksimums, līdz strāva kļūst vienāda ar nulli.
Taču pašindukcijas emf virziens mainījās pretējā virzienā, jo strāvas pieaugumu perioda pirmajā ceturksnī otrajā ceturksnī aizstāja tā samazināšanās.
Ķēde ar induktivitāti
Turpinot pašindukcijas EML līknes veidošanu, esam pārliecināti, ka strāvas maiņas periodā spolē un pašindukcijas EML tajā pabeigs pilnu tās izmaiņu periodu. Tās virziens ir noteikts Lenca likums: palielinoties strāvai, pašindukcijas emf tiks vērsta pret strāvu (perioda pirmais un trešais ceturksnis), un, samazinoties strāvai, gluži pretēji, tas sakrīt ar to virzienā ( perioda otrajā un ceturtajā ceturksnī).
Tāpēc pašas maiņstrāvas izraisītais pašindukcijas EMF neļauj tai palielināties, un, gluži pretēji, tas to uztur, nolaižoties.
Tagad pievērsīsimies spoles sprieguma grafikam (sk. 1. att.). Šajā grafikā spoles spailes sprieguma sinusoidālais vilnis ir parādīts vienāds un pretējs pašinduktivitātes emf sinusoidālajam vilnim. Tāpēc spriegums spoles spailēs jebkurā laika momentā ir vienāds un pretējs tajā rodas pašindukcijas EML. Šo spriegumu rada ģenerators, un tas tiek dzēsts EML pašindukcijas ķēdē.
Tāpēc induktorā, kas savienots ar maiņstrāvas ķēdi, strāvai plūstot, rodas pretestība. Bet, tā kā šāda pretestība galu galā izraisa spoles induktivitāti, tad to sauc par induktīvo pretestību.
Induktīvo pretestību apzīmē ar XL, un to mēra kā pretestību omos.
Ķēdes induktīvā pretestība ir lielāka, jo lielāka strāvas avota frekvenceķēdes padeve un lielāka ķēdes induktivitāte. Tāpēc ķēdes induktīvā pretestība ir tieši proporcionāla strāvas frekvencei un ķēdes induktivitātei; nosaka pēc formulas XL = ωL, kur ω — cirkulārā frekvence, ko nosaka reizinājums 2πe… — ķēdes induktivitāte n.
Oma likums maiņstrāvas ķēdei, kas satur induktīvo pretestību, skaņas Tādējādi: strāvas daudzums ir tieši proporcionāls spriegumam un apgriezti proporcionāls NSi induktīvajai pretestībai, t.i. I = U / XL, kur I un U ir efektīvās strāvas un sprieguma vērtības, un xL ir ķēdes induktīvā pretestība.
Ņemot vērā strāvas izmaiņu grafikus spolē. Pašindukcijas EMF un sprieguma terminālos, mēs pievērsām uzmanību tam, ka to vērtību izmaiņas laikā nesakrīt. Citiem vārdiem sakot, strāvas, sprieguma un pašindukcijas EMF sinusoīdi attiecīgajā ķēdē izrādījās laika nobīdes viens pret otru. Maiņstrāvas tehnoloģijā šo parādību parasti sauc par fāzes nobīdi.
Ja divi mainīgie lielumi mainās saskaņā ar vienu un to pašu likumu (mūsu gadījumā sinusoidāli) ar vienādiem periodiem, vienlaikus sasniedz savu maksimālo vērtību gan virzienā uz priekšu, gan atpakaļ, un arī vienlaikus samazinās līdz nullei, tad šādiem mainīgajiem lielumiem ir vienādas fāzes vai kā saka, sakrīt fāzē.
Piemēram, 3. attēlā parādītas fāzes saskaņotas strāvas un sprieguma līknes. Mēs vienmēr novērojam šādu fāzu saskaņošanu maiņstrāvas ķēdē, kas sastāv tikai no aktīvās pretestības.
Gadījumā, ja ķēdē ir induktīvā pretestība, strāvas un sprieguma fāzes, kā redzams attēlā. 1 nesakrīt, tas ir, starp šiem mainīgajiem ir fāzes nobīde. Šķiet, ka pašreizējā līkne šajā gadījumā atpaliek no sprieguma līknes par ceturtdaļu perioda.
Tāpēc, ja maiņstrāvas ķēdē ir iekļauts induktors, ķēdē notiek fāzes nobīde starp strāvu un spriegumu, un strāva atpaliek no sprieguma fāzē par ceturtdaļu perioda... Tas nozīmē, ka maksimālā strāva rodas ceturtdaļā. periodā pēc maksimālā sprieguma sasniegšanas.
Pašindukcijas EMF ir pretfāzē ar spoles spriegumu, atpaliekot no strāvas par ceturtdaļu perioda.Šajā gadījumā strāvas, sprieguma, kā arī spoles EMF maiņas periods. pašindukcija nemainās un paliek vienāda ar ķēdes barošanas ģeneratora sprieguma maiņas periodu. Tiek saglabāts arī šo vērtību izmaiņu sinusoidālais raksturs.
3. attēls. Strāvas un sprieguma fāzu saskaņošana aktīvās pretestības ķēdē
Tagad sapratīsim atšķirību starp ģeneratora slodzi ar aktīvo pretestību un slodzi ar tās induktīvo pretestību.
Ja maiņstrāvas ķēdē ir tikai viena aktīva pretestība, tad strāvas avota enerģija tiek absorbēta aktīvajā pretestībā, stieples sildīšana.
Ja ķēde nesatur aktīvās pretestības (mēs to parasti uzskata par nulli), bet sastāv tikai no spoles induktīvās pretestības, strāvas avota enerģija tiek tērēta nevis vadu sildīšanai, bet tikai pašindukcijas EML izveidošanai. , tas ir, tā kļūst par magnētiskā lauka enerģiju ... Maiņstrāva taču nepārtraukti mainās gan lielumā, gan virzienā, un tāpēc magnētiskais lauks spole nepārtraukti mainās laikā, mainoties strāvai. Perioda pirmajā ceturksnī, kad strāva palielinās, ķēde saņem enerģiju no strāvas avota un uzglabā to spoles magnētiskajā laukā. Bet, tiklīdz strāva, sasniegusi savu maksimumu, sāk samazināties, to uztur pašindukcijas emf uz spoles magnētiskajā laukā uzkrātās enerģijas rēķina.
Tāpēc strāvas avots, perioda pirmajā ceturksnī atdevis ķēdei daļu savas enerģijas, otrajā ceturksnī to saņem atpakaļ no spoles, kas darbojas kā sava veida strāvas avots. Citiem vārdiem sakot, maiņstrāvas ķēde, kurā ir tikai induktīva pretestība, nepatērē enerģiju: šajā gadījumā starp avotu un ķēdi pastāv enerģijas svārstības. Aktīvā pretestība, gluži pretēji, absorbē visu enerģiju, kas tai nodota no strāvas avota.
Induktors, atšķirībā no omiskās pretestības, ir neaktīvs attiecībā pret maiņstrāvas avotu, t.i. reaktīvs... Tāpēc spoles induktīvo pretestību sauc arī par pretestību.
Strāvas pieauguma līkne, aizverot ķēdi, kurā ir induktivitāte — pārejas elektriskajās ķēdēs.
Iepriekš šajā pavedienā: Elektrība manekeniem / Elektrotehnikas pamati
Ko citi lasa?
# 1 Ievietoja: Aleksandrs (2010. gada 4. marts, 17:45)
vai strāva ir fāzē ar ģeneratora emf? Un tā vērtība samazinās?
#2 rakstīja: administrators (2010. gada 7. marts, 16:35)
Maiņstrāvas ķēdē, kas sastāv tikai no aktīvās pretestības, strāvas un sprieguma fāzes sakrīt.
#3 rakstīja: Aleksandrs (2010. gada 10. martā, 9:37)
Kāpēc spriegums ir vienāds un pretējs pašindukcijas EMF, galu galā brīdī, kad pašindukcijas EMF ir maksimālais, ģeneratora EMF ir vienāds ar nulli un nevar radīt šo spriegumu? No kurienes rodas (spriedze)?
* Vai ķēdē, kurā ir tikai viens induktors, kam nav aktīvās pretestības, strāva plūst caur ķēdi fāzē ar ģeneratora emf (emf, kas ir atkarīgs no rāmja stāvokļa (parastā ģeneratorā), nevis no ģeneratora sprieguma)?