Aktív ellenállás és induktor az AC áramkörben

Figyelembe véve a csak induktív ellenállást tartalmazó AC áramkört (lásd a cikket "Induktor a váltakozó áramú áramkörben"), feltételeztük, hogy ennek az áramkörnek az aktív ellenállása nulla.

Valójában maga a tekercs vezetéke és a csatlakozó vezetékek is kicsi, de aktív ellenállással rendelkeznek, így az áramkör elkerülhetetlenül fogyasztja az áramforrás energiáját.

Ezért egy külső áramkör teljes ellenállásának meghatározásakor hozzá kell adni annak reaktív és aktív ellenállását. De lehetetlen összeadni ezt a két különböző természetű ellenállást.

Ebben az esetben az áramkör váltóáramra vonatkozó impedanciáját geometriai összeadással találjuk meg.

Készítünk egy derékszögű háromszöget (lásd az 1. ábrát), melynek egyik oldala az induktív ellenállás értéke, a másik oldala pedig az aktív ellenállás értéke. A kívánt áramköri impedanciát a háromszög harmadik oldala határozza meg.

1. ábra Induktív és aktív ellenállást tartalmazó áramkör impedanciájának meghatározása

Az áramkör impedanciáját a latin Z betű jelöli, és ohmban mérjük. A konstrukcióból látható, hogy a teljes ellenállás mindig nagyobb, mint az induktív és az aktív ellenállás külön-külön.

A teljes áramköri ellenállás algebrai kifejezése:

ahol Z – teljes ellenállás, R – aktív ellenállás, XL – az áramkör induktív ellenállása.

Ezért az áramkör váltóárammal szembeni teljes ellenállása, amely aktív és induktív ellenállásból áll, megegyezik az áramkör aktív és induktív ellenállása négyzetösszegének négyzetgyökével.

Ohm törvénye mivel egy ilyen áramkört az I = U / Z képlettel fejezünk ki, ahol Z az áramkör teljes ellenállása.

Vizsgáljuk meg most, hogy mekkora lesz a feszültség, ha az áramkörnek a és az áram és az induktivitás közötti fáziseltolódáson kívül viszonylag nagy aktív ellenállása is van. A gyakorlatban ilyen áramkör lehet például egy vékony huzalra tekercselt vasmagos tekercset tartalmazó áramkör (nagyfrekvenciás fojtótekercs).

Ebben az esetben az áram és a feszültség közötti fáziseltolódás már nem egy negyed periódus (ahogyan csak induktív ellenállású áramkörben volt), hanem sokkal kevesebb; és minél nagyobb az ellenállás, annál kisebb lesz a fáziseltolódás.

2. ábra Áram és feszültség egy R-t és L-t tartalmazó áramkörben.

Most ő maga Az önindukció EMF nincs ellenfázisban az áramforrás feszültségével, mivel a feszültséghez képest nem fél periódussal, hanem kevesebbel tolódik el.Ezenkívül az áramforrás által a tekercs kivezetésein létrehozott feszültség nem egyenlő az önindukció emf-jével, hanem nagyobb annál a tekercs vezeték aktív ellenállásában bekövetkező feszültségesés mértékével. Más szóval, a tekercsben lévő feszültség egyébként két összetevőből áll:

• tiL- a feszültség reaktív komponense, amely kiegyenlíti az önindukcióból származó EMF hatását,

• tiR - a feszültség aktív összetevője, amely legyőzi az áramkör aktív ellenállását.

Ha nagy aktív ellenállást kapcsolunk sorba a tekercssel, akkor a fáziseltolódás annyira lecsökken, hogy az áram szinuszhulláma szinte utoléri a feszültség szinuszos hullámát és alig észrevehető lesz köztük a fáziskülönbség. a tag amplitúdója és nagyobb lesz, mint a tag amplitúdója.

Hasonlóképpen csökkentheti a fáziseltolást, sőt teljesen nullára csökkentheti, ha valamilyen módon csökkenti a generátor frekvenciáját. A frekvencia csökkenése az önindukciós EMF csökkenését eredményezi, és ezért az áramkörben az áramkörben az általa okozott fáziseltolódás csökkenését eredményezi.

Az induktort tartalmazó AC áramkör teljesítménye

A tekercset tartalmazó váltakozó áramkör nem fogyasztja az áramforrás energiáját, és az áramkörben energiacsere zajlik a generátor és az áramkör között.

Most pedig elemezzük, hogyan alakulnak a dolgok egy ilyen rendszer által fogyasztott energiával.

Az AC áramkörben fogyasztott teljesítmény egyenlő az áram és a feszültség szorzatával, de mivel az áram és a feszültség változó mennyiségek, így a teljesítmény is változó lesz.Ebben az esetben az egyes időpillanatokhoz tartozó teljesítményértéket úgy tudjuk meghatározni, ha az aktuális értéket megszorozzuk az adott időpillanatnak megfelelő feszültségértékkel.

A teljesítménygrafikon megszerzéséhez meg kell szoroznunk azon egyenes szakaszok értékeit, amelyek különböző időpontokban határozzák meg az áramot és a feszültséget. ábrán egy ilyen konstrukció látható. 3, a. A szaggatott p hullámforma megmutatja, hogyan változik a teljesítmény egy csak induktív ellenállást tartalmazó AC áramkörben.

A görbe felépítéséhez a következő algebrai szorzási szabályt használtuk: Ha egy pozitív értéket megszorozunk egy negatív értékkel, akkor negatív értéket kapunk, és ha két negatív vagy két pozitív értéket szorozunk, akkor pozitív értéket kapunk.

3. ábra Teljesítménygrafikonok: a — induktív ellenállást tartalmazó áramkörben, b — aktív ellenállás is

4. ábra Az R-t és L-t tartalmazó áramkör teljesítménydiagramja.

A teljesítménygörbe ebben az esetben az időtengely felett van. Ez azt jelenti, hogy nincs energiacsere a generátor és az áramkör között, ezért a generátor által az áramkörnek szolgáltatott energiát az áramkör teljesen felveszi.

ábrán. A 4. ábra egy induktív és aktív ellenállást egyaránt tartalmazó áramkör teljesítménydiagramját mutatja. Ebben az esetben az áramkörről az áramforrásra fordított energiaátvitel is megtörténik, de sokkal kisebb mértékben, mint az egyetlen induktív ellenállású áramkörben.

A fenti teljesítménygrafikonok áttekintése után arra a következtetésre jutottunk, hogy csak az áram és a feszültség közötti fáziseltolódás hoz létre "negatív" teljesítményt.Ebben az esetben minél nagyobb a fáziseltolódás az áram és a feszültség között az áramkörben, annál kevesebb energiát fogyaszt az áramkör, és fordítva, minél kisebb a fáziseltolás, annál nagyobb az áramkör által fogyasztott teljesítmény.

Olvassa el még: Mi a feszültségrezonancia