AC induktor

Uvažujme obvod obsahující induktor a předpokládejme, že odpor obvodu včetně drátu cívky je tak malý, že jej lze zanedbat. V tomto případě by připojení cívky ke zdroji stejnosměrného proudu mělo za následek zkrat, při kterém by, jak známo, proud v obvodu byl velmi velký.

Jiná situace je, když je cívka připojena ke zdroji střídavého proudu. V tomto případě nedochází ke zkratu. Toto ukazuje. Čemu odolává induktor procházejícímu střídavému proudu.

Co je podstatou tohoto odporu a jak je podmíněno?

Chcete-li odpovědět na tuto otázku, nezapomeňte fenomén samoindukce… Jakákoli změna proudu v cívce způsobí, že se v ní objeví EMF samoindukce, která zabrání změně proudu. Hodnota EMF samoindukce je přímo úměrná hodnota indukčnosti cívky a rychlost změny proudu v něm. Ale od střídavý proud se plynule mění Elektromagnetické záření pro samoindukci, které se neustále objevuje v cívce, vytváří odpor vůči střídavému proudu.

Abychom pochopili procesy probíhající v obvody střídavého proudu s induktorem, viz graf.Obrázek 1 ukazuje zakřivené čáry, které charakterizují značku v obvodu, napětí v cívce a emf samoindukce, která se v ní vyskytuje. Ujistíme se, že konstrukce provedené na obrázku jsou správné.

AC obvod s induktorem

Od okamžiku t = 0, tedy od počátečního okamžiku pozorování proudu, začne rychle narůstat, ale jak se blíží maximální hodnotě, rychlost nárůstu proudu klesá. V okamžiku, kdy proud dosáhl své maximální hodnoty, rychlost jeho změny se na okamžik rovnala nule, to znamená, že se změna proudu zastavila. Poté se proud zpočátku pomalu rozjížděl a pak rychle klesal a po druhé čtvrtině období klesl na nulu. Rychlost změny proudu během této čtvrtiny období, rostoucí od kulky, dosahuje nejvyšší hodnoty, když se proud rovná nule.

Obrázek 2. Charakter změn proudu v čase v závislosti na velikosti proudu

Z konstrukcí na obrázku 2 je vidět, že když proudová křivka prochází časovou osou, proud vzroste v krátkém časovém úseku T více než ve stejném časovém období, kdy proudová křivka dosáhne svého vrcholu.

Proto rychlost změny proudu klesá, když se proud zvyšuje, a zvyšuje se, když proud klesá, bez ohledu na směr proudu v obvodu.

Je zřejmé, že emf vlastní indukčnosti v cívce musí být největší, když je rychlost změny proudu největší, a klesnout na nulu, když jeho změna ustane. Ve skutečnosti na grafu křivka EMF samoindukce eL v první čtvrtině období, počínaje maximální hodnotou, klesla na nulu (viz obr. 1).

Během další čtvrtiny období proud z maximální hodnoty klesá k nule, ale rychlost jeho změny se postupně zvyšuje a největší je v okamžiku, kdy je proud roven nule. V souladu s tím se EMF samoindukce během této čtvrtiny periody, objevující se znovu v cívce, postupně zvyšuje a ukazuje se jako maximum, dokud se proud nerovná nule.

Směr samoindukčního emf se však změnil v opačném směru, protože nárůst proudu v prvním čtvrtletí období byl ve druhém čtvrtletí nahrazen jeho poklesem.

Obvod s indukčností

Pokračujeme-li dále v konstrukci křivky EMF samoindukce, jsme přesvědčeni, že během období změny proudu v cívce a EMF samoindukce v ní dokončí celou dobu své změny. Jeho směr je určen Lenzův zákon: s nárůstem proudu bude emf samoindukce směřovat proti proudu (první a třetí čtvrtina období) a při poklesu proudu se s ním naopak ve směru shoduje ( druhé a čtvrté čtvrtletí období).

EMF samoindukce způsobené samotným střídavým proudem mu proto brání ve zvyšování, a naopak ho udržuje při sestupu.

Přejděme nyní ke grafu napětí cívky (viz obr. 1). V tomto grafu je sinusová vlna koncového napětí cívky zobrazena stejná a opačná než sinusovka emf vlastní indukčnosti. Proto je napětí na svorkách cívky v každém okamžiku stejné a opačné k EMF samoindukce, která v ní vzniká. Toto napětí je vytvářeno alternátorem a slouží k uhašení činnosti v obvodu samoindukce EMF.

Proto v induktoru připojeném ke střídavému obvodu vzniká při protékání proudu odpor. Ale protože takový odpor nakonec indukuje indukčnost cívky, pak se nazývá indukční odpor.

Indukční odpor je označen XL a měří se jako odpor v ohmech.

Indukční odpor obvodu je tím větší, tím větší frekvence zdroje proudunapájení obvodu a větší indukčnost obvodu. Proto je indukční odpor obvodu přímo úměrný frekvenci proudu a indukčnosti obvodu; je určena vzorcem XL = ωL, kde ω — kruhová frekvence určená součinem 2πe… — indukčnost obvodu vn.

Ohmův zákon pro střídavý obvod obsahující indukční odpor zní Tedy: velikost proudu je přímo úměrná napětí a nepřímo úměrná indukčnímu odporu NSi, tzn. I = U / XL, kde I a U jsou efektivní hodnoty proudu a napětí a xL je indukční odpor obvodu.

S ohledem na grafy změny proudu v cívce. EMF samoindukce a napětí na jeho svorkách jsme věnovali pozornost skutečnosti, že změna v nich vHodnoty se časově neshodují. Jinými slovy, sinusoidy proudu, napětí a samoindukce EMF se pro uvažovaný obvod ukázaly být vzájemně časově posunuté. V technologii AC se tento jev běžně nazývá fázový posun.

Pokud se dvě proměnné veličiny mění podle stejného zákona (v našem případě sinusově) se stejnými periodami, současně dosahují své maximální hodnoty v dopředném i zpětném směru a současně klesají k nule, pak mají takové proměnné veličiny stejné fáze, resp. jak se říká, zápas ve fázi.

Jako příklad ukazuje obrázek 3 fázově přizpůsobené křivky proudu a napětí. Takové fázové přizpůsobení pozorujeme vždy u střídavého obvodu sestávajícího pouze z aktivního odporu.

V případě, že obvod obsahuje indukční odpor, proudovou a napěťovou fázi, jak je vidět na Obr. 1 se neshodují, to znamená, že mezi těmito proměnnými je fázový posun. Zdá se, že křivka proudu v tomto případě zaostává za křivkou napětí o čtvrtinu období.

Když je tedy v obvodu střídavého proudu zařazena tlumivka, dojde v obvodu k fázovému posunu mezi proudem a napětím a proud zaostává za napětím ve fázi o čtvrtinu periody... To znamená, že maximální proud nastane o čtvrtinu období po dosažení maximálního napětí.

EMF samoindukce je v protifázi s napětím cívky a za proudem zaostává o čtvrtinu periody.V tomto případě perioda změny proudu, napětí a EMF samoindukce se nemění a zůstává rovna periodě změny napětí generátoru napájejícího obvod. Sinusový charakter změny těchto hodnot je také zachován.

Obrázek 3. Fázové přizpůsobení proudu a napětí v obvodu aktivního odporu

Pojďme nyní pochopit rozdíl mezi zátěží alternátoru s aktivním odporem a zátěží s jeho indukčním odporem.

Když střídavý obvod obsahuje pouze jeden aktivní odpor, pak je energie zdroje proudu absorbována v aktivním odporu, zahřívání drátu.

Když obvod neobsahuje aktivní odpor (obvykle ho považujeme za nulový), ale skládá se pouze z indukčního odporu cívky, energie zdroje proudu se nevynakládá na ohřev vodičů, ale pouze na vytvoření EMF samoindukce , to znamená, že se stává energií magnetického pole ... Střídavý proud se však neustále mění jak ve velikosti, tak ve směru, a proto magnetické pole cívka se neustále mění v čase se změnou proudu. Během první čtvrtiny období, kdy proud roste, obvod přijímá energii ze zdroje proudu a ukládá ji do magnetického pole cívky. Jakmile však proud, který dosáhl svého maxima, začne klesat, je udržován na úkor energie uložené v magnetickém poli cívky pomocí emf samoindukce.

Proto zdroj proudu, který v první čtvrtině periody odevzdal část své energie obvodu, ji ve druhé čtvrtině přijme zpět z cívky, která funguje jako druh zdroje proudu. Jinými slovy, střídavý obvod obsahující pouze indukční odpor nespotřebovává žádnou energii: v tomto případě dochází ke kolísání energie mezi zdrojem a obvodem. Aktivní odpor naopak pohlcuje veškerou energii, která je na něj přenesena ze zdroje proudu.

Induktor, na rozdíl od ohmického odporu, je považován za neaktivní vzhledem ke zdroji střídavého proudu, tzn. reaktivní... Proto se indukční odpor cívky také nazývá reaktance.

Křivka nárůstu proudu při uzavření obvodu obsahujícího indukčnost — přechodové jevy v elektrických obvodech.

Dříve v tomto vláknu: Elektřina pro figuríny / Základy elektrotechniky

Co čtou ostatní?

# 1 Vložil: Alexander (4. března 2010 17:45)

   
je proud ve fázi s generátorem emf? A jeho hodnota klesá?

#2 napsal: správce (7. března 2010 16:35)

   
Ve střídavém obvodu sestávajícím pouze z aktivního odporu se fáze proudu a napětí shodují.
       

# 3 napsal: Alexander (10. března 2010 09:37)

   
Proč je napětí rovné a opačné EMF samoindukce, vždyť v okamžiku, kdy EMF samoindukce je maximální, EMF generátoru je nulové a nemůže toto napětí vytvořit? Odkud pochází (napětí)?

* V obvodu s pouze jednou induktorem, který nemá žádný aktivní odpor, je proud procházející obvodem ve fázi s emf generátoru (emf, který závisí na poloze rámu (u běžného generátoru), nikoli na napětí generátoru)?