1 Todellisia ja ihanteellisia sähkönlähteitä. energiaa. Vastaavat piirit. Mikä tahansa sähköenergian lähde muuntaa muun tyyppisen energian (mekaanisen, valon, kemiallisen jne.) sähköenergiaksi. Sähköenergialähteen virta on suunnattu negatiivisesta terminaalista positiiviseen johtuen ulkoisista voimista, jotka määräytyvät sen energiatyypin mukaan, jonka lähde muuttaa sähköenergiaksi. Todellinen sähköenergian lähde sähköpiirejä analysoitaessa voidaan esittää joko jännitelähteenä tai virtalähteenä. Tämä on esitetty alla esimerkkinä tavallisesta akusta.
Todellisen sähköenergian lähteen esittämismenetelmät eroavat toisistaan vastaavissa piireissä (laskentapiireissä). Kuvassa Kuviossa 15 todellinen lähde on esitetty (korvattu) jännitelähdepiirillä, ja kuvassa 15 Kuviossa 16 todellinen lähde on esitetty (korvattu) virtalähdepiirillä.
|
|
|
||
|
|
|||
|
| |||
Kausi(T) on aika (s), jonka aikana muuttuja tekee täydellisen värähtelyn. Taajuus- jaksojen määrä sekunnissa. Taajuusyksikkö on hertsi (lyhennetty Hz), 1 Hz on yhtä värähtelyä sekunnissa. Jakso ja taajuus liittyvät toisiinsa T = 1/f. Ajan myötä sinimuotoinen suure (jännite, virta, emf) saa eri arvoja. Suuren arvoa tietyllä ajanhetkellä kutsutaan hetkelliseksi. Amplitudi- sinimuotoisen suuren suurin arvo. Virran, jännitteen ja EMF:n amplitudit on merkitty isoilla kirjaimilla indeksillä: I m, U m, E m ja niiden hetkelliset arvot on merkitty pienillä kirjaimilla i, u, e. Sinimuotoisen suuren, esimerkiksi virran, hetkellinen arvo määritetään kaavalla i = I m sin(ωt + ψ), jossa ωt + ψ on vaihekulma, joka määrittää sinimuotoisen suuren arvon tietyllä hetkellä; ψ on alkuvaihe, eli kulma, joka määrittää suuren arvon alkuhetkellä. Sinisuureita, joilla on sama taajuus, mutta eri alkuvaiheet, kutsutaan vaihesiirretyiksi.
3 Kuvassa Kuvassa 2 on kaavioita sinimuotoisista suureista (virta, jännite) vaihesiirrossa. Kun kahden suuren alkuvaiheet ovat yhtä suuret ψ i = ψ u, ero ψ i − ψ u = 0 ja näin ollen vaihesiirtoa φ = 0 ei ole (kuva 3). Vaihtovirran mekaanisen ja termisen vaikutuksen tehokkuutta arvioidaan sen tehollisen arvon perusteella. Vaihtovirran tehollinen arvo on yhtä suuri kuin tasavirran arvo, joka vaihtovirran jaksoa vastaavassa ajassa vapauttaa samassa vastuksessa saman määrän lämpöä kuin vaihtovirta. Tehollinen arvo ilmoitetaan isoilla kirjaimilla ilman indeksiä: Minä, U, E. Riisi. 2 Kuvaajat sinimuotoisesta virrasta ja jännitteestä, vaihesiirretty. Riisi. 3 Kaaviot sinimuotoisesta virrasta ja jännitteestä, jotka ovat samassa vaiheessa
Sinimuotoisten suureiden teho- ja amplitudiarvot liittyvät suhteisiin:
I = I M/√2; U = U M/√2; E=E M √2. Virran ja jännitteen teholliset arvot mitataan ampeeri- ja vaihtovirtavolttimetreillä ja keskimääräinen tehoarvo mitataan wattimitreillä.
4 RMS (tehollinen) arvovahvuusvaihtovirta He kutsuvat tasavirran määrää, jonka toiminta tuottaa saman työn (lämpö- tai sähködynaaminen vaikutus) kuin kyseessä oleva vaihtovirta yhden jakson aikana. Nykyaikaisessa kirjallisuudessa käytetään useammin tämän suuren matemaattista määritelmää - vaihtovirran neliökeskiarvoa. Toisin sanoen tehollinen virta-arvo voidaan määrittää kaavalla:
.
Harmonisille virran värähtelyille
5 Induktiivisen reaktanssin kaava:
missä L on induktanssi.
Kapasitanssikaava:
missä C on kapasiteetti.
Suosittelemme harkitsemaan vaihtovirtapiiriä, joka sisältää yhden aktiivisen vastuksen, ja piirrä se muistikirjoihisi. Kuvan tarkistuksen jälkeen kerron, että sähköpiirissä (kuva 1, a) vaihtojännitteen vaikutuksesta kulkee vaihtovirta, jonka muutos riippuu jännitteen muutoksesta. Jos jännite kasvaa, virtapiirissä kasvaa, ja kun jännite on nolla, piirissä ei ole virtaa. Sen suunnan muutos osuu myös jännitteen suunnan muutoksen kanssa
(Kuva 1, c).
Kuva 1. Vaihtovirtapiiri aktiivisella resistanssilla: a – kaavio; b – vektorikaavio; c – aaltokaavio
Kuvaan taululle graafisesti virran ja jännitteen sinimuotoja, jotka ovat samassa vaiheessa selittäen, että vaikka on mahdollista määrittää värähtelyjen jakso ja taajuus sekä maksimi- ja tehoarvot sinusoidista, se on kuitenkin melko vaikeaa rakentaa sinusoidi. Yksinkertaisempi tapa esittää virta- ja jännitearvot on vektori. Tätä varten jännitevektori (mittakaavassa) tulee piirtää oikealle mielivaltaisesti valitusta pisteestä. Opettaja kehottaa oppilaita asettamaan virtavektorin itse ja muistuttaa heitä siitä, että jännite ja virta ovat samassa vaiheessa. Vektorikaavion rakentamisen jälkeen (kuva 1, b) tulee osoittaa, että jännite- ja virtavektorien välinen kulma on nolla, ts. = 0. Virran voimakkuus tällaisessa piirissä määräytyy Ohmin lain mukaan: Kysymys 2. Vaihtovirtapiiri induktiivisella reaktanssilla Tarkastellaan vaihtovirtasähköpiiriä (kuva 2, a), joka sisältää induktiivisen reaktanssin. Tällainen vastus on kela, jossa on pieni määrä kierroksia suuren poikkileikkauksen johdosta, jossa aktiiviseksi resistanssiksi katsotaan yleensä 0.
Riisi. 2. Vaihtovirtapiiri induktiivisella reaktanssilla
Kelan kierrosten ympärille, kun virta kulkee, syntyy vaihtuva magneettikenttä, joka saa aikaan itseinduktion emf:n kierroksissa. Lenzin säännön mukaan induktion vaikutus kumoaa aina sen aiheuttavan syyn. Ja koska itseinduktio johtuu vaihtovirran muutoksista, se estää sen läpikulun. Itseinduktion aiheuttamaa vastusta kutsutaan induktiiviseksi ja sitä merkitään kirjaimella x L. Kelan induktiivinen reaktanssi riippuu käämin virran muutosnopeudesta ja sen induktanssista L: missä X L on induktiivinen reaktanssi, Ohm; – vaihtovirran kulmataajuus, rad/s; L on kelan induktanssi, G.
Kulmataajuus == ,
siis,.
Kapasitanssi vaihtovirtapiirissä. Ennen selityksen aloittamista on muistettava, että sähköpiireissä on useita tapauksia, joissa aktiivisen ja induktiivisen vastuksen lisäksi on myös kapasitiivinen vastus. Laitetta, joka on suunniteltu varastoimaan sähkövarauksia, kutsutaan kondensaattoriksi. Yksinkertaisin kondensaattori on kaksi eristekerroksella erotettua johdinta. Siksi monijohtimissa johtimissa, kaapeleissa, sähkömoottorien käämeissä jne. on kapasitanssi. Selitykseen liittyy erityyppisten kondensaattoreiden ja kapasitanssien esittely sekä niiden kytkeminen sähköpiiriin. Ehdotan tarkastelemaan tapausta, jossa yksi kapasitiivinen reaktanssi vallitsee sähköpiirissä ja aktiivinen ja induktiivinen reaktanssi voidaan jättää huomiotta niiden pienten arvojen vuoksi (kuva 6, a). Jos kondensaattori on kytketty tasavirtapiiriin, virta ei kulje piirin läpi, koska kondensaattorilevyjen välissä on eriste. Jos kapasitanssi on kytketty vaihtovirtapiiriin, virta / virtaa piirin läpi kondensaattorin lataamisen seurauksena. Ylilataus johtuu siitä, että vaihtojännite muuttaa suuntaa ja näin ollen jos kytkemme ampeerimittarin tähän piiriin, se näyttää kondensaattorin lataus- ja purkausvirran. Tässäkään tapauksessa kondensaattorin läpi ei kulje virtaa. Kapasitiivisen reaktanssin piirissä kulkevan virran voimakkuus riippuu kondensaattorin Xc kapasitanssista ja määräytyy Ohmin lain mukaan 
missä U on emf-lähteen jännite, V; Xc – kapasitanssi, ohm; / – virran voimakkuus, A.
Riisi. 3. AC-piiri kapasitanssilla
Kapasitanssi puolestaan määräytyy kaavan mukaan 
jossa C on kondensaattorin kapasitanssi, F. Kehotan opiskelijoita rakentamaan vektorikaavion virrasta ja jännitteestä kapasitanssisessa piirissä. Muistutan, että kun tutkitaan prosesseja sähköpiirissä, jossa on kapasitiivinen reaktanssi, havaittiin, että virta johtaa jännitettä kulmalla φ = 90°. Tämä virran ja jännitteen vaihesiirto tulee esittää aaltokaaviossa. Kuvaan taululle graafisesti jännitteen siniaallon (kuva 3, b) ja opastan opiskelijat piirtämään itsenäisesti virran siniaallon, joka johtaa jännitettä 90° kulmassa.
§ 54. Induktanssi vaihtovirtapiirissä
Sähkövirran kulkemiseen johtimen tai kelan läpi liittyy magneettikentän ilmestyminen. Tarkastellaan vaihtovirtasähköpiiriä (kuva 57, a), joka sisältää induktorin pienellä määrällä suhteellisen suuren poikkileikkauksen omaavia lankakierroksia, jonka aktiivista resistanssia voidaan pitää lähes yhtä suurena kuin nolla.
e. vaikutuksen alaisena. d.s. generaattori, piirissä virtaa vaihtovirta, joka herättää vaihtomagneettivuon. Tämä virtaus ylittää kelan "omat" kierrokset ja siihen syntyy itseinduktiovoima
Missä L- kelan induktanssi;
- virran muutosnopeus siinä.
Itseinduktion sähkömotorinen voima Lenzin säännön mukaan vastustaa aina sen aiheuttavaa syytä. Koska e. d.s. itseinduktio estää aina vaihtovirran muutoksia, jotka aiheutuvat mm. d.s. generaattori, se estää vaihtovirran kulkemisen. Laskelmissa tämä otetaan huomioon induktiivisella reaktanssilla, joka on merkitty XL ja mitataan ohmeina.
Siten kelan induktiivinen reaktanssi XL, riippuu e:n arvosta. d.s. itseinduktio, ja siksi se, kuten esim. d.s. itseinduktio, riippuu kelan virran muutosnopeudesta (taajuudella ω) ja kelan induktiivisuudesta L
XL = ω L, (58)
Missä XL- induktiivinen reaktanssi, ohm;
ω - vaihtovirran kulmataajuus, rad/sek;
L- kelan induktanssi, gn.
Koska vaihtovirran kulmataajuus on ω = 2π f, sitten induktiivinen reaktanssi
XL= 2π f L, (59)
Missä f- AC-taajuus, Hz.
Esimerkki. Kela induktanssilla L = 0,5 gn, kytketty vaihtovirtalähteeseen, jonka taajuus f = 50 Hz. Määritellä:
1) kelan induktiivinen reaktanssi taajuudella f = 50 Hz;
2) tämän kelan induktiivinen vastus vaihtovirralle, jonka taajuus f = 800 Hz.
Ratkaisu . Induktiivinen reaktanssi vaihtovirtaan klo f = 50 Hz
XL= 2π f L= 2 · 3,14 · 50 · 0,5 = 157 ohm.
Nykyisellä taajuudella f = 800 Hz
XL= 2π f L= 2 · 3,14 · 800 · 0,5 = 2512 ohm.
Yllä oleva esimerkki osoittaa, että kelan induktiivinen reaktanssi kasvaa sen läpi kulkevan vaihtovirran taajuuden kasvaessa. Kun virran taajuus pienenee, induktiivinen reaktanssi pienenee. Tasavirralle, kun käämin virta ei muutu ja magneettivuo ei ylitä sen kierroksia, esim. d.s. itseinduktiota ei tapahdu, kelan induktiivinen reaktanssi XL on yhtä kuin nolla. Tasavirran kela on vain vastus
Selvitetään kuinka z muuttuu. d.s. itseinduktio, kun vaihtovirta kulkee kelan läpi.
Tiedetään, että vakiokelan induktanssilla e. d.s. itseinduktio riippuu virran voimakkuuden muutosnopeudesta ja se on aina suunnattu sen aiheuttaneeseen syyyn.
Kuvaajassa (kuva 57, c) vaihtovirta on esitetty sinimuodossa (yhtenäinen viiva). Jakson ensimmäisellä neljänneksellä virta kasvaa nollasta maksimiarvoon. Itseinduktion sähkömotorinen voima e c, Lenzin säännön mukaan, estää virran kasvun piirissä. Siksi kaavio (katkoviiva) osoittaa, että ec:llä on tällä hetkellä negatiivinen arvo. Jakson toisella neljänneksellä kelan virta laskee nollaan. Tällä hetkellä e. d.s. itseinduktio muuttaa suuntaa ja kasvaa, mikä estää virran pienenemisen. Jakson kolmannella neljänneksellä virta muuttaa suuntaa ja kasvaa vähitellen maksimiarvoonsa; e. d.s. itseinduktiolla on positiivinen arvo edelleen, kun virran voimakkuus pienenee, esim. d.s. itseinduktio muuttaa taas suuntaaan ja estää jälleen virran pienenemisen piirissä.
Yllä olevasta seuraa, että virta piirissä ja e. d.s. itseinduktiot ovat epävaiheessa. Virta on edellä e. d.s. itseinduktio vaiheen neljänneksellä tai kulmalla φ = 90°. On myös pidettävä mielessä, että piirissä, jonka induktanssi ei sisällä r:tä, itseinduktion sähkömotorinen voima on suunnattu joka hetki generaattorin jännitettä kohti. U. Tässä suhteessa jännite ja e. d.s. itseinduktio e c on myös siirtynyt vaiheessa toisiinsa nähden 180°.
Edellä olevasta seuraa, että vaihtovirtapiirissä, joka sisältää vain induktanssin, virta on jäljessä generaattorin synnyttämästä jännitteestä kulman φ = 90° (neljännesjakson verran) ja on e:n edellä. d.s. itseinduktio 90°. Voidaan myös sanoa, että induktiivisessa piirissä jännite on 90° vaihevirtaa edellä.
Tehdään vektorikaavio virrasta ja jännitteestä vaihtovirtapiirille, jolla on induktiivinen reaktanssi. Tätä varten jätetään nykyinen vektori sivuun minä vaakasuunnassa valitsemassamme mittakaavassa (kuva 57, b.)
Osoittaaksemme vektorikaaviossa, että jännite on kulman φ = 90° edellä vaihevirtaa, piirrämme jännitevektorin. U ylös 90° kulmassa. Ohmin laki piirille, jolla on induktanssi, voidaan ilmaista seuraavasti:
On korostettava, että induktiivisen ja aktiivisen vaihtovirtavastuksen välillä on merkittävä ero.
Kun resistiivinen kuorma kytketään laturiin, resistiivinen vastus kuluttaa energiaa peruuttamattomasti.
Jos vaihtovirtalähteeseen on kytketty induktiivinen reaktanssi r= 0, silloin sen energia kuluu virran voimakkuuden kasvaessa magneettikentän virittämiseen. Tämän kentän muuttaminen aiheuttaa mm. d.s. itseinduktio. Virran pienentyessä magneettikenttään varastoitunut energia syntyy e. d.s. itseinduktio palautetaan takaisin generaattoriin.
Jakson ensimmäisellä neljänneksellä virranvoimakkuus induktanssipiirissä kasvaa ja virtalähteen energia kertyy magneettikenttään. Tällä hetkellä e. d.s. itseinduktio on suunnattu jännitettä vastaan.
Kun virta saavuttaa maksimiarvonsa ja alkaa laskea jakson toisella neljänneksellä, niin esim. d.s. itseinduktiolla, joka muuttaa sen suuntaa, on taipumus ylläpitää virtaa piirissä. e. vaikutuksen alaisena. d.s. Itseinduktio, magneettikentän energia palaa energialähteeseen - generaattoriin. Tällä hetkellä generaattori toimii moottoritilassa ja muuntaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi.
Jakson kolmannella neljänneksellä virranvoimakkuus piirissä e. d.s. generaattori kasvaa, ja samalla virta kulkee vastakkaiseen suuntaan. Tällä hetkellä generaattorin energia kertyy jälleen induktanssin magneettikenttään.
Jakson neljännellä neljänneksellä virranvoimakkuus piirissä laskee ja magneettikenttään kertynyt energia e. d.s. itseinduktio palautetaan jälleen generaattoriin.
Näin ollen kunkin jakson ensimmäisellä ja kolmannella neljänneksellä laturi käyttää energiaansa piirissä, jossa on induktanssi magneettikentän luomiseksi, ja kunkin jakson toisella ja neljännellä neljänneksellä kelan magneettikenttään varastoitunut energia. tuloksena saadun e. d.s. itseinduktio, palaa takaisin generaattoriin.
Tästä seuraa, että induktiivinen kuorma, toisin kuin aktiivinen kuorma, ei keskimäärin kuluta generaattorin tuottamaa energiaa, ja piirissä, jossa on induktio, energiaa "pumppataan" generaattorista induktiiviseen kuormaan ja takaisin, ts. esiintyy energian vaihteluita.
Edellä olevasta seuraa, että induktiivinen reaktanssi on reaktiivinen. Reaktanssia sisältävässä piirissä energia värähtelee generaattorista kuormaan ja takaisin.
On olemassa kahta tyyppiä - aktiivinen ja reaktiivinen. Aktiivista edustavat vastukset, hehkulamput, lämmityskelat jne. Toisin sanoen kaikki elementit, joissa virtaava virta suorittaa suoraan hyödyllistä työtä tai tietyssä tapauksessa aiheuttaa johtimen halutun kuumenemisen. Reaktiivinen puolestaan on yleinen termi. Se viittaa kapasitiiviseen ja induktiiviseen reaktanssiin. Piirielementeissä, joissa on reaktanssi, tapahtuu erilaisia energian välimuunnoksia sähkövirran kulun aikana. Kondensaattori (kapasitanssi) kerää varauksen ja vapauttaa sen sitten piiriin. Toinen esimerkki on kelan induktiivinen reaktanssi, jossa osa sähköenergiasta muunnetaan magneettikenttään.
Itse asiassa ei ole olemassa "puhdasta" aktiivista tai reaktiivista vastusta. Aina on vastakkainen komponentti. Esimerkiksi laskettaessa johtoja pitkän matkan voimalinjoille ei vain oteta huomioon kapasitanssia. Ja kun harkitaan induktiivista reaktanssia, sinun on muistettava, että sekä johtimet että virtalähde tekevät omat säätönsä laskelmiin.
Piiriosan kokonaisresistanssia määritettäessä on tarpeen laskea yhteen aktiiviset ja reaktiiviset komponentit. Lisäksi on mahdotonta saada suoraa summaa tavallisella matemaattisella operaatiolla, joten he käyttävät geometristä (vektori) summausmenetelmää. Muodostetaan suorakulmainen kolmio, jonka kaksi haaraa edustavat aktiivista ja induktiivista vastusta ja hypotenuusa on yhteensä. Segmenttien pituus vastaa nykyisiä arvoja.
Tarkastellaan induktiivista reaktanssia vaihtovirtapiirissä. Kuvitellaan yksinkertainen piiri, joka koostuu virtalähteestä (EMF, E), vastuksesta (aktiivinen komponentti, R) ja kela (induktanssi, L). Koska induktiivinen reaktanssi syntyy itseinduktiivisen emf:n (Esi) takia kelan kierroksissa, on selvää, että se kasvaa piirin induktanssin kasvaessa ja piirin läpi kulkevan virran arvon kasvaessa. .
Ohmin laki tällaiselle piirille näyttää tältä:
E + Esi = I*R.
Kun olet määrittänyt virran derivaatan ajan kanssa (I pr), voimme laskea itseinduktion:
E si = -L*I pr.
"-"-merkki yhtälössä osoittaa, että Esiin toiminta on suunnattu nykyisen arvon muutosta vastaan. Lenzin sääntö sanoo, että missä tahansa virran muutoksessa tapahtuu itseinduktiivinen emf. Ja koska tällaiset muutokset piireissä ovat luonnollisia (ja tapahtuvat jatkuvasti), Esi muodostaa merkittävän vastavaikutuksen tai, mikä on myös totta, vastuksen. Virtalähteen tapauksessa tämä riippuvuus ei päde ja jos yrität kytkeä kelan (induktanssin) tällaiseen piiriin, tapahtuisi klassinen oikosulku.
Esiin voittamiseksi teholähteen on luotava kelan liittimiin sellainen potentiaaliero, että se riittää vähintään kompensoimaan resistanssin Esi. Tämä tarkoittaa:
U cat = -E si.
Toisin sanoen induktanssin yli oleva jännite on numeerisesti yhtä suuri kuin itseinduktion sähkömotorinen voima.
Koska piirin virran kasvaessa generoiva pyörrekenttä puolestaan kasvaa aiheuttaen induktanssin vastavirran kasvua, voidaan sanoa, että jännitteen ja virran välillä on vaihesiirto. Tästä seuraa yksi ominaisuus: koska itseinduktio-EMF estää virran muutoksen, sen kasvaessa (jakson ensimmäinen neljännes siniaalisella), kenttä synnyttää vastavirran, mutta kun se laskee (toinen neljännes ), päinvastoin, indusoitunut virta ohjataan yhdessä päävirran kanssa. Eli jos oletamme teoriassa ihanteellisen teholähteen olemassaolon ilman sisäistä resistanssia ja induktanssia ilman aktiivista komponenttia, energian vaihteluita "lähde-käämi" voi esiintyä loputtomiin.
Tiedämme, että kelan itseinduktiovirta kohtaa generaattorin kasvavan virran. Tämä käämin itseinduktiovirran vastakohtaa generaattorin kasvavalle virralle kutsutaan induktiiviseksi reaktanssiksi.
Osa generaattorin vaihtovirtaenergiasta käytetään tämän vastavaikutuksen voittamiseksi. Kaikki tämä osa energiasta muunnetaan täysin kelan magneettikentän energiaksi. Kun generaattorin virta pienenee, myös kelan magneettikenttä pienenee, katkaisee kelan ja indusoi piiriin itseinduktiovirran. Nyt itseinduktiovirta menee samaan suuntaan pienenevän generaattorivirran kanssa.
Siten kaikki generaattorivirran käyttämä energia kelan itseinduktiovirran vastavaikutuksen voittamiseksi palautetaan kokonaan piiriin sähkövirtaenergian muodossa. Siksi induktiivinen reaktanssi on reaktiivinen, eli se ei aiheuta peruuttamattomia energiahäviöitä.
Induktiivisen reaktanssin yksikkö on ohmi
Induktiivinen reaktanssi on merkitty X L:llä.
Kirjain X- tarkoittaa reaktanssia ja L tarkoittaa, että tämä reaktanssi on induktiivinen.
f - taajuus Hz, L - kelan induktanssi H, X L - induktiivinen reaktanssi Ohm
X L:n vaiheiden U ja I välinen suhde
Koska kelan aktiivinen vastus on nolla (puhtaasti induktiivinen vastus), niin kaikki generaattorin kelaan syöttämä jännite menee voittamaan e. d.s. kelan itseinduktanssi. Tämä tarkoittaa, että generaattorin kelaan syöttämän jännitteen käyrä on amplitudiltaan yhtä suuri kuin e:n käyrä. d.s. kelan itseinduktio ja on sen kanssa vastavaiheessa.
Generaattorin puhtaasti induktiiviseen reaktanssiin kohdistama jännite ja generaattorista puhtaasti induktiivisen reaktanssin kautta kulkeva virta siirtyvät vaiheittain 90 0, ts. eli jännite johtaa virtaa 90 0.
Induktiivisen reaktanssin lisäksi oikealla kelalla on myös aktiivinen vastus. Nämä vastukset tulee katsoa kytkettyinä sarjaan.
Kelan aktiivisella resistanssilla generaattorin syöttämä jännite ja generaattorilta tuleva virta ovat samassa vaiheessa.
Puhtaasti induktiivisella reaktanssilla generaattorin syöttämää jännitettä ja generaattorilta tulevaa virtaa siirretään vaiheittain 90 0. Jännite johtaa virtaa 90 0. Generaattorin kelaan syöttämä jännite määräytyy suunnikkaan säännön mukaan.
klikkaa kuvaa suurentaaksesi
Generaattorin kelaan syöttämä jännite johtaa aina virran kulman alle 90 0.
Kulman φ suuruus riippuu kelan aktiivisen ja induktiivisen vastuksen arvoista.
Tietoja tuloksena olevasta kelan resistanssista
Tuloksena olevaa kelan vastusta ei voida löytää summaamalla sen aktiivisten ja reaktiivisten vastusten arvot.
Tuloksena oleva kelan resistanssi Z on
), oletamme tämän piirin aktiiviseksi resistanssiksi nolla.
Todellisuudessa sekä itse kelan johdossa että liitäntäjohtimissa on, vaikkakin pieni, aktiivinen vastus, joten piiri väistämättä kuluttaa virtalähteen energiaa.
Siksi, kun määrität ulkoisen piirin kokonaisresistanssin, sinun on lisättävä sen reaktiivinen ja aktiivinen vastus. Mutta on mahdotonta lisätä näitä kahta vastusta, jotka ovat luonteeltaan erilaisia.
Tässä tapauksessa piirin kokonaisvastus vaihtovirralle löydetään geometrisella summauksella.
Muodostetaan suorakulmainen kolmio (katso kuva 1), jonka toinen puoli on induktiivisen reaktanssin arvo ja toinen aktiivisen vastuksen arvo. Piirin vaadittava kokonaisvastus määräytyy kolmion kolmannen sivun mukaan.
Kuva 1. Induktiivisen ja aktiivisen resistanssin sisältävän piirin impedanssin määritys
Piirin kokonaisresistanssi on merkitty latinalaisella kirjaimella Z ja mitataan ohmeina. Rakenteesta on selvää, että kokonaisvastus on aina suurempi kuin induktiivinen ja aktiivinen resistanssi erikseen otettuna.
Piirin kokonaisvastuksen algebrallinen lauseke on:
Missä Z - kokonaisvastus, R - aktiivinen vastus, XL - piirin induktiivinen vastus.
Täten, Vaihtovirtapiirin kokonaisresistanssi, joka koostuu aktiivisesta ja induktiivisesta resistanssista, on yhtä suuri kuin tämän piirin aktiivisen ja induktiivisen vastuksen neliöiden summan neliöjuuri.
Tällaiselle piirille se ilmaistaan kaavalla I = U / Z, missä Z on piirin kokonaisresistanssi.
Analysoidaan nyt mikä jännite tulee olemaan, jos piirillä on virran ja induktanssin välisen vaihesiirron ja lisäksi suhteellisen suuri aktiivinen vastus. Käytännössä tällainen piiri voi olla esimerkiksi piiri, joka sisältää ohuesta langasta kierretyn kelan ilman rautasydämistä (korkeataajuinen kuristin).
Tässä tapauksessa vaihesiirto virran ja jännitteen välillä ei ole enää neljännesjaksoa (kuten piirissä, jossa on vain induktiivinen reaktanssi), vaan paljon pienempi; Lisäksi mitä suurempi aktiivinen vastus, sitä pienempi vaihesiirto on.
Kuva 2. Virta ja jännite piirissä, joka sisältää R:n ja L:n
Nyt se itse ei ole vastavaiheessa virtalähteen jännitteen kanssa, koska sitä ei enää siirretä jännitteen suhteen puoli jaksolla, vaan vähemmän. Lisäksi kelan liittimiin virtalähteen tuottama jännite ei ole yhtä suuri kuin itseinduktiivinen emf, vaan se on suurempi kuin kelajohtimen aktiivivastuksen jännitehäviön määrä. Toisin sanoen kelan jännite koostuu kahdesta osasta:
u L - jännitteen reaktiivinen komponentti, joka tasapainottaa itseinduktion EMF:n toimintaa,
u R on jännitteen aktiivinen komponentti, jota käytetään voittamaan piirin aktiivinen vastus.
Jos laittaisimme suuren aktiivisen resistanssin sarjaan kelan kanssa, vaihesiirtymä pienenisi niin paljon, että virran sinimuoto tulisi melkein kiinni jännitesiniaaltoon ja niiden välinen vaihe-ero olisi tuskin havaittavissa. Tässä tapauksessa komponentin ja amplitudi olisi suurempi kuin komponentin amplitudi.
Samalla tavalla voit vähentää vaihesiirtoa ja jopa täysin nollata, jos pienennät generaattorin taajuutta jollain tavalla. Taajuuden lasku johtaa itseinduktio-EMF:n vähenemiseen ja siten sen aiheuttaman virran ja jännitteen välisen vaihesiirron pienenemiseen piirissä.
Induktorin sisältävän vaihtovirtapiirin teho
Käämin sisältävä AC-piiri ei kuluta energiaa virtalähteestä ja että piirissä tapahtuu energianvaihtoprosessi generaattorin ja piirin välillä.
Tarkastellaanpa nyt, miten asiat selviävät tällaisen piirin kuluttaman tehon kanssa.
Vaihtovirtapiirissä kulutettu teho on yhtä suuri kuin virran ja jännitteen tulo, mutta koska virta ja jännite ovat muuttuvia määriä, myös teho vaihtelee. Tässä tapauksessa voimme määrittää kullekin ajanhetkelle tehoarvon, jos kerromme nykyisen arvon tiettyä ajanhetkeä vastaavalla jännitearvolla.
Tämän käyrän muodostamiseen käytettiin seuraavaa: algebrallinen kertolasku sääntö: Kun kerrot positiivisen arvon negatiivisella arvolla, saat negatiivisen arvon, ja kun kerrot kaksi negatiivista tai kaksi positiivista arvoa, saat positiivisen arvon.
Kuvassa Kuvassa 4 on tehokäyrä piirille, joka sisältää sekä induktiivisen että aktiivisen resistanssin. Tässä tapauksessa tapahtuu myös käänteinen energian siirto piiristä virtalähteeseen, mutta paljon pienemmässä määrin kuin piirissä, jossa on yksi induktiivinen reaktanssi.
Katsottuaan yllä olevia tehokäyriä tulemme siihen tulokseen, että vain vaihesiirto virran ja jännitteen välillä piirissä luo "negatiivisen" tehon. Tässä tapauksessa mitä suurempi vaihesiirto virran ja jännitteen välillä piirissä on, sitä vähemmän virtaa virtapiiri kuluttaa, ja päinvastoin, mitä pienempi vaihesiirto, sitä suurempi virtapiiri kuluttaa.
