Активно съпротивление и индуктор в електрическата верига

Отчитайки верига на променлив ток, съдържаща само индуктивно съпротивление (вж. Статията "Проводникова индуктивност в верига на променлив ток"), имахме предвид нулевото съпротивление на тази верига до нула.

Но в действителност, както проводникът на самата бобина, така и свързващите проводници имат малко, но активно съпротивление, защото веригата неизбежно консумира енергията на източника на ток.

Затова при определяне на общото съпротивление на външната верига е необходимо да се определят нейните реактивни и активни съпротивления. Но да се поставят тези две различни по свой начин на съпротива е невъзможно.

В този случай, импедансът на веригата на променлив ток се установява чрез метода на геометричното прибавяне.

Изграден е правоъгълен триъгълник (виж скица 1), едната страна на която е стойността на индуктивното съпротивление, а другата е стойността на активното съпротивление. Импедансът на веригата се определя от третата страна на триъгълника.

Фигура 1. Определяне на импеданса на верига, съдържаща индуктивно и активно съпротивление

Импедансът на веригата се обозначава с латинската буква Z и се измерва в ома. От конструкцията може да се види, че общото съпротивление винаги е по-голямо от индуктивните и активните съпротивления, взети отделно.

Алгебричният израз на импеданса на веригата е:

където Z е общото съпротивление, R е активното съпротивление, XL е индуктивната съпротива на веригата.

По този начин общият импеданс на веригата на променлив ток, състоящ се от активни и индуктивни съпротивления, е равен на квадратен корен на сумата от квадратите на активните и индуктивни съпротивления на тази схема.

Законът на Ом за такава верига се изразява чрез формулата I = U / Z, където Z е общото съпротивление на веригата.

Нека да анализираме сега какво ще бъде напрежението, ако веригата, освен фазовото отместване между тока и индуктора, също има сравнително огромна активна съпротива. На практика такава верига може да служи например за верига, съдържаща индуктор без стоманена сърцевина, навита около тясна жица (дросел с най-висока честота).

В този случай, фазовото изместване между тока и напрежението няма да бъде една четвърт от периода (както беше във веригата само с индуктивна съпротива), но много по-малко, докато колкото по-голяма е съпротивлението, толкова по-малка ще бъде фазата на смяната.

Очертание 2. Ток и напрежение в схема, съдържаща R и L

Сега, самият индукционен EMF не е в антифаза с напрежението на източника на ток, тъй като той се измества спрямо напрежението не с един секунди период, но по-малко. В допълнение, напрежението, създадено от токовия източник на клемите на намотката, не е равно на това на самонасочването, но повече от стойността на спада на напрежението в активното съпротивление на намотката. С други думи, напрежението върху намотката се състои от два компонента:

• uL-реактивен компонент на напрежението, балансиращ ефекта на самоиндуциране на ЕМФ,

• 
  
  
  

  uR- активен компонент на напрежението ще преодолее активното съпротивление на веригата.

Ако сме включили във веригата последователно с огромна съпротива намотка, фазовата разлика ще бъде намален, така че синусоида ток почти настигна синусоида напрежение и фазовата разлика между тях ще бъде почти невидим. В този случай амплитудата на термина "u" ще бъде по-голяма от амплитудата на термина.

По подобен начин е възможно да се намали фазовото отместване и дори да се намали напълно до нула, ако честотата на генератора се намали с някакъв метод. Намаляването на честотата ще доведе до намаляване на емфията на самоиндукцията и, както трябва, до намаляване на фазовото отклонение, причинено от нея между тока и напрежението в схемата.

Силата на електрическата верига, съдържаща индуктор

Една верига за променлив ток, съдържаща серпентина, не консумира енергията на токовия източник и че процесът на обмен на енергия между генератора и веригата се получава в схемата.

Нека сега анализираме как ще бъде това със силата, консумирана от такава схема.

Енергията, консумирана в верига на променлив ток, е равна на произведението на тока от напрежението, но тъй като токът и напрежението са променливи величини, тогава мощността също ще бъде променлива. За всичко това можем да намерим стойността на силата за всеки миг от времето, ако умножим величината на тока с стойност на напрежението, съответстваща на даден момент от времето.

За да получим графиката на мощността, трябва да умножим стойностите на линейните сегменти, които определят тока и напрежението в различно време. Такава конструкция е показана на фиг. 3, а. Пряката вълнообразна крива p показва как се променя мощността в веригата на променлив ток, която съдържа само индуктивно съпротивление.

При конструирането на тази крива беше използвано следното правило за алгебрично умножение: когато положителната стойност се умножи с отрицателна стойност, се появява отрицателно количество и когато се умножат две отрицателни или две положителни положителни числа, положителна стойност.

Скица 3. Силови графики: a - във веригата, съдържаща индуктивно съпротивление, b - също активното съпротивление

Фигура 4. Графика на капацитета за верига, съдържаща R и L

Кривата на мощността в този случай е поставена над времевата ос. Това означава, че няма обмен на енергия между генератора и веригата, но както трябва, захранването, доставено от генератора към веригата, е напълно консумирано от веригата.

На фиг. 4 е графика на мощността на верига, съдържаща вътрешно индуктивно и активно съпротивление. В този случай има и обратен трансфер на енергия от веригата към източника на ток, но в значително по-малка степен, отколкото в схема с една индуктивна съпротива.

След като разгледахме мощните графики, дадени по-горе, стигаме до извода, че само фазовото отместване между тока и напрежението във веригата прави "отрицателна" мощност. С всичко това, колкото по-голямо е фазовото отместване между тока и напрежението във веригата, консумираната от веригата мощност ще бъде по-малка и обратно, колкото по-малко е фазовото изместване, толкова повече енергия ще бъде по-голяма.