משרן AC

שקול מעגל המכיל משרן ונניח שההתנגדות של המעגל, כולל חוט הסליל, כל כך קטנה שאפשר להזניח אותה. במקרה זה, חיבור הסליל למקור זרם ישר יביא לקצר, בו, כידוע, הזרם במעגל יהיה גדול מאוד.

המצב שונה כאשר הסליל מחובר למקור AC. במקרה זה, לא מתרחש קצר חשמלי. זה מראה. מה משרן מתנגד לזרם חילופין שעובר דרכו.

מהי מהות ההתנגדות הזו וכיצד היא מותנית?

כדי לענות על שאלה זו, זכור תופעה של אינדוקציה עצמית… כל שינוי בזרם בסליל גורם להופעת בו EMF של אינדוקציה עצמית, המונע שינוי בזרם. הערך של EMF של אינדוקציה עצמית עומד ביחס ישר ל ערך השראות של הסליל וקצב השינוי של הזרם בו. אך מאז זרם חליפין משתנה ברציפות הקרינה האלקטרומגנטית להשראת עצמית המופיעה באופן רציף בסליל יוצרת התנגדות לזרם חילופין.

להבין את התהליכים המתרחשים בהם מעגלי זרם חילופין עם המשרן, ראה את הגרף.איור 1 מציג קווים מעוקלים המאפיינים, בהתאמה, את הסימן במעגל, את המתח בסליל ואת ה-emf של ההשראה העצמית המתרחשת בו. בואו נוודא שהקונסטרוקציות שנעשו באיור נכונות.

מעגל AC עם משרן

מרגע t = 0, כלומר מהרגע הראשוני של צפייה בזרם, הוא מתחיל לעלות במהירות, אך ככל שהוא מתקרב לערכו המקסימלי, קצב עליית הזרם יורד. ברגע שהזרם הגיע לערכו המקסימלי, קצב השינוי שלו הפך לרגע שווה לאפס, כלומר השינוי הנוכחי נעצר. ואז הזרם התחיל בהתחלה לאט ואחר כך ירד במהירות, ואחרי הרבע השני של התקופה הוא ירד לאפס. קצב השינוי של הזרם במהלך רבע זה של התקופה, הגובר מהכדור, מגיע לערך הגבוה ביותר כאשר הזרם הופך להיות שווה לאפס.

איור 2. אופי השינויים בזרם לאורך זמן, בהתאם לגודל הזרם

מהקונסטרוקציות באיור 2 ניתן לראות שכאשר עקומת הזרם עוברת בציר הזמן, הזרם גדל בפרק זמן קצר T יותר מאשר באותו פרק זמן בו עקומת הזרם מגיעה לשיאה.

לכן, קצב השינוי של הזרם יורד ככל שהזרם גדל ועולה ככל שהזרם יורד, ללא קשר לכיוון הזרם במעגל.

ברור שה-emf של ההשראות העצמית בסליל חייב להיות הגדול ביותר כאשר קצב השינוי של הזרם הוא הגדול ביותר, ולרדת לאפס כאשר השינוי שלו נפסק. למעשה, בגרף, עקומת ה-EMF של ההשראה העצמית eL ברבעון הראשון של התקופה, החל מהערך המקסימלי, היא ירדה לאפס (ראה איור 1).

במהלך הרבעון הבא של התקופה, הזרם מהערך המקסימלי יורד לאפס, אך קצב השינוי שלו גדל בהדרגה והוא הגדול ביותר ברגע שבו הזרם שווה לאפס. בהתאם לכך, EMF של ההשראה העצמית במהלך רבע זה של התקופה, המופיע שוב בסליל, עולה בהדרגה ומתגלה כמקסימום עד שהזרם הופך להיות שווה לאפס.

עם זאת, כיוון ה-EMF של אינדוקציה עצמית השתנה בכיוון ההפוך, שכן עליית הזרמים ברבעון הראשון של התקופה התחלפה ברבעון השני בירידה שלו.

מעגל עם השראות

בהמשך לבניית עקומת ה-EMF של ההשראה העצמית, אנו משוכנעים שבתקופת השינוי של הזרם בסליל ו-EMF של ההשראה העצמית בו ישלימו תקופה מלאה של השינוי שלו. הכיוון שלו נקבע חוק לנץ: עם עלייה בזרם, ה-emf של אינדוקציה עצמית יופנה כנגד הזרם (הרבעון הראשון והשלישי של התקופה), ועם ירידה בזרם, להיפך, הוא חופף לו בכיוון ( הרבעון השני והרביעי של התקופה).

לכן, EMF של השראות עצמית הנגרם על ידי זרם החילופין עצמו מונע ממנו להגדיל, ולהיפך, הוא שומר עליו בעת ירידה.

הבה נפנה כעת לגרף מתח הסליל (ראה איור 1). בגרף זה, גל הסינוס של מתח מסוף הסליל מוצג שווה ומנוגד לגל הסינוס של ה-emf של השראות עצמית. לכן, המתח במסופים של הסליל בכל רגע של זמן שווה ומנוגד ל-EMF של ההשראה העצמית הנובעת בו. מתח זה נוצר על ידי אלטרנטור והוא הולך לכבות את הפעולה במעגל ההשראה העצמית של EMF.

לכן, במשרן המחובר למעגל AC, נוצרת התנגדות כאשר זורם זרם. אבל מכיוון שהתנגדות כזו בסופו של דבר משרה השראות של הסליל, אז זה נקרא התנגדות אינדוקטיבית.

התנגדות אינדוקטיבית מסומנת ב-XL והיא נמדדת, כהתנגדות, באוהם.

ההתנגדות האינדוקטיבית של המעגל היא גדולה יותר, גדולה יותר תדר המקור הנוכחיאספקת מעגלים והשראת מעגל גדולה יותר. לכן, ההתנגדות האינדוקטיבית של מעגל עומדת ביחס ישר לתדירות הזרם וההשראות של המעגל; נקבע על ידי הנוסחה XL = ωL, כאשר ω - תדר מעגלי שנקבע על ידי המכפלה 2πe... - השראות המעגל ב-n.

חוק אוהם עבור מעגל AC המכיל התנגדות אינדוקטיבית נשמע לפיכך: כמות הזרם עומדת ביחס ישר למתח ובפרופורציונלי הפוך להתנגדות האינדוקטיבית של NSi, כלומר. I = U / XL, כאשר I ו-U הם ערכי הזרם והמתח האפקטיביים, ו-xL היא ההתנגדות האינדוקטיבית של המעגל.

בהתחשב בגרפים של שינוי הזרם בסליל. EMF של אינדוקציה עצמית ומתח במסופים שלו, שמנו לב לעובדה שהשינוי בהם vValues ​​אינו חופף בזמן. במילים אחרות, הסינוסואידים של הזרם, המתח והאינדוקציה העצמית של EMF התבררו כמוזזים בזמן ביחס זה לזה עבור המעגל הנבדק. בטכנולוגיית AC, תופעה זו נקראת בדרך כלל מעבר פאזה.

אם שתי כמויות משתנות משתנות לפי אותו חוק (במקרה שלנו סינוסואידיאלי) עם אותן תקופות, מגיעות בו-זמנית לערכן המקסימלי הן קדימה והן בכיוון האחורי, וגם יורדות בו-זמנית לאפס, אז לכמויות משתנות כאלה יש את אותם שלבים או, כמו שאומרים, התאמה בשלב.

כדוגמה, איור 3 מציג עקומות זרם ומתח תואמות פאזה. אנו תמיד רואים התאמת פאזה כזו במעגל AC המורכב רק מהתנגדות אקטיבית.

במקרה בו המעגל מכיל שלבי התנגדות אינדוקטיבית, זרם ומתח, כפי שניתן לראות באיור. 1 אינם תואמים, כלומר יש שינוי פאזה בין המשתנים הללו. נראה כי עקומת הזרם במקרה זה מפגרת ברבע מהתקופה מאחורי עקומת המתח.

לכן, כאשר משרן כלול במעגל AC, מתרחשת במעגל הסטת פאזה בין זרם למתח, והזרם מפגר את המתח בפאזה ברבע מהתקופה... זה אומר שהזרם המרבי מתרחש ברבע של התקופה שלאחר ההגעה למתח המרבי.

EMF של ההשראה העצמית נמצא באנטי-פאזה עם המתח של הסליל, בפיגור אחרי הזרם ברבע מהתקופה. במקרה זה, תקופת השינוי של הזרם, המתח, כמו גם EMF של אינדוקציה עצמית אינה משתנה ונשארת שווה לתקופת השינוי של המתח של הגנרטור המזין את המעגל. גם האופי הסינוסאידי של השינוי בערכים אלה נשמר.

איור 3. התאמת פאזות של זרם ומתח במעגל התנגדות אקטיבית

הבה נבין כעת את ההבדל בין עומס אלטרנטור עם התנגדות אקטיבית לעומס עם ההתנגדות האינדוקטיבית שלו.

כאשר מעגל AC מכיל רק התנגדות פעילה אחת, אז האנרגיה של מקור הזרם נספגת בהתנגדות הפעילה, חימום החוט.

כאשר המעגל אינו מכיל התנגדות אקטיבית (בדרך כלל אנו רואים בה אפס), אלא מורכב רק מהתנגדות אינדוקטיבית של הסליל, האנרגיה של מקור הזרם מושקעת לא על חימום החוטים, אלא רק על יצירת EMF של אינדוקציה עצמית , כלומר, הוא הופך לאנרגיה של השדה המגנטי... זרם החילופין, לעומת זאת, משתנה כל הזמן הן בגודל והן בכיוון, ולכן, שדה מגנטי הסליל משתנה ללא הרף בזמן עם שינוי הזרם. במהלך הרבע הראשון של התקופה, כאשר הזרם עולה, המעגל מקבל אנרגיה ממקור הזרם ומאחסן אותה בשדה המגנטי של הסליל. אבל ברגע שהזרם, שהגיע למקסימום, מתחיל לרדת, הוא נשמר על חשבון האנרגיה האצורה בשדה המגנטי של הסליל על ידי ה-emf של ההשראה העצמית.

לכן, מקור הזרם, לאחר שנתן חלק מהאנרגיה שלו למעגל ברבע הראשון של התקופה, מקבל אותו בחזרה מהסליל ברבע השני, המשמש כמעין מקור זרם. במילים אחרות, מעגל AC המכיל רק התנגדות אינדוקטיבית אינו צורך אנרגיה: במקרה זה, ישנה תנודת אנרגיה בין המקור למעגל. התנגדות אקטיבית, להיפך, סופגת את כל האנרגיה המועברת אליה מהמקור הנוכחי.

משרן, בניגוד להתנגדות אומהית, נאמר שהוא לא פעיל ביחס למקור AC, כלומר. תגובתי... לכן, ההתנגדות האינדוקטיבית של הסליל נקראת גם תגובתיות.

עקומת עליית זרם בעת סגירת מעגל המכיל השראות - ארעיות במעגלים חשמליים.

קודם בשרשור הזה: חשמל לבובות / יסודות הנדסת חשמל

מה אחרים קוראים?

# 1 פורסם על ידי: אלכסנדר (4 במרץ 2010 17:45)

   
האם הזרם נמצא בשלב עם הגנרטור emf? והערך שלו יורד?

מס' 2 כתב: מנהל (7 במרץ 2010, 16:35)

   
במעגל AC המורכב מהתנגדות אקטיבית בלבד, שלב הזרם והמתח תואמים.
       

מס' 3 כתב: אלכסנדר (10 במרץ 2010 09:37)

   
מדוע המתח שווה ומנוגד ל-EMF של ההשראה העצמית, הרי ברגע שבו ה-EMF של ההשראה העצמית הוא מקסימלי, ה-EMF של הגנרטור שווה לאפס ולא יכול ליצור את המתח הזה? מאיפה (המתח) מגיע?

* במעגל עם משרן אחד בלבד שאין לו התנגדות פעילה, האם הזרם הזורם במעגל הוא בשלב עם ה-emf של המחולל (ה-emf שתלוי במיקום המסגרת (בגנרטור רגיל), לא במתח הגנרטור)?