cuộn cảm xoay chiều

Xét một đoạn mạch chứa cuộn cảm và giả sử rằng điện trở của mạch, bao gồm cả cuộn dây, rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Trong trường hợp này, việc kết nối cuộn dây với nguồn dòng điện một chiều sẽ dẫn đến đoản mạch, trong đó, như đã biết, dòng điện trong mạch sẽ rất lớn.

Tình hình sẽ khác khi cuộn dây được kết nối với nguồn AC. Trong trường hợp này, không xảy ra đoản mạch. Màn trình diễn này. Cuộn cảm cản trở gì đối với dòng điện xoay chiều chạy qua nó.

Bản chất của sự kháng cự này là gì và nó được điều hòa như thế nào?

Để trả lời câu hỏi này, hãy nhớ hiện tượng tự cảm ứng… Bất kỳ thay đổi nào về dòng điện trong cuộn dây đều làm xuất hiện EMF tự cảm ứng trong cuộn dây, điều này ngăn cản sự thay đổi dòng điện. Giá trị của EMF của hiện tượng tự cảm ứng tỷ lệ thuận với giá trị điện cảm của cuộn dây và tốc độ biến thiên của dòng điện chạy trong nó. Nhưng kể từ khi Dòng điện xoay chiều thay đổi liên tục Bức xạ điện từ để tự cảm ứng xuất hiện liên tục trong cuộn dây tạo ra lực cản dòng điện xoay chiều.

Để hiểu các quá trình diễn ra trong mạch điện xoay chiều với cuộn cảm, xem đồ thị.Hình 1 cho thấy các đường cong tương ứng đặc trưng cho dấu trong mạch, điện áp trong cuộn dây và suất điện động tự cảm xảy ra trong đó. Hãy đảm bảo rằng các cấu trúc được thực hiện trong hình là chính xác.

Mạch điện xoay chiều có cuộn cảm

Từ thời điểm t = 0, tức là từ thời điểm ban đầu quan sát thấy dòng điện bắt đầu tăng nhanh, nhưng khi tiến dần đến giá trị cực đại thì tốc độ tăng của dòng điện giảm dần. Tại thời điểm dòng điện đạt đến giá trị cực đại, tốc độ thay đổi của nó trong giây lát bằng 0, nghĩa là sự thay đổi hiện tại dừng lại. Sau đó, dòng điện ban đầu bắt đầu chậm và sau đó nhanh chóng giảm xuống, và sau quý thứ hai của khoảng thời gian, nó giảm xuống bằng không. Tốc độ thay đổi của dòng điện trong một phần tư thời gian này, tăng dần từ viên đạn, đạt giá trị cao nhất khi dòng điện trở nên bằng không.

Hình 2. Bản chất của sự thay đổi dòng điện theo thời gian, tùy thuộc vào độ lớn của dòng điện

Từ cấu trúc trong Hình 2, có thể thấy rằng khi đường cong dòng điện đi qua trục thời gian, dòng điện tăng trong khoảng thời gian ngắn T nhiều hơn trong cùng khoảng thời gian khi đường cong dòng điện đạt cực đại.

Do đó, tốc độ thay đổi của dòng điện giảm khi dòng điện tăng và tăng khi dòng điện giảm, bất kể hướng của dòng điện trong mạch.

Rõ ràng là suất điện động của hệ số tự cảm trong cuộn dây phải lớn nhất khi tốc độ biến thiên của dòng điện lớn nhất và giảm xuống bằng 0 khi ngừng biến thiên. Trên thực tế, trên biểu đồ, đường cong EMF của eL tự cảm ứng trong quý đầu tiên của khoảng thời gian, bắt đầu từ giá trị tối đa, nó giảm xuống 0 (xem Hình 1).

Trong phần tư tiếp theo của khoảng thời gian, dòng điện từ giá trị cực đại giảm xuống 0, nhưng tốc độ thay đổi của nó tăng dần và lớn nhất tại thời điểm dòng điện bằng 0. Theo đó, EMF của hiện tượng tự cảm ứng trong một phần tư thời gian này, xuất hiện trở lại trong cuộn dây, tăng dần và đạt giá trị cực đại cho đến khi dòng điện bằng không.

Tuy nhiên, hướng của emf tự cảm ứng đã thay đổi theo hướng ngược lại, khi mức tăng dòng điện trong quý đầu tiên của giai đoạn này được thay thế bằng mức giảm trong quý thứ hai.

Mạch có điện cảm

Tiếp tục xây dựng đường cong EMF tự cảm ứng, chúng tôi tin rằng trong khoảng thời gian thay đổi dòng điện trong cuộn dây và EMF tự cảm ứng trong đó sẽ hoàn thành toàn bộ thời gian thay đổi của nó. Hướng của nó được xác định Định luật Lenz: với sự gia tăng dòng điện, emf của tự cảm ứng sẽ hướng vào dòng điện (quý đầu tiên và quý thứ ba của khoảng thời gian), và khi dòng điện giảm, ngược lại, nó trùng với hướng của nó ( quý thứ hai và thứ tư của giai đoạn này).

Do đó, EMF của hiện tượng tự cảm ứng do chính dòng điện xoay chiều gây ra đã ngăn không cho nó tăng lên và ngược lại, nó duy trì nó khi giảm dần.

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang biểu đồ điện áp cuộn dây (xem Hình 1). Trong biểu đồ này, sóng hình sin của điện áp đầu cực cuộn dây được biểu diễn bằng và ngược chiều với sóng hình sin của suất điện động tự cảm. Do đó, điện áp ở các cực của cuộn dây tại bất kỳ thời điểm nào đều bằng và ngược chiều với EMF của tự cảm ứng phát sinh trong đó. Điện áp này được tạo ra bởi một máy phát điện xoay chiều và sẽ dập tắt hoạt động trong mạch tự cảm ứng EMF.

Do đó, trong cuộn cảm nối với mạch điện xoay chiều, điện trở được tạo ra khi dòng điện chạy qua. Nhưng vì điện trở như vậy cuối cùng tạo ra cuộn dây tự cảm, nên nó được gọi là điện trở cảm ứng.

Điện trở cảm ứng được ký hiệu là XL và được đo dưới dạng điện trở, tính bằng ôm.

Cảm kháng của đoạn mạch càng lớn thì càng lớn tần số nguồn hiện tạicung cấp mạch và độ tự cảm mạch lớn hơn. Do đó, cảm kháng của đoạn mạch tỉ lệ thuận với tần số dòng điện và hệ số tự cảm của đoạn mạch; được xác định theo công thức XL = ωL, trong đó ω — tần số tròn được xác định bởi tích 2πe… — độ tự cảm của mạch tính bằng n.

Định luật Ohm đối với mạch điện xoay chiều có chứa điện trở cảm ứng Như vậy: cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với hiệu điện thế và tỉ lệ nghịch với điện trở cảm ứng NSi, tức là I = U/XL, trong đó I và U là giá trị cường độ dòng điện và hiệu điện thế hiệu dụng, xL là cảm kháng của mạch.

Xét các đồ thị về sự biến thiên của dòng điện trong cuộn dây. EMF của tự cảm ứng và điện áp tại các cực của nó, chúng tôi đã chú ý đến thực tế là sự thay đổi vValues ​​trong chúng không trùng khớp về thời gian. Nói cách khác, các hình sin EMF hiện tại, điện áp và tự cảm ứng hóa ra bị dịch chuyển theo thời gian so với nhau đối với mạch đang được xem xét. Trong công nghệ điện xoay chiều, hiện tượng này thường được gọi là lệch pha.

Nếu hai đại lượng biến đổi theo cùng một quy luật (trong trường hợp của chúng ta là hình sin) với cùng chu kỳ, đồng thời đạt giá trị cực đại theo cả chiều thuận và chiều, đồng thời giảm về không, thì các đại lượng biến đổi đó có cùng pha hoặc, như họ nói, phù hợp trong giai đoạn.

Ví dụ, Hình 3 cho thấy các đường cong điện áp và dòng điện phù hợp pha. Chúng tôi luôn quan sát sự khớp pha như vậy trong mạch điện xoay chiều chỉ bao gồm điện trở hoạt động.

Trong trường hợp mạch chứa điện trở cảm ứng, các pha dòng điện và điện áp, như trong hình. 1 không khớp, nghĩa là có sự lệch pha giữa các biến này. Đường cong dòng điện trong trường hợp này dường như trễ hơn một phần tư thời gian so với đường cong điện áp.

Do đó, khi một cuộn cảm được đưa vào mạch điện xoay chiều, trong mạch xảy ra sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp, và dòng điện trễ pha so với điện áp một phần tư chu kỳ... Điều này có nghĩa là dòng điện cực đại xảy ra một phần tư của khoảng thời gian sau khi đạt hiệu điện thế cực đại.

EMF của tự cảm ứng ngược pha với điện áp của cuộn dây, trễ hơn dòng điện một phần tư chu kỳ.Trong trường hợp này, chu kỳ thay đổi của dòng điện, điện áp, cũng như EMF của tự cảm ứng không thay đổi và luôn bằng chu kỳ biến thiên của hiệu điện thế máy phát điện nuôi mạch. Tính chất hình sin của sự thay đổi các giá trị này cũng được bảo toàn.

Hình 3. Sự phối hợp pha của dòng điện và điện áp trong mạch điện trở đang hoạt động

Bây giờ chúng ta hãy hiểu sự khác biệt giữa tải máy phát điện có điện trở hoạt động và tải có điện trở cảm ứng.

Khi mạch điện xoay chiều chỉ chứa một điện trở hoạt động thì năng lượng của nguồn dòng điện được hấp thụ trong điện trở hoạt động, làm nóng dây.

Khi mạch không chứa điện trở hoạt động (chúng ta thường coi nó bằng không), mà chỉ bao gồm điện trở cảm ứng của cuộn dây, năng lượng của nguồn hiện tại không được sử dụng để làm nóng dây dẫn mà chỉ tạo ra EMF tự cảm ứng , nghĩa là nó trở thành năng lượng của từ trường ... Tuy nhiên, dòng điện xoay chiều luôn thay đổi cả về độ lớn và hướng, và do đó, từ trường cuộn dây liên tục thay đổi theo thời gian với dòng điện thay đổi. Trong một phần tư thời gian đầu tiên, khi dòng điện tăng, mạch nhận năng lượng từ nguồn dòng điện và lưu trữ nó trong từ trường của cuộn dây. Nhưng ngay sau khi dòng điện đạt đến mức tối đa, nó bắt đầu giảm, nó được duy trì bằng năng lượng được lưu trữ trong từ trường của cuộn dây bằng emf của tự cảm ứng.

Do đó, nguồn hiện tại, đã cung cấp một phần năng lượng của nó cho mạch trong phần tư đầu tiên của chu kỳ, sẽ nhận lại nó từ cuộn dây trong phần tư thứ hai, hoạt động như một loại nguồn dòng điện. Nói cách khác, mạch điện xoay chiều chỉ chứa điện trở cảm ứng không tiêu thụ năng lượng: trong trường hợp này, có sự dao động năng lượng giữa nguồn và mạch điện. Ngược lại, điện trở chủ động hấp thụ tất cả năng lượng được truyền đến nó từ nguồn hiện tại.

Một cuộn cảm, không giống như điện trở ohmic, được cho là không hoạt động đối với nguồn AC, tức là phản ứng... Do đó, điện trở cảm ứng của cuộn dây còn được gọi là điện kháng.

Đường cong tăng dòng điện khi đóng mạch có điện cảm — quá độ trong mạch điện.

Trước đó về chủ đề này: Điện cho người giả / Cơ bản về kỹ thuật điện

Những người khác đang đọc gì?

#1 Đăng bởi: Alexander (04/03/2010 5:45 chiều)

   
dòng điện có cùng pha với emf của máy phát điện không? Và giá trị của nó giảm?

#2 đã viết: người quản lý (Ngày 7 tháng 3 năm 2010 4:35 chiều)

   
Trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở hoạt động thì cường độ dòng điện và hiệu điện thế trùng nhau.
       

#3 đã viết: Alexander (10/03/2010 09:37)

   
Tại sao điện áp bằng và ngược chiều với EMF của hiện tượng tự cảm, xét cho cùng, tại thời điểm EMF của hiện tượng tự cảm đạt cực đại, EMF của máy phát bằng 0 và không thể tạo ra điện áp này? (Sự căng thẳng) đến từ đâu?

* Trong mạch chỉ có một cuộn cảm không có điện trở hoạt động, dòng điện chạy qua mạch có cùng pha với emf của máy phát không (emf phụ thuộc vào vị trí khung (trong máy phát thông thường), không phụ thuộc vào điện áp của máy phát)?