Điện trở hoạt động và cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều

Xét một đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa điện trở thuần cảm (xem bài «Cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều»), chúng tôi giả định rằng điện trở hoạt động của mạch này bằng không.

Trên thực tế, cả bản thân dây của cuộn dây và các dây nối đều có điện trở nhỏ nhưng hoạt động nên mạch chắc chắn sẽ tiêu thụ năng lượng của nguồn dòng.

Do đó, khi xác định tổng điện trở của mạch ngoài, cần phải cộng các điện trở phản kháng và hoạt động của nó. Nhưng không thể cộng hai điện trở vốn khác nhau về bản chất này.

Trong trường hợp này, trở kháng của mạch đối với dòng điện xoay chiều được tìm bằng phép cộng hình học.

Một tam giác vuông góc (xem hình 1) được xây dựng, một bên là giá trị của điện trở cảm ứng và bên còn lại là giá trị của điện trở hoạt động. Trở kháng mạch mong muốn được xác định bởi cạnh thứ ba của tam giác.

Hình 1. Xác định trở kháng của mạch chứa điện trở cảm ứng và điện trở hoạt động

Trở kháng mạch được ký hiệu bằng chữ Latinh Z và được đo bằng ôm. Từ cấu trúc, có thể thấy rằng tổng điện trở luôn lớn hơn điện trở cảm ứng và điện trở hoạt động được lấy riêng.

Biểu thức đại số của điện trở toàn mạch là:

trong đó Z - tổng điện trở, R - điện trở hoạt động, XL - điện trở cảm ứng của mạch.

Do đó, tổng điện trở của mạch đối với dòng điện xoay chiều, bao gồm điện trở hoạt động và điện cảm, bằng căn bậc hai của tổng bình phương điện trở hoạt động và điện cảm cảm ứng của mạch này.

Định luật Ohm vì một mạch như vậy được biểu thị bằng công thức I = U / Z, trong đó Z là tổng điện trở của mạch.

Bây giờ chúng ta hãy phân tích điện áp sẽ như thế nào nếu mạch, ngoài và và sự lệch pha giữa dòng điện và điện cảm, còn có điện trở hoạt động tương đối lớn. Trong thực tế, một mạch như vậy có thể, chẳng hạn, một mạch chứa cuộn cảm lõi sắt được quấn bằng một sợi dây mảnh (cuộn cảm tần số cao).

Trong trường hợp này, sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp sẽ không còn là một phần tư chu kỳ (như trong mạch chỉ có điện trở cảm ứng), mà ít hơn nhiều; và điện trở càng lớn thì sự lệch pha càng ít.

Hình 2. Cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch chứa R và L.

Bây giờ chính cô ấy EMF của tự cảm ứng không ngược pha với điện áp nguồn hiện tại, vì nó được bù so với điện áp không phải nửa chu kỳ mà ít hơn.Ngoài ra, điện áp do nguồn dòng tạo ra ở các cực của cuộn dây không bằng suất tự cảm ứng mà lớn hơn nó bằng lượng điện áp rơi trong điện trở hoạt động của dây cuộn. Nói cách khác, điện áp trong cuộn dây bao gồm hai thành phần:

• tiL- thành phần phản kháng của điện áp, cân bằng ảnh hưởng của EMF từ hiện tượng tự cảm ứng,

• tiR- thành phần hoạt động của điện áp sẽ thắng điện trở hoạt động của mạch.

Nếu chúng ta kết nối một điện trở hoạt động lớn nối tiếp với cuộn dây, thì sự dịch pha sẽ giảm đi rất nhiều đến mức sóng hình sin hiện tại sẽ gần như bắt kịp với sóng hình sin điện áp và sự khác biệt về pha giữa chúng sẽ khó nhận thấy. biên độ của thuật ngữ và sẽ lớn hơn biên độ của thuật ngữ.

Tương tự, bạn có thể giảm độ lệch pha và thậm chí giảm hoàn toàn về 0 nếu bạn giảm tần số của máy phát theo một cách nào đó. Việc giảm tần số sẽ dẫn đến giảm EMF tự cảm ứng và do đó làm giảm sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch do nó gây ra.

Công suất của đoạn mạch xoay chiều chứa cuộn cảm

Mạch điện xoay chiều chứa cuộn dây không tiêu thụ năng lượng của nguồn dòng điện và trong mạch có quá trình trao đổi năng lượng giữa máy phát điện và mạch điện.

Bây giờ chúng ta hãy phân tích xem mọi thứ sẽ như thế nào với năng lượng tiêu thụ bởi sơ đồ như vậy.

Công suất tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều bằng tích của cường độ dòng điện và hiệu điện thế, nhưng vì cường độ dòng điện và hiệu điện thế là những đại lượng có thể thay đổi nên công suất cũng sẽ thay đổi.Trong trường hợp này, chúng ta có thể xác định giá trị công suất cho từng thời điểm nếu chúng ta nhân giá trị hiện tại với giá trị điện áp tương ứng với thời điểm nhất định.

Để có được đồ thị công suất, ta cần nhân giá trị của các đoạn thẳng xác định cường độ dòng điện và hiệu điện thế tại các thời điểm khác nhau. Việc xây dựng như vậy được thể hiện trong hình. 3, một. Dạng sóng nét đứt p cho chúng ta thấy công suất thay đổi như thế nào trong mạch điện xoay chiều chỉ chứa điện trở cảm ứng.

Quy tắc nhân đại số sau được sử dụng để xây dựng đường cong này: Khi nhân một giá trị dương với một giá trị âm, sẽ thu được giá trị âm và khi nhân hai giá trị âm hoặc hai giá trị dương, sẽ thu được giá trị dương.

Hình 3. Đồ thị công suất: a — trong mạch có điện trở cảm ứng, b — ngoài ra, điện trở hoạt động

Hình 4. Biểu đồ công suất của mạch chứa R và L.

Đường cong sức mạnh trong trường hợp này nằm trên trục thời gian. Điều này có nghĩa là không có sự trao đổi năng lượng giữa máy phát và mạch điện và do đó điện năng do máy phát cung cấp cho mạch điện hoàn toàn được tiêu thụ bởi mạch điện.

Trong bộ lễ phục. Hình 4 cho thấy sơ đồ công suất của một mạch chứa cả điện trở cảm ứng và điện trở hoạt động. Trong trường hợp này, sự truyền ngược năng lượng từ mạch sang nguồn hiện tại cũng xảy ra, nhưng ở mức độ thấp hơn nhiều so với mạch có điện trở cảm ứng đơn.

Sau khi xem xét các biểu đồ công suất trên, chúng tôi kết luận rằng chỉ có sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch mới tạo ra công suất "âm".Trong trường hợp này, độ lệch pha giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong mạch càng lớn thì công suất tiêu thụ của mạch càng ít và ngược lại, độ lệch pha càng nhỏ thì công suất tiêu thụ của mạch càng lớn.

Đọc thêm: cộng hưởng điện áp là gì