Aktívny odpor a tlmivka v obvode striedavého prúdu

Vzhľadom na striedavý obvod obsahujúci iba indukčný odpor (pozri článok "Induktor v obvode striedavého prúdu"), predpokladali sme, že aktívny odpor tohto obvodu je nulový.

V skutočnosti má vodič samotnej cievky aj spojovacie vodiče malý, ale aktívny odpor, takže obvod nevyhnutne spotrebúva energiu zdroja prúdu.

Preto pri určovaní celkového odporu vonkajšieho obvodu je potrebné pripočítať jeho reaktívne a aktívne odpory. Nie je však možné sčítať tieto dva odpory, ktoré sú svojou povahou odlišné.

V tomto prípade sa impedancia obvodu na striedavý prúd zistí geometrickým sčítaním.

Zostrojí sa pravouhlý trojuholník (pozri obrázok 1), ktorého jedna strana je hodnota indukčného odporu a druhá strana je hodnota aktívneho odporu. Požadovaná impedancia obvodu je určená treťou stranou trojuholníka.

Obrázok 1. Stanovenie impedancie obvodu obsahujúceho indukčný a aktívny odpor

Impedancia obvodu je označená latinským písmenom Z a meria sa v ohmoch. Z konštrukcie je vidieť, že celkový odpor je vždy väčší ako indukčný a aktívny odpor braný samostatne.

Algebraický výraz pre celkový odpor obvodu je:

kde Z — celkový odpor, R — aktívny odpor, XL — indukčný odpor obvodu.

Preto sa celkový odpor obvodu voči striedavému prúdu, ktorý pozostáva z aktívneho a indukčného odporu, rovná druhej odmocnine súčtu druhých mocnín aktívneho a indukčného odporu tohto obvodu.

Ohmov zákon keďže takýto obvod je vyjadrený vzorcom I = U / Z, kde Z je celkový odpor obvodu.

Poďme teraz analyzovať, aké bude napätie, ak má obvod okrem a fázového posunu medzi prúdom a indukčnosťou aj relatívne veľký aktívny odpor. V praxi môže byť takýmto obvodom napríklad obvod obsahujúci tlmivku so železným jadrom navinutým tenkým drôtikom (vysokofrekvenčná tlmivka).

V tomto prípade už nebude fázový posun medzi prúdom a napätím štvrť periódy (ako to bolo v obvode s iba indukčným odporom), ale oveľa menej; a čím väčší odpor, tým menší fázový posun bude výsledkom.

Obrázok 2. Prúd a napätie v obvode obsahujúcom R a L.

Teraz ona sama EMF samoindukcie nie je v protifáze s napätím zdroja prúdu, pretože je posunutý vzhľadom na napätie nie o polovicu periódy, ale o menej.Okrem toho napätie vytvorené zdrojom prúdu na svorkách cievky sa nerovná emf samoindukcie, ale je väčšie ako je veľkosť poklesu napätia v aktívnom odpore drôtu cievky. Inými slovami, napätie v cievke pozostáva aj tak z dvoch zložiek:

• tiL- reaktívna zložka napätia, ktorá vyrovnáva účinok EMP zo samoindukcie,

• tiR- aktívna zložka napätia, ktorá prekoná aktívny odpor obvodu.

Ak zapojíme veľký aktívny odpor do série s cievkou, fázový posun sa zníži natoľko, že súčasná sínusoida takmer dobehne sínusoidu napätia a rozdiel vo fázach medzi nimi bude sotva badateľný. amplitúda termínu a bude väčšia ako amplitúda termínu.

Podobne môžete znížiť fázový posun a dokonca ho úplne znížiť na nulu, ak nejakým spôsobom znížite frekvenciu generátora. Zníženie frekvencie bude mať za následok zníženie samoindukčného EMF a tým aj zníženie fázového posunu medzi prúdom a napätím v obvode, ktoré je ním spôsobené.

Výkon striedavého obvodu obsahujúceho induktor

Obvod striedavého prúdu obsahujúci cievku nespotrebováva energiu zdroja prúdu a že v obvode prebieha proces výmeny energie medzi generátorom a obvodom.

Poďme teraz analyzovať, ako to bude s energiou spotrebovanou takouto schémou.

Výkon spotrebovaný v obvode striedavého prúdu sa rovná súčinu prúdu a napätia, ale keďže prúd a napätie sú premenlivé veličiny, potom bude aj výkon premenlivý.V tomto prípade môžeme určiť hodnotu výkonu pre každý časový okamih, ak aktuálnu hodnotu vynásobíme hodnotou napätia zodpovedajúcou danému časovému okamihu.

Aby sme získali graf výkonu, musíme vynásobiť hodnoty priamych segmentov, ktoré definujú prúd a napätie v rôznych časoch. Takáto konštrukcia je znázornená na obr. 3, a. Prerušovaná krivka p nám ukazuje, ako sa mení výkon v obvode striedavého prúdu, ktorý obsahuje iba indukčný odpor.

Pri konštrukcii tejto krivky bolo použité nasledujúce pravidlo algebraického násobenia: Keď sa kladná hodnota vynásobí zápornou hodnotou, získa sa záporná hodnota, a keď sa vynásobia dve záporné alebo dve kladné hodnoty, získa sa kladná hodnota.

Obrázok 3. Výkonové grafy: a — v obvode obsahujúcom indukčný odpor, b — tiež aktívny odpor

Obrázok 4. Graf výkonu pre obvod obsahujúci R a L.

Výkonová krivka v tomto prípade leží nad časovou osou. To znamená, že nedochádza k výmene energie medzi generátorom a obvodom, a preto je energia dodávaná generátorom do obvodu úplne spotrebovaná obvodom.

Na obr. 4 znázorňuje graf výkonu pre obvod obsahujúci indukčný aj aktívny odpor. V tomto prípade dochádza tiež k spätnému prenosu energie z obvodu do zdroja prúdu, ale v oveľa menšej miere ako v obvode s jediným indukčným odporom.

Po preskúmaní vyššie uvedených grafov výkonu sme dospeli k záveru, že iba fázový posun medzi prúdom a napätím v obvode vytvára "negatívny" výkon.V tomto prípade, čím väčší je fázový posun medzi prúdom a napätím v obvode, tým menej energie bude obvod spotrebovať a naopak, čím menší je fázový posun, tým väčší výkon obvod spotrebuje.

Prečítajte si tiež: Čo je napäťová rezonancia