ตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับ

พิจารณาวงจรที่มีตัวเหนี่ยวนำ และสมมติว่าความต้านทานของวงจร รวมทั้งขดลวดมีค่าน้อยมากจนละเลยได้ ในกรณีนี้ การต่อขดลวดเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะส่งผลให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งอย่างที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ากระแสในวงจรจะมีขนาดใหญ่มาก

สถานการณ์จะแตกต่างออกไปเมื่อขดลวดเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ในกรณีนี้จะไม่เกิดไฟฟ้าลัดวงจร การแสดงนี้. ตัวเหนี่ยวนำต้านทานกระแสสลับที่ผ่านอะไร

อะไรคือสาระสำคัญของการต่อต้านนี้และมีเงื่อนไขอย่างไร?

เพื่อตอบคำถามนี้ จำไว้ ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำตัวเอง… การเปลี่ยนแปลงใดๆ ของกระแสในขดลวดทำให้เกิด EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองปรากฏขึ้นในนั้น ซึ่งป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแส ค่า EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ ค่าความเหนี่ยวนำของขดลวด และอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในนั้น แต่ตั้งแต่ กระแสสลับ เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับการเหนี่ยวนำตัวเองที่ปรากฏขึ้นอย่างต่อเนื่องในขดลวดจะสร้างความต้านทานต่อไฟฟ้ากระแสสลับ

เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นใน วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กับตัวเหนี่ยวนำ ดูกราฟรูปที่ 1 แสดงเส้นโค้งที่แสดงลักษณะตามลำดับ เครื่องหมายในวงจร แรงดันไฟฟ้าในขดลวด และแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในนั้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโครงสร้างที่ทำในรูปนั้นถูกต้อง

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีตัวเหนี่ยวนำ

จากช่วงเวลาที่ t = 0 นั่นคือจากช่วงเวลาเริ่มต้นของการสังเกตกระแส มันเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่เมื่อเข้าใกล้ค่าสูงสุด อัตราการเพิ่มของกระแสจะลดลง ในขณะที่กระแสถึงค่าสูงสุด อัตราการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะจะกลายเป็นศูนย์ นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงปัจจุบันหยุดลง จากนั้นกระแสน้ำก็เริ่มต้นอย่างช้า ๆ แล้วลดลงอย่างรวดเร็ว และหลังจากไตรมาสที่สองของช่วงเวลานั้น กระแสน้ำก็ลดลงเหลือศูนย์ อัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในช่วงไตรมาสนี้เพิ่มขึ้นจากสัญลักษณ์แสดงหัวข้อย่อยถึงค่าสูงสุดเมื่อกระแสมีค่าเท่ากับศูนย์

รูปที่ 2 ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงของกระแสเมื่อเวลาผ่านไป ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแส

จากโครงสร้างในรูปที่ 2 จะเห็นได้ว่าเมื่อเส้นโค้งปัจจุบันผ่านแกนเวลา กระแสจะเพิ่มขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ T มากกว่าในช่วงเวลาเดียวกันเมื่อเส้นโค้งปัจจุบันถึงจุดสูงสุด

ดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสจะลดลงเมื่อกระแสเพิ่มขึ้นและเพิ่มขึ้นเมื่อกระแสลดลงโดยไม่คำนึงถึงทิศทางของกระแสในวงจร

เห็นได้ชัดว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตัวเองในขดลวดต้องมีค่ามากที่สุดเมื่ออัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสมีค่ามากที่สุด และลดลงเป็นศูนย์เมื่อการเปลี่ยนแปลงสิ้นสุดลง ในความเป็นจริง บนกราฟ เส้นโค้ง EMF ของ eL ที่เหนี่ยวนำตัวเองในไตรมาสแรกของช่วงเวลา เริ่มจากค่าสูงสุด ลดลงเหลือศูนย์ (ดูรูปที่ 1)

ในช่วงไตรมาสถัดไปของช่วงเวลา กระแสจากค่าสูงสุดจะลดลงเป็นศูนย์ แต่อัตราการเปลี่ยนแปลงจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นและจะยิ่งใหญ่ที่สุดในขณะที่กระแสเท่ากับศูนย์ ดังนั้น EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองในช่วงไตรมาสนี้ซึ่งปรากฏขึ้นอีกครั้งในขดลวด จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นและกลายเป็นค่าสูงสุดจนกว่ากระแสจะเท่ากับศูนย์

อย่างไรก็ตาม ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันข้าม เนื่องจากกระแสที่เพิ่มขึ้นในไตรมาสแรกของงวดถูกแทนที่ในไตรมาสที่สองด้วยการลดลง

วงจรที่มีความเหนี่ยวนำ

จากการสร้างเส้นโค้งของ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองต่อไป เราเชื่อมั่นว่าในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดและ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองในนั้นจะสิ้นสุดการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด ทิศทางของมันถูกกำหนด กฎของเลนซ์: เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น emf ของการเหนี่ยวนำตัวเองจะพุ่งตรงไปยังกระแส (ไตรมาสที่หนึ่งและสามของงวด) และเมื่อกระแสลดลงในทางตรงกันข้ามก็จะสอดคล้องกับทิศทาง ( ไตรมาสที่ 2 และ 4 ของงวด)

ดังนั้น EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดจากกระแสสลับเองจึงป้องกันไม่ให้เพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน จะคงค่านี้ไว้เมื่อลดลง

ให้เราหันไปดูกราฟแรงดันคอยล์ (ดูรูปที่ 1) ในกราฟนี้ คลื่นไซน์ของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วคอยล์จะแสดงเท่ากับและตรงข้ามกับคลื่นไซน์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำตัวเอง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวด ณ เวลาใดเวลาหนึ่งจึงเท่ากันและตรงข้ามกับ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้านี้สร้างโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับและไปดับการทำงานในวงจรเหนี่ยวนำตัวเอง EMF

ดังนั้นในตัวเหนี่ยวนำที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ความต้านทานจะถูกสร้างขึ้นเมื่อมีกระแสไหล แต่เนื่องจากความต้านทานดังกล่าวทำให้เกิดการเหนี่ยวนำของขดลวดในที่สุด จึงเรียกว่าการต้านทานแบบเหนี่ยวนำ

ความต้านทานเหนี่ยวนำแสดงด้วย XL และวัดเป็นความต้านทานเป็นโอห์ม

ความต้านทานอุปนัยของวงจรยิ่งมากยิ่งมาก ความถี่แหล่งที่มาปัจจุบันการจ่ายวงจรและความเหนี่ยวนำของวงจรที่มากขึ้น ดังนั้น ความต้านทานเหนี่ยวนำของวงจรจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของกระแสและความเหนี่ยวนำของวงจร ถูกกำหนดโดยสูตร XL = ωL โดยที่ ω — ความถี่วงกลมกำหนดโดยผลคูณ 2πe… — ความเหนี่ยวนำของวงจรใน n

กฎของโอห์ม สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีเสียงต้านทานแบบเหนี่ยวนำ ดังนั้น: ปริมาณของกระแสจะแปรผันโดยตรงกับแรงดันและแปรผกผันกับความต้านทานเชิงเหนี่ยวนำของ NSi เช่น I = U / XL โดยที่ I และ U คือค่ากระแสและแรงดันที่มีประสิทธิภาพ และ xL คือค่าความต้านทานอุปนัยของวงจร

พิจารณาจากกราฟการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวด EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองและแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของมัน เราให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลง vValues ​​ในนั้นไม่ตรงเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระแส แรงดัน และไซน์ไซด์ EMF ที่เหนี่ยวนำตัวเองกลายเป็นการเลื่อนเวลาโดยสัมพันธ์กันสำหรับวงจรที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ในเทคโนโลยีไฟฟ้ากระแสสลับ ปรากฏการณ์นี้เรียกโดยทั่วไปว่าการเปลี่ยนเฟส

หากปริมาณแปรผันสองปริมาณเปลี่ยนไปตามกฎหมายเดียวกัน (ในกรณีของเราคือไซน์ซอยด์) ที่มีช่วงเวลาเดียวกัน ถึงค่าสูงสุดพร้อมๆ กันทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ และลดลงเป็นศูนย์พร้อมกัน ดังนั้นปริมาณแปรผันดังกล่าวจะมีเฟสเดียวกัน หรือ อย่างที่เขาว่ากันในเฟส

ตัวอย่างเช่น รูปที่ 3 แสดงเส้นโค้งกระแสและแรงดันที่จับคู่เฟส เรามักจะสังเกตการจับคู่เฟสดังกล่าวในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่ประกอบด้วยตัวต้านทานที่ใช้งานอยู่เท่านั้น

ในกรณีที่วงจรประกอบด้วยความต้านทานแบบเหนี่ยวนำ เฟสกระแสและแรงดัน ดังรูป 1 ไม่ตรงกัน นั่นคือมีการเลื่อนเฟสระหว่างตัวแปรเหล่านี้ เส้นโค้งปัจจุบันในกรณีนี้ดูเหมือนจะล้าหลังเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าประมาณหนึ่งในสี่ของช่วงเวลา

ดังนั้น เมื่อตัวเหนี่ยวนำรวมอยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสระหว่างกระแสและแรงดันจะเกิดขึ้นในวงจร และกระแสจะล่าช้าของแรงดันในเฟสไปหนึ่งในสี่ของช่วงเวลา... ซึ่งหมายความว่ากระแสสูงสุดจะเกิดขึ้นหนึ่งในสี่ ของช่วงเวลาหลังจากถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองอยู่ในกระแสต่อต้านกับแรงดันไฟฟ้าของขดลวดซึ่งล้าหลังกระแสไปหนึ่งในสี่ของช่วงเวลา ในกรณีนี้ ระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงของกระแส แรงดันไฟฟ้า เช่นเดียวกับ EMF ของ การเหนี่ยวนำตัวเองไม่เปลี่ยนแปลงและยังคงเท่ากับระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ป้อนวงจร ลักษณะไซน์ของการเปลี่ยนแปลงในค่าเหล่านี้จะถูกรักษาไว้เช่นกัน

รูปที่ 3 การจับคู่เฟสของกระแสและแรงดันในวงจรความต้านทานแบบแอคทีฟ

ให้เราเข้าใจความแตกต่างระหว่างโหลดกระแสสลับที่มีความต้านทานแบบแอกทีฟและโหลดที่มีความต้านทานแบบเหนี่ยวนำ

เมื่อวงจรไฟฟ้ากระแสสลับมีความต้านทานแบบแอกทีฟเพียงตัวเดียว พลังงานของแหล่งกระแสไฟฟ้าจะถูกดูดซับไว้ในความต้านทานแบบแอกทีฟ ความร้อนลวด.

เมื่อวงจรไม่มีความต้านทานแบบแอคทีฟ (เรามักจะคิดว่ามันเป็นศูนย์) แต่ประกอบด้วยความต้านทานแบบเหนี่ยวนำของขดลวดเท่านั้น พลังงานของแหล่งกระแสจะไม่ใช้ไปกับการทำความร้อนของสายไฟ แต่ใช้ในการสร้าง EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองเท่านั้น นั่นคือมันกลายเป็นพลังงานของสนามแม่เหล็ก ... อย่างไรก็ตามกระแสสลับมีการเปลี่ยนแปลงทั้งขนาดและทิศทางอย่างต่อเนื่องดังนั้น สนามแม่เหล็ก ขดลวดมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตามกระแสที่เปลี่ยนแปลง ในช่วงไตรมาสที่ 1 เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น วงจรจะรับพลังงานจากแหล่งจ่ายกระแสและเก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของขดลวด แต่ทันทีที่กระแสถึงจุดสูงสุดเริ่มลดลงมันจะถูกรักษาไว้โดยค่าใช้จ่ายของพลังงานที่เก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของขดลวดโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตัวเอง

ดังนั้นแหล่งกระแสที่ให้พลังงานบางส่วนแก่วงจรในไตรมาสแรกของงวดจึงรับกลับจากขดลวดในไตรมาสที่สองซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งกระแสชนิดหนึ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีเฉพาะความต้านทานแบบอุปนัยจะไม่ใช้พลังงาน ในกรณีนี้ พลังงานจะผันผวนระหว่างแหล่งกำเนิดและวงจร ในทางตรงกันข้ามการต่อต้านแบบแอคทีฟจะดูดซับพลังงานทั้งหมดที่ถ่ายโอนไปยังมันจากแหล่งปัจจุบัน

ตัวเหนี่ยวนำไม่เหมือนกับความต้านทานโอห์มมิก กล่าวได้ว่าไม่มีการใช้งานเมื่อเทียบกับแหล่งไฟฟ้ากระแสสลับ เช่น ปฏิกิริยา... ดังนั้น ความต้านทานเชิงอุปนัยของขดลวดจึงเรียกอีกอย่างว่า รีแอกแตนซ์

เส้นโค้งการเพิ่มขึ้นของกระแสเมื่อปิดวงจรที่มีตัวเหนี่ยวนำ — สภาวะชั่วคราวในวงจรไฟฟ้า.

ก่อนหน้านี้ในหัวข้อนี้: ไฟฟ้าสำหรับหุ่น / พื้นฐานของวิศวกรรมไฟฟ้า

คนอื่นอ่านอะไร

# 1 โพสต์โดย: Alexander (4 มีนาคม 2553 17:45 น.)

   
กระแสอยู่ในเฟสกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า emf หรือไม่ และมูลค่าของมันลดลง?

#2 เขียนว่า: ผู้ดูแลระบบ (7 มี.ค. 2553 16:35 น.)

   
ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่ประกอบด้วยความต้านทานแบบแอคทีฟเท่านั้น เฟสของกระแสและแรงดันจะตรงกัน
       

# 3 เขียน: Alexander (10 มีนาคม 2010 09:37 น.)

   
เหตุใดแรงดันไฟฟ้าจึงเท่ากันและตรงข้ามกับ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเอง ในขณะที่ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองมีค่าสูงสุด EMF ของเครื่องกำเนิดจะเท่ากับศูนย์และไม่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้านี้ได้ (ความตึงเครียด) มาจากไหน?

* ในวงจรที่มีตัวเหนี่ยวนำเพียงตัวเดียวที่ไม่มีความต้านทานแบบแอคทีฟ กระแสที่ไหลผ่านวงจรในเฟสมีแรงเคลื่อนไฟฟ้ากำเนิด (emf ซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งเฟรม (ในไดนาโมปกติ) ไม่ใช่แรงดันกำเนิด) หรือไม่