AC-Induktor

Stellen Sie sich einen Stromkreis vor, der eine Induktivität enthält, und nehmen Sie an, dass der Widerstand des Stromkreises, einschließlich des Spulendrahts, so klein ist, dass er vernachlässigt werden kann. In diesem Fall würde der Anschluss der Spule an eine Gleichstromquelle zu einem Kurzschluss führen, bei dem der Strom im Stromkreis bekanntlich sehr groß wäre.

Anders verhält es sich, wenn die Spule an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. In diesem Fall tritt kein Kurzschluss auf. Das zeigt. Was widersteht ein Induktor dem durch ihn fließenden Wechselstrom?

Was ist das Wesen dieses Widerstands und wie ist er bedingt?

Um diese Frage zu beantworten, denken Sie daran Phänomen der Selbstinduktion… Jede Stromänderung in der Spule führt dazu, dass darin eine EMK der Selbstinduktion auftritt, die eine Stromänderung verhindert. Der Wert der EMF der Selbstinduktion ist direkt proportional zu der Induktivitätswert der Spule und die Änderungsrate des Stroms darin. Aber seit Wechselstrom ändert sich kontinuierlich Die elektromagnetische Strahlung zur Selbstinduktion, die kontinuierlich in der Spule auftritt, erzeugt einen Widerstand gegen Wechselstrom.

Um die Prozesse zu verstehen, die in stattfinden Wechselstromkreise mit dem Induktor, siehe Grafik.Abbildung 1 zeigt gekrümmte Linien, die jeweils die Markierung im Stromkreis, die Spannung in der Spule und die darin auftretende EMK der Selbstinduktion charakterisieren. Stellen wir sicher, dass die in der Abbildung gemachten Konstruktionen korrekt sind.

Wechselstromkreis mit einer Induktivität

Ab dem Moment t = 0, also ab dem ersten Moment der Strombeobachtung, beginnt er schnell anzusteigen, aber wenn er sich seinem Maximalwert nähert, nimmt die Anstiegsrate des Stroms ab. In dem Moment, in dem der Strom seinen Maximalwert erreichte, wurde seine Änderungsrate vorübergehend gleich Null, d. h. die Stromänderung hörte auf. Dann begann der Strom zunächst langsam, nahm dann schnell ab und fiel nach dem zweiten Viertel der Periode auf Null. Die Änderungsrate des Stroms während dieses Viertels der Periode, die von der Kugel ansteigt, erreicht den höchsten Wert, wenn der Strom gleich Null wird.

Abbildung 2. Die Art der Stromänderungen im Zeitverlauf, abhängig von der Stärke des Stroms

Aus den Konstruktionen in Abbildung 2 ist ersichtlich, dass beim Verlauf der Stromkurve durch die Zeitachse der Strom in einem kurzen Zeitraum T stärker ansteigt als im gleichen Zeitraum, in dem die Stromkurve ihren Höhepunkt erreicht.

Daher nimmt die Änderungsrate des Stroms ab, wenn der Strom zunimmt, und nimmt zu, wenn der Strom abnimmt, unabhängig von der Richtung des Stroms im Stromkreis.

Es ist offensichtlich, dass die EMK der Selbstinduktivität in der Spule am größten sein muss, wenn die Stromänderungsrate am größten ist, und auf Null sinken muss, wenn ihre Änderung aufhört. Tatsächlich ist in der Grafik die EMF-Kurve der Selbstinduktion eL im ersten Viertel des Zeitraums, beginnend mit dem Maximalwert, auf Null gefallen (siehe Abb. 1).

Während des nächsten Viertels der Periode nimmt der Strom vom Maximalwert auf Null ab, aber die Änderungsgeschwindigkeit nimmt allmählich zu und ist in dem Moment am größten, in dem der Strom gleich Null ist. Dementsprechend steigt die EMK der Selbstinduktion während dieses Viertels der Periode, die wieder in der Spule auftritt, allmählich an und erreicht ein Maximum, bis der Strom gleich Null wird.

Allerdings änderte sich die Richtung der Selbstinduktions-EMK in die entgegengesetzte Richtung, da der Anstieg des Stroms im ersten Quartal des Zeitraums im zweiten Quartal durch einen Rückgang ersetzt wurde.

Schaltung mit Induktivität

Wenn wir die Konstruktion der EMF-Selbstinduktionskurve weiter fortsetzen, sind wir davon überzeugt, dass während der Periode der Änderung des Stroms in der Spule und der EMF der Selbstinduktion darin eine vollständige Periode ihrer Änderung abgeschlossen wird. Seine Richtung ist bestimmt Lenzsches Gesetz: Bei einer Zunahme des Stroms ist die EMK der Selbstinduktion gegen den Strom gerichtet (erstes und drittes Viertel der Periode), bei einer Abnahme des Stroms hingegen stimmt sie mit dieser in Richtung überein ( das zweite und vierte Quartal der Periode).

Daher verhindert die durch den Wechselstrom selbst verursachte EMF der Selbstinduktion, dass dieser ansteigt, und hält ihn im Gegenteil beim Abstieg aufrecht.

Wenden wir uns nun dem Diagramm der Spulenspannung zu (siehe Abb. 1). In diesem Diagramm ist die Sinuswelle der Spulenklemmenspannung gleich und entgegengesetzt zur Sinuswelle der Selbstinduktivitäts-EMK dargestellt. Daher ist die Spannung an den Anschlüssen der Spule zu jedem Zeitpunkt gleich und entgegengesetzt der darin entstehenden EMK der Selbstinduktion. Diese Spannung wird von einem Generator erzeugt und löscht die Wirkung im EMF-Selbstinduktionskreis.

Daher entsteht in einer an einen Wechselstromkreis angeschlossenen Induktivität ein Widerstand, wenn Strom fließt. Da ein solcher Widerstand jedoch letztendlich eine Induktivität der Spule induziert, wird er als induktiver Widerstand bezeichnet.

Der induktive Widerstand wird mit XL bezeichnet und als Widerstand in Ohm gemessen.

Der induktive Widerstand des Stromkreises ist umso größer, je größer aktuelle QuellenfrequenzStromkreisversorgung und größere Stromkreisinduktivität. Daher ist der induktive Widerstand eines Stromkreises direkt proportional zur Frequenz des Stroms und der Induktivität des Stromkreises; wird durch die Formel XL = ωL bestimmt, wobei ω – Kreisfrequenz, bestimmt durch das Produkt 2πe… – Stromkreisinduktivität in n.

Ohm'sches Gesetz für einen Wechselstromkreis, der einen induktiven Widerstand enthält, klingt Folgendes: Die Strommenge ist direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum induktiven Widerstand von NSi, d. h. I = U / XL, wobei I und U die effektiven Strom- und Spannungswerte sind und xL der induktive Widerstand des Stromkreises ist.

Betrachten wir die Diagramme der Stromänderung in der Spule. EMF der Selbstinduktion und Spannung an seinen Anschlüssen haben wir darauf geachtet, dass die Änderung in ihnen vWerte zeitlich nicht zusammenfallen. Mit anderen Worten: Es stellte sich heraus, dass die Strom-, Spannungs- und Selbstinduktions-EMF-Sinuskurven für die betrachtete Schaltung relativ zueinander zeitlich verschoben waren. In der Wechselstromtechnik wird dieses Phänomen üblicherweise als Phasenverschiebung bezeichnet.

Wenn sich zwei veränderliche Größen nach dem gleichen Gesetz (in unserem Fall sinusförmig) mit den gleichen Perioden ändern, gleichzeitig ihren Maximalwert sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung erreichen und auch gleichzeitig auf Null absinken, dann haben solche veränderlichen Größen die gleichen Phasen oder, wie man so schön sagt, in Phase übereinstimmen.

Abbildung 3 zeigt beispielhaft phasenangepasste Strom- und Spannungsverläufe. Wir beobachten eine solche Phasenanpassung immer in einem Wechselstromkreis, der nur aus aktiven Widerständen besteht.

Für den Fall, dass der Stromkreis induktive Widerstände, Strom- und Spannungsphasen enthält, wie in Abb. 1 stimmen nicht überein, d. h. es liegt eine Phasenverschiebung zwischen diesen Variablen vor. Die Stromkurve scheint in diesem Fall der Spannungskurve um ein Viertel der Periode hinterherzuhinken.

Wenn daher eine Induktivität in einen Wechselstromkreis einbezogen wird, kommt es im Stromkreis zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, und der Strom eilt der Spannung in der Phase um ein Viertel der Periode nach... Das bedeutet, dass der maximale Strom um ein Viertel auftritt des Zeitraums nach Erreichen der Maximalspannung.

Die EMF der Selbstinduktion ist gegenphasig zur Spannung der Spule und hinkt dem Strom um ein Viertel der Periode hinterher. In diesem Fall ist die Periode der Änderung des Stroms, der Spannung sowie der EMF der Die Selbstinduktion ändert sich nicht und bleibt gleich der Änderungsperiode der Spannung des Generators, der den Stromkreis speist. Auch der sinusförmige Charakter der Änderung dieser Werte bleibt erhalten.

Abbildung 3. Phasenanpassung von Strom und Spannung in einem aktiven Widerstandskreis

Lassen Sie uns nun den Unterschied zwischen einer Generatorlast mit aktivem Widerstand und einer Last mit induktivem Widerstand verstehen.

Wenn ein Wechselstromkreis nur einen aktiven Widerstand enthält, wird die Energie der Stromquelle im aktiven Widerstand absorbiert. Erhitzen des Drahtes.

Wenn der Stromkreis keinen aktiven Widerstand enthält (wir betrachten ihn normalerweise als Null), sondern nur aus dem induktiven Widerstand der Spule besteht, wird die Energie der Stromquelle nicht für die Erwärmung der Drähte aufgewendet, sondern nur für die Erzeugung einer EMF der Selbstinduktion , das heißt, es wird zur Energie des Magnetfelds ... Der Wechselstrom ändert sich jedoch ständig sowohl in seiner Größe als auch in seiner Richtung und daher Magnetfeld Die Spule verändert sich kontinuierlich im Takt der Stromänderung. Während des ersten Viertels der Periode, wenn der Strom ansteigt, erhält der Stromkreis Energie von der Stromquelle und speichert sie im Magnetfeld der Spule. Sobald der Strom jedoch nach Erreichen seines Maximums abnimmt, wird er auf Kosten der im Magnetfeld der Spule durch die EMK der Selbstinduktion gespeicherten Energie aufrechterhalten.

Daher erhält die Stromquelle, nachdem sie im ersten Viertel der Periode einen Teil ihrer Energie an den Stromkreis abgegeben hat, diesen im zweiten Viertel von der Spule zurück, die als eine Art Stromquelle fungiert. Mit anderen Worten: Ein Wechselstromkreis, der nur induktiven Widerstand enthält, verbraucht keine Energie: In diesem Fall gibt es eine Energieschwankung zwischen der Quelle und dem Stromkreis. Der aktive Widerstand hingegen absorbiert die gesamte von der Stromquelle auf ihn übertragene Energie.

Im Gegensatz zu einem ohmschen Widerstand gilt eine Induktivität gegenüber einer Wechselstromquelle als inaktiv, d. h. reaktiv... Daher wird der induktive Widerstand der Spule auch Reaktanz genannt.

Stromanstiegskurve beim Schließen eines Stromkreises mit einer Induktivität – Transienten in Stromkreisen.

Früher in diesem Thread: Strom für Dummies / Grundlagen der Elektrotechnik

Was lesen andere?

# 1 Gepostet von: Alexander (4. März 2010, 17:45 Uhr)

   
Ist der Strom in Phase mit der EMK des Generators? Und sein Wert nimmt ab?

#2 schrieb: Administrator (7. März 2010 16:35 Uhr)

   
In einem Wechselstromkreis, der nur aus aktiven Widerständen besteht, stimmen die Strom- und Spannungsphasen überein.
       

# 3 schrieb: Alexander (10. März 2010 09:37)

   
Warum ist die Spannung gleich und entgegengesetzt zur EMK der Selbstinduktion, denn in dem Moment, in dem die EMK der Selbstinduktion maximal ist, ist die EMK des Generators gleich Null und kann diese Spannung nicht erzeugen? Woher kommt (die Spannung)?

* Ist der durch den Stromkreis fließende Strom in einem Stromkreis mit nur einer Induktivität ohne aktiven Widerstand in Phase mit der EMK des Generators (der EMK, die von der Rahmenposition abhängt (bei einem normalen Generator), nicht der Generatorspannung)?