inductor de CA

Considere un circuito que contiene un inductor y suponga que la resistencia del circuito, incluido el alambre de la bobina, es tan pequeña que puede despreciarse. En este caso, conectar la bobina a una fuente de corriente continua daría como resultado un cortocircuito, en el que, como es sabido, la corriente en el circuito sería muy grande.

La situación es diferente cuando la bobina está conectada a una fuente de CA. En este caso, no se produce ningún cortocircuito. Esta espectáculos. ¿Qué resiste un inductor al paso de corriente alterna a través de él?

¿Cuál es la esencia de esta resistencia y cómo está condicionada?

Para responder a esta pregunta, recuerda fenómeno de autoinducción… Cualquier cambio de corriente en la bobina provoca que aparezca en ella una FEM de autoinducción, lo que impide un cambio de corriente. El valor de EMF de autoinducción es directamente proporcional a el valor de la inductancia de la bobina y la tasa de cambio de la corriente en él. Pero desde corriente alterna cambia continuamente La radiación electromagnética por autoinducción que aparece continuamente en la bobina crea una resistencia a la corriente alterna.

Para entender los procesos que tienen lugar en circuitos de corriente alterna con el inductor, vea el gráfico.La figura 1 muestra líneas curvas que caracterizan, respectivamente, la marca en el circuito, el voltaje en la bobina y la fem de autoinducción que se produce en ella. Asegurémonos de que las construcciones realizadas en la figura sean correctas.

circuito de CA con un inductor

A partir del momento t = 0, es decir, desde el momento inicial de observar la corriente, esta comienza a aumentar rápidamente, pero a medida que se acerca a su valor máximo, la tasa de aumento de la corriente disminuye. En el momento en que la corriente alcanzó su valor máximo, la velocidad de su cambio se volvió momentáneamente igual a cero, es decir, el cambio de corriente se detuvo. Luego, la corriente inicialmente comenzó lentamente y luego disminuyó rápidamente, y después del segundo trimestre del período cayó a cero. La tasa de cambio de la corriente durante este trimestre del período, aumentando desde la viñeta, alcanza el valor más alto cuando la corriente se vuelve igual a cero.

Figura 2. La naturaleza de los cambios en la corriente a lo largo del tiempo, según la magnitud de la corriente.

A partir de las construcciones de la Figura 2, se puede ver que cuando la curva de corriente pasa por el eje del tiempo, la corriente aumenta en un período de tiempo corto T más que en el mismo período de tiempo cuando la curva de corriente alcanza su punto máximo.

Por lo tanto, la tasa de cambio de la corriente disminuye a medida que la corriente aumenta y aumenta a medida que la corriente disminuye, independientemente de la dirección de la corriente en el circuito.

Es obvio que la fem de la autoinducción en la bobina debe ser mayor cuando la velocidad de cambio de la corriente es mayor, y disminuir a cero cuando cesa su cambio. De hecho, en el gráfico, la curva EMF de autoinducción eL en el primer cuarto del período, a partir del valor máximo, cayó a cero (ver Fig. 1).

Durante el siguiente cuarto del período, la corriente desde el valor máximo se reduce a cero, pero la velocidad de su cambio aumenta gradualmente y es mayor en el momento en que la corriente es igual a cero. En consecuencia, el EMF de la autoinducción durante este cuarto del período, apareciendo nuevamente en la bobina, aumenta gradualmente y resulta ser un máximo hasta que la corriente se vuelve igual a cero.

Sin embargo, la dirección de la fem de autoinducción cambió en la dirección opuesta, ya que el aumento de corriente en el primer trimestre del período fue reemplazado en el segundo trimestre por su disminución.

Circuito con inductancia

Continuando con la construcción de la curva de EMF de autoinducción, estamos convencidos de que durante el período de cambio de corriente en la bobina y EMF de autoinducción completará un período completo de su cambio. Su dirección está determinada ley de Lenz: con un aumento en la corriente, la fem de autoinducción se dirigirá contra la corriente (el primer y tercer trimestre del período), y con una disminución en la corriente, por el contrario, coincide con ella en la dirección ( el segundo y cuarto trimestre del período).

Por tanto, la FEM de autoinducción provocada por la propia corriente alterna impide que ésta aumente, y por el contrario la mantiene al descender.

Pasemos ahora al gráfico de voltaje de la bobina (ver Fig. 1). En este gráfico, la onda sinusoidal del voltaje terminal de la bobina se muestra igual y opuesta a la onda sinusoidal de la fem de autoinducción. Por lo tanto, el voltaje en los terminales de la bobina en cualquier instante de tiempo es igual y opuesto al EMF de autoinducción que surge en él. Este voltaje es creado por un alternador y apaga la acción en el circuito de autoinducción EMF.

Por lo tanto, en un inductor conectado a un circuito de CA, se crea resistencia cuando fluye la corriente. Pero dado que tal resistencia eventualmente induce la inductancia de la bobina, entonces se llama resistencia inductiva.

La resistencia inductiva se indica con XL y se mide, como resistencia, en ohmios.

La resistencia inductiva del circuito es mayor cuanto mayor frecuencia de fuente actualalimentación del circuito y mayor inductancia del circuito. Por tanto, la resistencia inductiva de un circuito es directamente proporcional a la frecuencia de la corriente ya la inductancia del circuito; está determinada por la fórmula XL = ωL, donde ω — frecuencia circular determinada por el producto 2πe… — inductancia del circuito en n.

Ley de Ohm para un circuito de CA que contiene una resistencia inductiva suena Por lo tanto: la cantidad de corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia inductiva de NSi, es decir I = U / XL, donde I y U son los valores efectivos de corriente y voltaje, y xL es la resistencia inductiva del circuito.

Considerando los gráficos del cambio de corriente en la bobina. EMF de autoinducción y voltaje en sus terminales, prestamos atención al hecho de que el cambio en ellos vValores no coincide en el tiempo. En otras palabras, las sinusoides EMF de corriente, voltaje y autoinducción resultaron estar desplazadas en el tiempo entre sí para el circuito en consideración. En la tecnología de CA, este fenómeno se denomina comúnmente cambio de fase.

Si dos cantidades variables cambian de acuerdo con la misma ley (en nuestro caso sinusoidal) con los mismos períodos, alcanzan simultáneamente su valor máximo tanto en dirección directa como inversa, y también disminuyen simultáneamente a cero, entonces tales cantidades variables tienen las mismas fases o, como dicen, partido en fase.

Como ejemplo, la Figura 3 muestra curvas de tensión y corriente de fase coincidente. Siempre observamos tal coincidencia de fase en un circuito de CA que consta solo de resistencia activa.

En el caso de que el circuito contenga resistencia inductiva, fases de corriente y voltaje, como se ve en la Fig. 1 no coinciden, es decir, hay un cambio de fase entre estas variables. La curva de corriente en este caso parece retrasarse con respecto a la curva de voltaje en una cuarta parte del período.

Por lo tanto, cuando se incluye un inductor en un circuito de CA, se produce un cambio de fase entre la corriente y el voltaje en el circuito, y la corriente se retrasa con respecto al voltaje en fase una cuarta parte del período... Esto significa que la corriente máxima se produce una cuarta parte del período después de alcanzar el voltaje máximo.

El EMF de la autoinducción está en contrafase con el voltaje de la bobina, atrasado con respecto a la corriente en una cuarta parte del período. En este caso, el período de cambio de la corriente, el voltaje, así como el EMF del la autoinducción no cambia y permanece igual al período de cambio del voltaje del generador que alimenta el circuito. También se conserva la naturaleza sinusoidal del cambio en estos valores.

Figura 3. Coincidencia de fase de corriente y voltaje en un circuito de resistencia activa

Comprendamos ahora la diferencia entre una carga de alternador con resistencia activa y una carga con su resistencia inductiva.

Cuando un circuito de CA contiene solo una resistencia activa, la energía de la fuente de corriente se absorbe en la resistencia activa, calentar el alambre.

Cuando el circuito no contiene resistencia activa (generalmente la consideramos cero), sino que consiste solo en la resistencia inductiva de la bobina, la energía de la fuente de corriente no se gasta en calentar los cables, sino solo en crear un EMF de autoinducción , es decir, se convierte en la energía del campo magnético ... La corriente alterna, sin embargo, cambia constantemente tanto en magnitud como en dirección, y por lo tanto, campo magnético la bobina está cambiando continuamente al mismo tiempo que cambia la corriente. Durante el primer cuarto del período, cuando la corriente aumenta, el circuito recibe energía de la fuente de corriente y la almacena en el campo magnético de la bobina. Pero tan pronto como la corriente, habiendo alcanzado su máximo, comienza a disminuir, se mantiene a expensas de la energía almacenada en el campo magnético de la bobina por la fem de autoinducción.

Por lo tanto, la fuente de corriente, habiendo cedido parte de su energía al circuito en el primer cuarto del período, la recibe de vuelta de la bobina en el segundo cuarto, que actúa como una especie de fuente de corriente. En otras palabras, un circuito de CA que contiene solo resistencia inductiva no consume energía: en este caso, hay una fluctuación de energía entre la fuente y el circuito. La resistencia activa, por el contrario, absorbe toda la energía que se le transfiere desde la fuente actual.

Se dice que un inductor, a diferencia de una resistencia óhmica, está inactivo con respecto a una fuente de CA, es decir, reactivo... Por lo tanto, la resistencia inductiva de la bobina también se llama reactancia.

Curva de aumento de corriente al cerrar un circuito que contiene una inductancia — transitorios en circuitos electricos.

Anteriormente en este hilo: Electricidad para tontos / Fundamentos de la ingeniería eléctrica.

¿Qué están leyendo los demás?

#1 Publicado por: Alexander (4 de marzo de 2010 17:45)

   
¿Está la corriente en fase con la fem del generador? ¿Y su valor disminuye?

#2 escribió: administrador (7 de marzo de 2010 4:35 p. m.)

   
En un circuito de CA que consta solo de resistencia activa, las fases de corriente y voltaje coinciden.
       

#3 escribió: Alexander (10 de marzo de 2010 09:37)

   
¿Por qué el voltaje es igual y opuesto al EMF de la autoinducción, después de todo, en el momento en que el EMF de la autoinducción es máximo, el EMF del generador es igual a cero y no puede crear este voltaje? ¿De dónde viene (la tensión)?

* En un circuito con un solo inductor que no tiene resistencia activa, ¿la corriente que fluye a través del circuito está en fase con la fem del generador (la fem que depende de la posición del marco (en un generador regular), no del voltaje del generador)?