Resistori contro induttori

Gli induttori non si comportano allo stesso modo dei resistori. Mentre i resistori si oppongono semplicemente al flusso di corrente attraverso di essi (facendo cadere una tensione direttamente proporzionale alla corrente), gli induttori si oppongono ai cambiamenti di corrente attraverso di essi, facendo cadere una tensione direttamente proporzionale alla velocità di cambiamento della corrente.

Secondo la Legge di Lenz, questa tensione indotta è sempre di una polarità tale da cercare di mantenere la corrente al suo valore attuale., Cioè, se la corrente aumenta di grandezza, la tensione indotta “spingerà contro” il flusso di corrente; se la corrente sta diminuendo, la polarità si invertirà e “spingerà con” la corrente per opporsi alla diminuzione.

Questa opposizione al cambiamento corrente è chiamata reattanza, piuttosto che resistenza., Espressa matematicamente, il rapporto tra la tensione scendeva attraverso l’induttore e il tasso di variazione di corrente attraverso l’induttore è in quanto tale:

la Corrente Alternata in un Semplice Circuito Induttivo

L’espressione di/dt è uno da calcolo, il che significa che il tasso di cambio corrente istantanea (i) nel corso del tempo, in ampere al secondo.

L’induttanza (L) è in Henrys e la tensione istantanea (e), ovviamente, è in volt., A volte troverai la velocità di tensione istantanea espressa come ” v “invece di” e” (v = L di/dt), ma significa esattamente la stessa cosa.

Per mostrare cosa succede con la corrente alternata, analizziamo un semplice circuito induttore:

Circuito induttivo puro: la corrente dell’induttore ritarda la tensione dell’induttore di 90°.

Se dovessimo tracciare la corrente e la tensione per questo circuito molto semplice, sarebbe simile a questo:

Circuito induttivo puro, forme d’onda.,

Ricorda, la tensione caduta attraverso un induttore è una reazione contro il cambiamento di corrente attraverso di esso.

Pertanto, la tensione istantanea è zero ogni volta che la corrente istantanea è a un picco (variazione zero, o pendenza del livello, sull’onda sinusoidale corrente) e la tensione istantanea è a un picco ovunque la corrente istantanea sia al massimo cambiamento (i punti di pendenza più ripida sull’onda corrente, dove attraversa la linea dello zero).

Ciò si traduce in un’onda di tensione che è di 90° fuori fase con l’onda corrente., Guardando il grafico, l’onda di tensione sembra avere un “vantaggio” sull’onda corrente; la tensione “conduce” la corrente e la corrente “ritarda” dietro la tensione.

Corrente ritarda la tensione di 90° in un circuito induttivo puro.

Le cose diventano ancora più interessanti quando tracciamo la potenza per questo circuito:

In un circuito induttivo puro, la potenza istantanea può essere positiva o negativa.,

Poiché la potenza istantanea è il prodotto della tensione istantanea e della corrente istantanea (p=ie), la potenza è uguale a zero ogni volta che la corrente istantanea o la tensione è zero. Ogni volta che la corrente istantanea e la tensione sono entrambi positivi (sopra la linea), la potenza è positiva.

Come nell’esempio del resistore, la potenza è positiva anche quando la corrente istantanea e la tensione sono entrambe negative (sotto la linea).,

Tuttavia, poiché le onde di corrente e tensione sono fuori fase di 90°, ci sono momenti in cui una è positiva mentre l’altra è negativa, con conseguenti occorrenze altrettanto frequenti di potenza istantanea negativa.

Che cosa è potere negativo?

Ma cosa significa potere negativo? Significa che l’induttore sta rilasciando energia al circuito, mentre una potenza positiva significa che sta assorbendo energia dal circuito.,

Poiché i cicli di potenza positivi e negativi sono uguali in grandezza e durata nel tempo, l’induttore rilascia al circuito la stessa potenza che assorbe nell’arco di un ciclo completo.

Ciò significa in senso pratico che la reattanza di un induttore dissipa l’energia netta di zero, a differenza della resistenza di un resistore, che dissipa l’energia sotto forma di calore. Intendiamoci, questo è solo per induttori perfetti, che non hanno resistenza al filo.

Reattanza vs., Resistenza

L’opposizione di un induttore al cambiamento di corrente si traduce in un’opposizione alla corrente alternata in generale, che per definizione cambia sempre in grandezza e direzione istantanea.

Questa opposizione alla corrente alternata è simile alla resistenza ma diversa in quanto si traduce sempre in uno sfasamento tra corrente e tensione e dissipa la potenza zero. A causa delle differenze, ha un nome diverso: reattanza. La reattanza all’AC è espressa in ohm, proprio come la resistenza, tranne che il suo simbolo matematico è X invece di R.,

Per essere precisi, la reattanza associata a un induttore è solitamente simboleggiata dalla lettera maiuscola X con una lettera L come pedice, come questo: XL.

Poiché gli induttori diminuiscono la tensione in proporzione al tasso di cambiamento di corrente, cadranno più tensione per le correnti che cambiano più velocemente e meno tensione per le correnti che cambiano più lentamente. Ciò significa che la reattanza in ohm per qualsiasi induttore è direttamente proporzionale alla frequenza della corrente alternata., La formula esatta per determinare la reattanza è la seguente:

Se esponiamo un induttore da 10 mH a frequenze di 60, 120 e 2500 Hz, manifesterà le reazioni nella tabella seguente.

Reattanza di 10 mH induttore:

Frequenza (Hertz) Reattanza (Ohm)
60 3.7699
120 7.5398
2500 157.,0796

Nell’equazione di reattanza, il termine “2nf” (tutto sul lato destro tranne la L) ha un significato speciale a se stesso. È il numero di radianti al secondo a cui la corrente alternata “ruota”, se si immagina un ciclo di CA per rappresentare la rotazione di un cerchio completo.

Un radiante è un’unità di misura angolare: ci sono 2π radianti in un cerchio completo, così come ci sono 360° in un cerchio completo., Se l’alternatore che produce il CA è un’unità bipolare, produrrà un ciclo per ogni giro completo di rotazione dell’asse, che è ogni radianti 2π, o 360°.

Se questa costante di 2π viene moltiplicata per la frequenza in Hertz (cicli al secondo), il risultato sarà una cifra in radianti al secondo, nota come velocità angolare del sistema AC.

Velocità angolare nei sistemi AC

La velocità angolare può essere rappresentata dall’espressione 2nf, o può essere rappresentata dal suo simbolo, la lettera greca minuscola omega, che appare simile al nostro minuscolo romano “w”: ω., Pertanto, la formula di reattanza XL = 2nfL potrebbe anche essere scritta come XL = wL.

Si deve comprendere che questa “velocità angolare” è un’espressione di quanto rapidamente le forme d’onda AC stanno ciclando, un ciclo completo è uguale a 2π radianti. Non è necessariamente rappresentativo della velocità effettiva dell’albero dell’alternatore che produce il CA.

Se l’alternatore ha più di due poli, la velocità angolare sarà un multiplo della velocità dell’albero., Per questo motivo, ω è talvolta espresso in unità di radianti elettrici al secondo piuttosto che radianti (semplici) al secondo, in modo da distinguerlo dal movimento meccanico.

In qualsiasi modo esprimiamo la velocità angolare del sistema, è evidente che è direttamente proporzionale alla reattanza in un induttore. Quando la frequenza (o la velocità dell’albero dell’alternatore) viene aumentata in un sistema AC, un induttore offrirà una maggiore opposizione al passaggio della corrente e viceversa.,

La corrente alternata in un circuito induttivo semplice è uguale alla tensione (in volt) divisa per la reattanza induttiva (in ohm), così come la corrente alternata o continua in un circuito resistivo semplice è uguale alla tensione (in volt) divisa per la resistenza (in ohm). Un esempio di circuito è mostrato di seguito:

reattanza Induttiva

Angoli di Fase

Tuttavia, dobbiamo tenere a mente che tensione e corrente non sono in fase di qui., Come mostrato in precedenza, la tensione ha uno sfasamento di + 90° rispetto alla corrente. Se rappresentiamo matematicamente questi angoli di fase di tensione e corrente sotto forma di numeri complessi, troviamo che l’opposizione di un induttore alla corrente ha anche un angolo di fase:

La corrente ritarda la tensione per 90° in un induttore.

Matematicamente, diciamo che l’angolo di fase dell’opposizione di un induttore alla corrente è di 90°, il che significa che l’opposizione di un induttore alla corrente è una quantità immaginaria positiva., Questo angolo di fase di opposizione reattiva alla corrente diventa di fondamentale importanza nell’analisi del circuito, specialmente per circuiti AC complessi in cui reattanza e resistenza interagiscono.

Si rivelerà utile rappresentare l’opposizione di qualsiasi componente alla corrente in termini di numeri complessi piuttosto che di quantità scalari di resistenza e reattanza.

RECENSIONE:

  • La reattanza induttiva è l’opposizione che un induttore offre alla corrente alternata a causa del suo accumulo sfasato e del rilascio di energia nel suo campo magnetico., La reattanza è simboleggiata dalla lettera maiuscola ” X ” e viene misurata in ohm proprio come la resistenza (R).
  • La reattanza induttiva può essere calcolata usando questa formula: XL = 2nfL
  • La velocità angolare di un circuito CA è un altro modo di esprimere la sua frequenza, in unità di radianti elettrici al secondo invece di cicli al secondo. È simboleggiato dalla lettera greca minuscola “omega” o ω.
  • La reattanza induttiva aumenta con l’aumentare della frequenza. In altre parole, maggiore è la frequenza, più si oppone al flusso AC di elettroni.,

FOGLI DI LAVORO CORRELATI:

  • Foglio di lavoro induttori
  • Foglio di lavoro a reattanza induttiva