المقاومة في دائرة التيار المتردد سعوية نشطة. المفاعلة الحثية في دائرة التيار المتردد
هناك نوعان - نشط ومتفاعل. يتم تمثيل العنصر النشط بالمقاومات والمصابيح المتوهجة وملفات التسخين وما إلى ذلك. وبعبارة أخرى، جميع العناصر التي يتدفق فيها التيار بشكل مباشر عمل مفيدأو، حالة خاصة، يسبب التسخين المطلوب للموصل. وفي المقابل، رد الفعل هو مصطلح عام. إنه يشير إلى المفاعلة السعوية والاستقرائية. في عناصر الدائرة مع المفاعلة، عند المرور التيار الكهربائيتحدث تحولات الطاقة المتوسطة المختلفة. يقوم المكثف (السعة) بتجميع الشحنة ثم إطلاقها في الدائرة. مثال آخر هو المفاعلة الحثية للملف، حيث يتم تحويل جزء من الطاقة الكهربائية إلى مجال مغناطيسي.
في الواقع، لا توجد مقاومات نشطة أو متفاعلة "نقية". هناك دائما عنصر معاكس. على سبيل المثال، عند حساب الأسلاك لخطوط الكهرباء لمسافات طويلة، لا يتم أخذ السعة فقط في الاعتبار. وعند النظر في المفاعلة الحثية، عليك أن تتذكر أن كلا من الموصلات ومصدر الطاقة يقومون بإجراء تعديلاتهم الخاصة على الحسابات.
تعريف المقاومة الكليةقسم الدائرة، فمن الضروري إضافة المكونات النشطة والمتفاعلة. علاوة على ذلك، من المستحيل الحصول على مجموع مباشر باستخدام عملية رياضية عادية، لذلك يستخدمون طريقة الجمع الهندسية (المتجهة). تنفيذ البناء المثلث الأيمن، حيث يمثل ساقاها المقاومة النشطة والحثية، ويكون الوتر كليًا. طول المقاطع يتوافق مع القيم الحالية.
خذ بعين الاعتبار المفاعلة الحثية في الدائرة تكييف. لنتخيل دائرة بسيطة تتكون من مصدر طاقة (EMF, E)، ومقاوم (مكون نشط، R) وملف (محاثة، L). نظرًا لأن المفاعلة الحثية تنشأ بسبب القوة الدافعة الكهربية الحثية الذاتية (Esi) في لفات الملف، فمن الواضح أنها تزداد مع زيادة محاثة الدائرة وزيادة قيمة التيار المتدفق عبر الدائرة .
يبدو قانون أوم لمثل هذه الدائرة كما يلي:
ه + ه سي = أنا*ر.
بعد تحديد مشتق التيار مع الزمن (I pr)، يمكننا حساب الحث الذاتي:
E si = -L*I العلاقات العامة.
تشير علامة "-" في المعادلة إلى أن عمل Esi موجه ضد التغير في القيمة الحالية. تنص قاعدة لينز على أنه مع أي تغيير في التيار، يحدث قوة دافعة حثية ذاتية. وبما أن مثل هذه التغييرات في الدوائر طبيعية (وتحدث باستمرار)، فإن E SI يشكل مقاومة كبيرة أو، وهذا صحيح أيضا، المقاومة. في حالة مصدر الطاقة، لا يوجد هذا الاعتماد، وإذا حاولت توصيل ملف (محاثة) بمثل هذه الدائرة، فقد تحدث دائرة قصر كلاسيكية.
للتغلب على Esi، يجب أن يخلق مصدر الطاقة فرق جهد عند أطراف الملف بحيث يكفي، على الأقل، للتعويض عن المقاومة Esi. ويترتب على ذلك:
يو كات = -E سي.
بمعنى آخر، الجهد عبر الحث يساوي عدديًا القوة الدافعة الكهربائية للتحريض الذاتي.
وبما أنه مع زيادة التيار في الدائرة، فإن مجال الدوامة المولدة يزداد بدوره، مما يسبب زيادة في التيار المعاكس في الحث، يمكننا القول أن هناك تحول طور بين الجهد والتيار. تتبع إحدى الميزات: نظرًا لأن المجال الكهرومغناطيسي ذاتي الحث يمنع أي تغيير في التيار، فعندما يزداد (الربع الأول من الفترة على الشكل الجيبي)، يتم إنشاء تيار معاكس بواسطة المجال، ولكن عندما ينخفض (الربع الثاني ) ، على العكس من ذلك، يتم توجيه التيار المستحث بشكل مشترك مع التيار الرئيسي. أي أنه إذا افترضنا نظريًا وجود مصدر طاقة مثالي بدون مقاومة داخلية ومحاثة بدون مكون نشط، فإن تقلبات الطاقة "ملف المصدر" يمكن أن تحدث إلى أجل غير مسمى.
وبالتالي فإن الجهد عبر الحث يختلف باختلاف القانون الدوريمع السعة، ولكن تذبذبات الجهد عبر الحث تكون متقدمة عن التذبذبات الحالية في الطور بمقدار . يظهر الشكل 1 التبعيات الزمنية للتيار والجهد عبر الحث. 7.5.
السبب الجسديحدوث فرق الطور بين التيار والجهد عبر الحث هو كما يلي. مع زيادة التيار في المحرِّض، يظهر تيار مستحث، والذي في هذه الحالة سيتم توجيهه، وفقًا لقاعدة لينز، نحو التيار الرئيسي. ولذلك، فإن التغير في التيار سيكون خارج الطور مع التغير في الجهد. بمقارنة التعبير الخاص بقانون أوم، يمكنك أن ترى أن الكمية تلعب دور المقاومة. ويسمى عادة مفاعلة حثي. مفاعلة حثييعتمد على التردد، لذلك عند الترددات العالية، حتى الحثات الصغيرة يمكن أن تقدم مقاومة كبيرة للتيارات المتناوبة. بالنسبة للتيار المباشر، الحث ليس مقاومة.
في مخطط المتجه (الشكل 7.6)، يتم تدوير المتجه المقابل لتقلبات الجهد عبر الحث بالنسبة إلى المحور الحالي، وطوله يساوي السعة.
يتم استخدام المفاعلة الحثية لبناء الاختناقات، وهي عبارة عن ملفات سلكية يتم إدخالها في دائرة التيار المتردد. يتيح إدخال الاختناقات إمكانية تنظيم القوة الحالية، دون فقدان الطاقة الإضافية المرتبطة بإطلاق الحرارة وفقًا لقانون Joule-Lenz.
توضيح
إذا كان استخدام عناصر الرياضيات العليا عند دراسة هذا القسم يسبب صعوبات، فيمكنك استخدام أفكار حول الزيادات الصغيرة من المتغيرات
وفي القضية قيد النظر أ. يتم موازنة الجهد المطبق تمامًا من خلال القوة الدافعة الكهربائية للحث الذاتي. إذا كان التيار في الدائرة، فإن انخفاض الجهد عبر الحث يساوي. التغير في القوة الحالية خلال فترة زمنية قصيرة يساوي
وبما أن الوقت قصير، إذن. من هنا نحصل على ذلك. سيكون الجهد عبر الحث مساوياً لـ
وهكذا نصل إلى نفس النتيجة: يتغير الجهد عبر الحث وفقًا لقانون دوري مع السعة، لكن تقلبات الجهد عبر الحث تسبق التقلبات الحالية بمقدار.
سلسلة ذات قدرة
لنفكر في دائرة التيار المتردد التي يوجد بها قسم يحتوي على مكثف ذو سعة (الشكل 7.7)؛ يمكن إهمال الحث والمقاومة. إن وجود مكثف في الدائرة يمنع مرور التيار المباشر من خلالها. في هذه الحالة، فإن فرق الجهد عبر ألواح المكثف يعوض تمامًا القوة الدافعة الكهربية. ومع ذلك، يمكن أن يوجد تيار متردد في مثل هذه الدائرة، لأن الشحنة الموجودة على الألواح تتغير بمرور الوقت. انخفاض الجهد عبر المكثف. إذا كانت الشحنة على ألواح المكثف ستكون مساوية لـ . في هذه الصيغة، تعني شحنة ثابتة للمكثف، غير مرتبطة بتقلبات التيار. سنعتبرها تساوي صفرًا. وبالتالي فإن الجهد على لوحات المكثف سيكون مساوياً لـ:
أين هو اتساع تقلبات الجهد.
من المقارنة مع قانون أوم يتضح أن الكمية تلعب دور المقاومة، وعادة ما يطلق عليها اسم السعة التفاعلية. مثل المقاومة الأومية، يتم التعبير عن السعة بوحدات النظام الدولي للأوم. يرجى ملاحظة أن الصيغة تحدد العلاقة بين القيم القصوى للتيار والجهد. ومع ذلك، لا يمكن اعتبارها علاقة بين القيم اللحظية للتيار والجهد، كما في حالة قانون أوم للتيار المباشر، حيث أن هناك فرق طور بين الجهد والتيار، وقيمهما القصوى ليست كذلك يتحقق في وقت واحد.
الصيغة سهلة الاختبار تجريبيا. إذا قمت بإنشاء دائرة تحتوي على مكثف متغير، ومصباح كهربائي متوهج ومصدر تيار متردد، يمكنك أن ترى أنه كلما زادت سعة المكثف، كلما زاد سطوع المصباح الكهربائي، أي كلما زاد التيار في الدائرة. تعتمد السعة أيضًا على التردد. لذلك، في جدا ترددات عاليةحتى السعات الصغيرة يمكن أن تقدم مقاومة قليلة جدًا للتيار المتردد. بالنسبة للتيار المباشر، تمثل السعة مقاومة كبيرة بلا حدود، لذا فإن التيار المباشر في مثل هذه الدائرة موجود فقط في الربع الأول من الفترة التي يتم فيها شحن المكثف. ثم يتوقف التيار، وتكون الدائرة مفتوحة للتيار المباشر. يوجد تيار متناوب في مثل هذه الدائرة، وفي الترددات العالية، تمثل السعات الصغيرة مقاومات صغيرة.
يظهر الرسم البياني للتغيرات في التيار والجهد عبر المكثف في الشكل. 7.8. يتغير الجهد الموجود على المكثف، مثل التيار، وفقًا لقانون توافقي، لكن تقلبات الجهد تتأخر عن تقلبات التيار في الطور بمقدار . المعنى الجسدييتم شرح هذا التأثير ببساطة. عندما يبدأ الجهد في الارتفاع، تكون الشحنة على ألواح المكثف صفرًا، وبالتالي تتدفق الشحنة دون عوائق إلى الألواح ويكون التيار مرتفعًا. عندما يقترب الجهد من قيمته القصوى، فإن الشحنة المتراكمة بالفعل على ألواح المكثف تمنع المزيد من تدفق الشحنة، وينخفض التيار في الدائرة إلى الصفر. علاوة على ذلك، عندما ينخفض الجهد، تبدأ الشحنة المتراكمة على الصفائح في مغادرة الصفائح، ويزداد التيار، لكن التيار يتدفق في الاتجاه المعاكس. وهذا يعني أن الجهد الكهربي الموجود على المكثف في وقت ما يتم تحديده من خلال كمية الشحن الموجودة على ألواح المكثف، والتي يتم إدخالها بواسطة التيار المتدفق بشكل أكبر مرحلة مبكرةتردد. ولذلك، فإن التقلبات الحالية تسبق الجهد الذي يحدث عبر المكثف.
في مخطط المتجه (الشكل 7.9)، يتم تدوير ناقل تذبذبات الجهد بالنسبة إلى المحور الحالي بزاوية في الاتجاه السلبي.
2.6. دائرة التيار المتردد,
تحتوي على مقاومة نشطة،
الحث والسعة
النظر في دائرة تتكون من سلسلة متصلة المقاومة النشطة، مغو، مكثف ومصدر جهد التيار المتردد ش(الشكل 7.10). لنجد قوة التيار التي سيتم تأسيسها في الدائرة عندما يتغير الجهد حسب القانون.
في حالة التيار المباشر تكون المقاومة الكلية عند اتصال تسلسلييساوي مجموع مقاومات جميع عناصر الدائرة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن إجمالي فرق الجهد عند توصيل عناصر الدائرة على التوالي يساوي مجموع قطرات الجهد عبر العناصر الفردية. وفي حالة التيار المتردد، فإن الوضع أكثر تعقيدا. التيار في جميع عناصر الدائرة له نفس القيمة وفي نفس الوقت ونفس الطور. يقود الجهد الموجود على المكثف التيار في الطور، وبالتالي، يقود بواسطة الجهد على المقاومة المتصلة على التوالي مع المكثف. في الوقت نفسه، يكون الجهد عبر المحرِّض خارج الطور مع مرور التيار، وبالتالي، خارج الطور مع الجهد عبر المكثف. لذلك، فإن الجهد الإجمالي عبر المحرِّض والمكثف يساوي فرق الجهد عبرهما ويقود الجهد عبر المقاومة في الطور بمقدار . إجمالي فرق الجهد في الدائرة بأكملها يساوي مجموع هذين الجهدين المتغيرين جيبيًا: الجهد الناتج عبر المحرِّض والمكثف والجهد عبر المقاومة النشطة. يتغير هذا الجهد أيضًا وفقًا لقانون الجيب، وتكون سعته مساوية لمعامل المجموع المتجه لسعات الجهد على جميع عناصر الدائرة. يساوي تحول الطور بين التيار والجهد في الدائرة. من مثلث. يقود طور الجهد في الحث دائمًا طور الجهد الخارجي بزاوية من 0 إلى -، وعلى المكثف يتأخر دائمًا بزاوية من 0 إلى -. تم إنشاء مخطط المتجه في الشكل 7.11 للحالة التي يكون فيها . في هذه الحالة، يكون جهد المصدر الخارجي متقدمًا في طور التيار المتدفق في الدائرة بزاوية .
أي أجهزة تستخدم لاستقبال أو نقل أو استهلاك الكهرباء لديها مقاومة.
كهربائي مقاومة - هذا قدرة عنصر كهربائي السلاسل مواجهة V الذي - التي أوآخر درجات عابر بواسطة له كهربائي حاضِر. تعتمد المقاومة بشكل عام على مادة العنصر وأبعاده ودرجة حرارته وتردد التيار ويتم قياسها أوماها (أوم). يميز نشيط (أومي)، رد الفعلو مكتمل مقاومة. ويتم تعيينهم، على التوالي، ز, X, ض. تستخدم أيضا الحروف الكبيرة ر, X, ز, في أغلب الأحيان لتعيين العناصر كهربائي الرسوم البيانية:
|
|
أرز. 1.1. مخطط كهربائي لدائرة تحتوي على اثنين مصدر المجالات الكهرومغناطيسيةمع المقاومات الداخلية ر81 ل ر62, فرعين نشطين وواحد سلبي،
متصلة في العقد أ و ب
نشيط مقاومة عنصر - هي المقاومة للتيار المباشر، أوم،
حيث p هي مقاومة المادة، أوم-م،
أ - معامل درجة الحرارة للمقاومة، درجة مئوية"1؛
ر - الفاصل الزمني لتغير درجة الحرارة، درجة مئوية؛
/ - طول الموصل، م؛
5 - المقطع العرضي للموصل م2.
يتم تفسير طبيعة المقاومة النشطة أو الأومي المرتبطة بتسخين المادة التي يتدفق من خلالها التيار من خلال اصطدام حاملات الشحنة بعقد الشبكة البلورية لهذه المادة.
إذا كانت المقاومة الكهربائية للدائرة أو عنصرها لا تعتمد على شدة التيار المار، فإن هذه الدوائر أو العناصر تسمى خطي. في خلاف ذلكتحدث عنه غير خطية السلاسل.
الموصلية (نشيط ) - القيمة المتبادلة للمقاومة الأومية وتقاس بـ سيمنز (سم):
اعتمادا على قيمة الموصلية المحددة أو
المقاومة، وتنقسم المواد الكهربائية إلى موصلات وعوازل أو عوازل (مزيد من التفاصيل في الفصلين 3 و 4).
مفاعلة حثي - وهي مقاومة العنصر المرتبطة بنشوء متغير أو تغيير حوله المجال المغنطيسي. يعتمد ذلك على تكوين العنصر وحجمه الخصائص المغناطيسيةوالتردد الحالي -
أين XL - المفاعلة الحثية، أوم؛
/ - التردد الحالي، هرتز؛
شارك = زنف - التردد الزاوي، rad/s؛
ل - محاثة عنصر الدائرة (H).
الحث يمكن تعريفه على أنه مقياس للقصور الذاتي المغناطيسي لعنصر ما فيما يتعلق به المجال الكهرومغناطيسي. من حيث المعنى، يمكن تشبيه الحث في الهندسة الكهربائية بالكتلة في الميكانيكا. على سبيل المثال، من المزيد من الحثالعنصر، كلما زادت طاقة المجال المغناطيسي التي يخزنها.
تجدر الإشارة إلى أن جميع العناصر لها مفاعلة حثية، وبالتالي تحريض بدرجات متفاوتة. الدائرة الكهربائيةالتيار المتردد: ملفات الآلات الكهربائية، والأسلاك، والإطارات، والكابلات، وما إلى ذلك. في دوائر التيار المباشر، تظهر المفاعلة التحريضية فقط في انتقالية وسائط.
ترد التعبيرات لتحديد محاثة عناصر التكوينات المختلفة في القسم 1.4.
بالسعة مقاومة هي مقاومة العنصر المرتبطة بنشوء مجال كهربائي بداخله ومن حوله. يعتمد ذلك على مادة العنصر وأبعاده وتكوينه وتردده الحالي؛ تقاس بالأوم (أوم):
كهربائي سعة يمكن تعريفه على أنه مقياس للقصور الذاتي لعنصر الدائرة الكهربائية فيما يتعلق بالمجال الكهرومغناطيسي. ينشأ المجال الكهربائي بين ألواح المكثف نتيجة لفصل الشحنات. يحدث فصل الشحن بسبب التيارات تعويضات, يتدفق في العازل بين لوحات المكثفات تحت تأثير الجهد الخارجي. يجب أن يُفهم تيار الإزاحة على أنه عملية إعادة توجيه ثنائيات القطب الكهربائية للعازل الكهربائي على طول المجال الكهرومغناطيسي. كما ترون، فإن تعريف التيار الذي اقترحه فاراداي هو الأكثر جاذبية لفهم جوهر تيارات الإزاحة.
هكذا، الطاقة الكهرومغناطيسيةتتراكم في المكثف على شكل طاقة مجال كهربائي مركزة في عازل مستقطب بين ألواح المكثف.
إذا كان الجهد المطبق على المكثف ثابتًا، تحدث شحنة واحدة، وبعد ذلك يميل التيار عبر المكثف، المتناقص، إلى الصفر. مع الجهد المتناوب، يتم إعادة شحن المكثف بشكل دوري، حيث أن التيارات المتحيزة تغير علامتها تحت تأثير الجهد الذي يغير علامتها بشكل دوري.
تقريبا جميع عناصر الدائرة الكهربائية AC و DC لها درجات متفاوتة من السعة. بالنسبة لخطوط الكهرباء، فإن مراعاة سعة الأسلاك بالنسبة لبعضها البعض وفيما يتعلق بالأرض له أهمية أساسية، لأنه يؤثر على وضع الشبكات الكهربائية. على سبيل المثال، تبلغ سعة الكابلات الكهربائية العادية حوالي 10 أوم لكل كيلومتر واحد.
في دائرة التيار المباشر، يمثل المكثف مقاومة أكبر بلا حدود: لا يمر التيار المباشر عبر العازل الذي يفصل بين ألواح المكثف. لا يكسر المكثف دائرة التيار المتردد: من خلال الشحن والتفريغ بالتناوب، فإنه يضمن حركة الشحنات الكهربائية، أي أنه يحافظ على التيار المتردد في الدائرة الخارجية. استنادا إلى نظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية (انظر الفقرة 105)، يمكننا القول أن تيار التوصيل المتناوب مغلق داخل المكثف بواسطة تيار الإزاحة. وبالتالي، بالنسبة للتيار المتردد، فإن المكثف عبارة عن مقاومة محدودة تسمى السعة.
تظهر التجربة والنظرية أن قوة التيار المتردد في السلك تعتمد بشكل كبير على الشكل المعطى لهذا السلك. ستكون القوة الحالية أكبر في حالة السلك المستقيم. إذا تم لف السلك على شكل ملف بعدد كبير من اللفات، فإن القوة الحالية فيه ستنخفض بشكل كبير: خاصة انخفاض حاديحدث التيار عند إدخال نواة مغناطيسية حديدية في هذا الملف. هذا يعني أنه بالنسبة للتيار المتردد، فإن الموصل، بالإضافة إلى المقاومة الأومية، لديه أيضًا مقاومة إضافية، والتي تعتمد على محاثة الموصل وبالتالي تسمى المفاعلة الحثية. المعنى المادي للتفاعل الاستقرائي هو كما يلي. تحت تأثير التغيرات في التيار في موصل ذو محاثة، تنشأ قوة دافعة كهربائية للحث الذاتي، مما يمنع هذه التغييرات، أي تقليل سعة التيار، وبالتالي التيار الفعال انخفاض في التيار الفعال في أ الموصل يعادل زيادة في مقاومة الموصل، أي ما يعادل ظهور مقاومة إضافية ( حثي).
دعونا الآن نحصل على تعبيرات عن المفاعلات السعوية والحثية.
1. السعة. دع الجهد الجيبي المتناوب يطبق على مكثف ذو سعة C (الشكل 258)
بإهمال انخفاض الجهد عبر المقاومة الأومية المنخفضة لأسلاك الإمداد، سنفترض أن الجهد على ألواح المكثف يساوي الجهد المطبق:
في أي وقت، تكون شحنة المكثف مساوية لمنتج سعة المكثف C والجهد (انظر الفقرة 83):
إذا تغيرت شحنة المكثف بمقدار معين خلال فترة زمنية قصيرة، فهذا يعني أن التيار يساوي
منذ سعة هذا التيار
ثم حصلنا عليه أخيرًا
دعونا نكتب الصيغة (37) في النموذج
العلاقة الأخيرة تعبر عن قانون أوم؛ الكمية التي تلعب دور المقاومة هي مقاومة المكثف للتيار المتردد، أي السعة
وبالتالي، فإن السعة تتناسب عكسيا مع التردد الدائري للتيار وحجم السعة. ليس من الصعب فهم المعنى المادي لهذا الاعتماد. كلما زادت سعة المكثف وتغير اتجاه التيار في كثير من الأحيان (أي كلما زاد التردد الدائري، زاد مرور الشحنة لكل وحدة زمنية عبر المقطع العرضي لأسلاك الإمداد. وبالتالي). لكن التيار والمقاومة يتناسبان عكسيا مع بعضهما البعض.
ولذلك المقاومة
دعونا نحسب سعة مكثف بسعة متصلة بدائرة تيار متردد بتردد هرتز:
عند تردد هرتز، ستنخفض سعة نفس المكثف إلى حوالي 3 أوم.
من مقارنة الصيغتين (36) و (38) يتضح أن التغيرات في التيار والجهد تحدث في مراحل مختلفة: الطور الحالي أكبر من طور الجهد. وهذا يعني أن الحد الأقصى الحالي يحدث قبل ربع الفترة من الحد الأقصى للجهد (الشكل 259).
لذا، عبر السعة، يتقدم التيار على الجهد بمقدار ربع دورة (في الزمن) أو بمقدار 90 درجة (في الطور).
يمكن تفسير المعنى المادي لهذه الظاهرة المهمة على النحو التالي: في اللحظة الأولى من الزمن، لم يتم شحن المكثف بعد، لذلك، حتى الجهد الخارجي الصغير جدًا ينقل الشحنات بسهولة إلى ألواح المكثف، مما يخلق تيارًا (انظر الشكل 1). 258). مع شحن المكثف، يزداد الجهد الكهربائي على ألواحه، مما يمنع تدفق المزيد من الشحنات. وفي هذا الصدد، يتناقص التيار في الدائرة، على الرغم من الزيادة المستمرة في الجهد الخارجي
وبالتالي، في اللحظة الأولى من الزمن، كان للتيار قيمة قصوى ( وعندما يصل معه إلى الحد الأقصى (والذي سيحدث بعد ربع الفترة)، سيتم شحن المكثف بالكامل وسيتوقف التيار في الدائرة لذلك، في اللحظة الأولى من الزمن، يكون التيار في الدائرة هو الحد الأقصى، والجهد هو الحد الأدنى ويبدأ في الزيادة فقط بعد ربع الفترة، ويصل الجهد إلى الحد الأقصى، والتيار لديه بالفعل وقت للانخفاض إلى الصفر، وبالتالي فإن التيار يتقدم بالفعل على الجهد بمقدار ربع الدورة.
2. المفاعلة الاستقرائية. دع تيارًا جيبيًا متناوبًا يتدفق عبر ملف الحث الذاتي مع الحث
شرطي الجهد المتناوبتعلق على بكرة 
إهمال انخفاض الجهد عبر المقاومة الأومية المنخفضة لأسلاك الإمداد والملف نفسه (وهو أمر مقبول تمامًا إذا كان الملف مصنوعًا، على سبيل المثال، من مادة سميكة الأسلاك النحاسية) ، سنفترض أن الجهد المطبق متوازن بالقوة الدافعة الكهربائية للحث الذاتي (مساوية لها في الحجم ومعاكسة في الاتجاه):
ثم، مع الأخذ في الاعتبار الصيغتين (40) و (41)، يمكننا أن نكتب:
منذ سعة الجهد المطبق
ثم حصلنا عليه أخيرًا
دعونا نكتب الصيغة (42) في النموذج
العلاقة الأخيرة تعبر عن قانون أوم؛ القيمة التي تلعب دور المقاومة هي المقاومة الحثية لملف الحث الذاتي:
وبالتالي، فإن المفاعلة الحثية تتناسب مع التردد الدائري للتيار وحجم الحث. يتم تفسير هذا النوع من الاعتماد بحقيقة أنه، كما ذكرنا في الفقرة السابقة، فإن المفاعلة الحثية ترجع إلى عمل القوة الدافعة الكهربائية للحث الذاتي، مما يقلل من التيار الفعال، وبالتالي يزيد من المقاومة.
يتناسب حجم هذه القوة الدافعة الكهربائية (وبالتالي المقاومة) مع محاثة الملف ومعدل تغير التيار، أي التردد الدائري
لنحسب المفاعلة الحثية لملف ذو محاثة متصلة بدائرة تيار متردد بتردد هرتز:
عند تردد هرتز، تزداد المفاعلة الحثية لنفس الملف إلى 31400 أوم.
نؤكد أن المقاومة الأومية للملف (ذو القلب الحديدي) الذي يحتوي على محاثة تكون عادةً بضعة أوم فقط.
من مقارنة الصيغتين (40) و (43) يتضح أن التغيرات في التيار والجهد تحدث في مراحل مختلفة، وأن طور التيار أقل من طور الجهد. وهذا يعني أن الحد الأقصى للتيار يحدث بعد ربع الفترة (774) من الحد الأقصى للجهد (الشكل 261).
لذلك، في المفاعلة الحثية، يتخلف التيار عن الجهد بمقدار ربع الدورة (في الزمن)، أو بمقدار 90 درجة (في الطور). يرجع تحول الطور إلى تأثير الكبح للقوة الدافعة الكهربائية للحث الذاتي: فهو يمنع زيادة ونقصان التيار في الدائرة، وبالتالي فإن الحد الأقصى للتيار يحدث بعد الحد الأقصى للجهد.
إذا تم توصيل المفاعلات التحريضية والسعوية على التوالي في دائرة تيار متردد، فمن الواضح أن الجهد عبر المفاعلة التحريضية سيقود الجهد عبر المفاعلة السعوية بمقدار نصف دورة (في الزمن)، أو بمقدار 180 درجة (في الطور).
كما ذكرنا سابقًا، هناك مفاعلتان سعوية وحثية الاسم الشائعمفاعلة. لا يتم استهلاك أي طاقة في المفاعلة. وبهذه الطريقة يختلف بشكل كبير عن المقاومة النشطة. والحقيقة هي أن الطاقة المستهلكة بشكل دوري لإنشاء مجال كهربائي في المكثف (أثناء شحنه)، بنفس الكمية وبنفس التردد، تعود إلى الدائرة عندما يتم التخلص من هذا المجال (أثناء تفريغ المكثف) . وبنفس الطريقة، فإن الطاقة المستهلكة بشكل دوري لتكوين المجال المغناطيسي لملف الحث الذاتي (أثناء زيادة التيار) يتم إرجاعها بنفس المقدار وبنفس التردد إلى الدائرة عندما يتم التخلص من هذا المجال (أثناء انخفاض في التيار).
في تكنولوجيا التيار المتردد، بدلا من المقاومة المتغيرة (المقاومة الأومية)، التي تسخن دائما وتهدر الطاقة، غالبا ما تستخدم الاختناقات (المقاومة الحثية). الاختناق عبارة عن ملف ذاتي الحث ذو قلب حديدي. من خلال توفير مقاومة كبيرة للتيار المتردد، لا يسخن المحث عمليا ولا يستهلك الكهرباء.
التيار والجهد وما إلى ذلك. د.س. الحث الذاتي. عندما يتم توصيل تيار الحث (محث يمكن إهمال الخسائر فيه) بدائرة تيار متردد (الشكل 178، أ)، فإن التيار المتغير يستحث بشكل مستمر e. د.س. الحث الذاتي
ه L = -L ؟أنا / ؟ر (68)
حيث i/؟t هو معدل تغير التيار.
بالنظر إلى الرسم البياني للتغيرات في القوة الحالية i (الشكل 178، ب)، يمكننا إثبات أن معدل تغيرها؟ i/؟t سيكون أكبر في الأوقات التي تكون فيها الزاوية؟ يساوي 0؛ 180 و 360 درجة. لذلك، في هذه الدقائق من الزمن ه. د.س. لديه أعلى قيمة. في الأوقات التي تكون فيها الزاوية؟t تساوي 90° و270°، فإن معدل تغير التيار؟i/?t = 0 وبالتالي e. د.س. ه ل = 0.
القوة الدافعة الكهربائية. وفقا لقاعدة لينز، يتم توجيه الحث الذاتي بحيث يمنع التيار من التغير. لذلك، في الربع الأول من الفترة، عندما يزيد التيار، ه. د.س. e L له قيمة سالبة (موجهة ضد التيار)؛ في الربع الثاني من الفترة، عندما ينخفض التيار، ه. د.س. e L لها قيمة موجبة (تتوافق في الاتجاه مع التيار). في الربع الثالث من الفترة، التيار i يغير اتجاهه ويزيد، وبالتالي e. د.س. الحث الذاتي e L موجه ضد التيار وله قيمة موجبة. في الربع الرابع من الفترة، التيار i يتناقص و e. د.س. يميل الحث الذاتي e L إلى الحفاظ على الاتجاه السابق للتيار، أي أن قيمته سالبة. وهكذا، ه. د.س. الحث الذاتي e L يتأخر في الطور عن التيار i بزاوية 90 درجة.
نظرًا لعدم وجود مقاومة نشطة في الدائرة حيث يتم توصيل الحث L (يتم اعتبار مغو مثالي)، وفقًا لقانون كيرشوف الثاني u+e L =0، أي u = -e L لذلك، فإن جهد المصدر يكون دائمًا متساويًا في المقدار ومعاكس في الاتجاه e. د.س. الحث الذاتي.
من فحص المنحنيات (انظر الشكل 178، ب) يتضح أن منحنى الجهد قد تحول بالنسبة إلى منحنى التيار i بمقدار ربع الفترة، أي بزاوية 90 درجة. وفي هذه الحالة يصل الجهد إلى أعلى قيمه وقيمته صفر قبل التيار. لذلك،
أرز. 178. مخطط لتوصيل الحث (أ) بدائرة التيار المتردد ومنحنيات التيار الأول والجهد والقوة الدافعة الكهربية. هـ L (ب) ومخطط متجه (ج)
عندما يتم توصيل محاثة بدائرة تيار متردد، فإن التيار يتأخر في الطور مع الجهد بزاوية 90° أو، وهو نفس الشيء، الجهد ويتقدم التيار في الطور بزاوية 90°(الشكل 178، ج).
مفاعلة حثي.مقاومة الملف أو الموصل للتيار المتردد الناتج عن عمل e. د.س. ويسمى الحث الذاتي مفاعلة حثي. تم تحديده بـ X L ويتم قياسه بالأوم. إن الطبيعة الفيزيائية للمقاومة الحثية تختلف تمامًا عن المقاومة النشطة. القوة الدافعة الكهربية. يتم توجيه الحث الذاتي e L ضد الجهد المطبق u، مما يؤدي إلى تغيير التيار؛ وبحسب قانون لينز فإنه يمنع تغير التيار، أي أنه يوفر مقاومة معينة لمرور التيار المتردد.
كلما كان حجم البريد أكبر. د.س. يتم تحفيز الحث الذاتي e L في الموصل (الملف)، وكلما زادت المقاومة الحثية X L. القوة الدافعة الكهربية. الحث الذاتي وفقًا للصيغة (68) يتناسب طرديًا مع الحث L ومعدل تغير التيار؟i/?t، أي تردد تغيره f (القيمة؟). لذلك رد الفعل الاستقرائي
XL = ؟L
ولذلك، فإن المفاعلة الحثية لا تعتمد على المادة التي يصنع منها الموصل (الملف)، وعلى مساحة المقطع العرضي للموصل.
قانون أوم للدائرة ذات الحث
أنا = U / x L = U / (؟L)
الطاقة الكهربائية.دعونا نفكر في كيفية تغير الطاقة الكهربائية في دائرة التيار المتردد مع الحث. يمكن الحصول على القيمة اللحظية للقدرة p، المساوية لمنتج القيم اللحظية للتيار i والجهد u، بيانياً عن طريق ضرب إحداثيات منحنيات التيار والجهد في زوايا مختلفة؟ منحنى القدرة اللحظية p (الشكل 179، أ) هو شكل جيبي يتغير عند التردد المزدوج 2؟ مقارنة بتكرار التغيرات في التيار i والجهد i .
عند فحص هذا المنحنى، فمن الواضح أن القوة p يمكن أن تكون موجبة و القيم السلبية. خلال الربع الأول من الفترة، يكون التيار والجهد موجبين وتكون القدرة p = ui موجبة أيضًا. وفي الربع الثاني من الفترة يكون التيار موجباً والجهد سالباً؛ وبالتالي فإن القوة p ستكون سالبة. خلال الربع الثالث من الفترة تصبح القوة موجبة مرة أخرى، وخلال الربع الرابع تصبح سلبية.
يحدد مفهوم الطاقة الكهربائية الإيجابية والسلبية فعليًا اتجاه تدفق الطاقة. علامة إيجابيةالطاقة تعني أن الطاقة الكهربائية W يتم نقلها من المصدر إلى جهاز الاستقبال؛ علامة سلبيةالطاقة تعني أن الطاقة الكهربائية W تنتقل من جهاز الاستقبال إلى المصدر. وبالتالي، عندما يتم توصيل محاثة بدائرة تيار متردد، تحدث عملية تذبذبية مستمرة لتبادل الطاقة بين المصدر والمحاثة، ولا يتم إنشاء أي شغل. في الربعين الأول والثالث من الفترة، تكون القدرة موجبة، أي أن الحث يستقبل الطاقة W من المصدر (انظر الأسهم W) ويجمعها في مجاله المغناطيسي. في الربعين الثاني والرابع من الفترة، يطلق الحث الطاقة المتراكمة W إلى المصدر. في هذه الحالة، يتم الحفاظ على تدفق التيار عبر الدائرة بسبب تأثير القوة الدافعة الكهربية. مع. الحث الذاتي ه ل.
وبالتالي، بشكل عام، لا تدخل أي طاقة كهربائية إلى المفاعلة الحثية خلال الفترة (يُشار إلى ذلك من خلال حقيقة أن متوسط قيمة القدرة خلال الفترة هو صفر). ومن أجل التأكيد على هذه الميزة للمفاعلة الحثية، تم تصنيفها كمجموعة من المقاومات التفاعلية، أي المقاومات التي، في دائرة التيار المتردد ككل، لا تستهلك طاقة كهربائية على مدى فترة. تجدر الإشارة إلى أن المحاثات الحقيقية تتلقى بعض الطاقة من مصدر التيار المتردد بسبب وجود مقاومة نشطة للأسلاك التي تصنع منها هذه الملفات. وتتحول هذه الطاقة إلى حرارة.
بما أن متوسط قيمة القدرة في دائرة ذات محاثة هو صفر، فإن مفهوم محاثة الطاقة التفاعلية:
س ل = يو ل أنا
أين يو إل- الجهد المطبق على الحث L (قيمة جذر متوسط التربيع).
يتم قياس القدرة التفاعلية بالفار (var) والكيلوفار (kvar). يأتي اسم الوحدة من الحروف الأولى من الكلمات volt-ampereactive. يمكن أيضًا التعبير عن القوة التفاعلية كـ
س ل = يو 2 لتر/× لتر أوس ل = أنا 2 × ل
طرق توصيل المحاثات.في دوائر التيار المتردد، يجب توصيل المحاثات على التوالي وعلى التوازي.
عندما تكون المحاثات متصلة على التوالي، فإن المحاثة المكافئة L eq تساوي مجموع المحاثات؛ على سبيل المثال، مع ثلاث ملفات ذات محاثات L 1 و L 2 و L 3 (الشكل 180، أ)
ل مكافئ = ل 1 + ل 2 + ل 3
في هذه الحالة، المفاعلة الحثية المكافئة
X ليك = X L1 + X L2 + X L3
في اتصال متوازيالمحاثات (الشكل 180، ب) للحصول على محاثة مكافئة لدينا:
1 /ل مكافئ = 1 /ل 1 + 1 /ل 2 + 1 /ل 3
لمفاعلة حثي مكافئة
1 /X ليك = 1 /X L1 + 1 /X L2 + 1 /X L3
