Катушка индуктивности в цепи переменного тока курс электротехники

Как ведет себя индуктивность в цепи переменного тока

Для упрощения процесса понимания лекции будем условно считать, что мы подключили катушку индуктивности к источнику переменного тока в тот момент времени, когда напряжение имеет максимальное амплитудное значение. Этот момент обозначим на графике ниже, началом периода.

В момент подключения катушки в ней немедленно начинает возрастать ток, т.к он не способен сразу достичь своего амплитудного максимума благодаря генерации вокруг катушки магнитного поля, которое наводит ЭДС самоиндукции, направленную в противоположную сторону относительно внешнего источника напряжения. ЭДС самоиндукции препятствует быстрому нарастанию тока в катушке. Поэтому нарастание идет целую четверть периода, смотри рисунок выше. По мере приближения к концу первой четверти периода скорость нарастания тока в индуктивности потихоньку снижается. Но параллельно с этим ослабевает и ЭДС самоиндукции, так как величина ее находится в зависимости от скорости изменения тока.

В результате, в конце первой четверти внешнее напряжение, прикладываемое к индуктивности стремится к нулю, ЭДС самоиндукции также будет около нуля, а ток и магнитный поток вокруг катушки будут обладать максимумом амплитудного значения. В магнитном поле катушки индуктивности будет сохранено, небольшое количество энергии, полученной от источника тока.

С началом второй четверти внешнее напряжение, изменяет свое направление, и будет плавно возрастать, а ток протекающий в прежнем направлении, начнет снижаться. Но в катушке опять появляется ЭДС самоиндукции, обусловленная снижением магнитного потока, который будет поддерживать ток в заданном направлении.

В течение второй четверти внешнее напряжение будет расти, а сила тока — падать. Скорость снижения силы тока, остается небольшой в начале второй четверти, станет плавно увеличиваться и в конце второй четверти периода достигнет максимальной величины.

Т.е, к концу второй четверти внешнее напряжение приблизится к амплитудному максимуму, а ток и магнитный поток стремятся к нулю, уменьшаясь с возрастающей скоростью, поэтому ЭДС самоиндукции достигнет своего амплитудного значения. Направление ЭДС самоиндукции, останется противоположным направлению внешнего напряжения источника питания. Энергия, сохраненная в магнитном поле ранее, теперь возвращается обратно в электрическую цепь.

В течение второго полупериода (третья и четвертая четверть) все описанные выше явления будут осуществляться в том же порядке, с одной лишь небольшой разницей, что направления тока, внешнего напряжения и ЭДС самоиндукции поменяются на противоположные.

Т.е, токовая фаза постоянно отстает от фазы напряжения, причем нетрудно увидеть из графика, что сдвиг фаз тока и напряжения соответствует 90°.

Для более лучшего понимания процессов, образно представим, что мы толкаем по рельсам груженую вагонетку. Первоначально пока она только начинает трогаться, мы прилагаем к ней максимум силы, которые по мере роста скорости вагонетки будут постепенно снижаться. При этом мы чувствуем, что вагонетка, обладая инерцией, немного сопротивляется нашим усилиям. Это противодействие будет особенно сильным вначале, по мере ослабления наших усилий будет слабеть и противодействие вагонетки, она постепенно достаточно легко покатится по рельсам.

Если мы совсем перестанем толкать ее и даже, начнем потихоньку тянуть ее в противоположном направлении. При этом мы чувствуем, что она опять сопротивляется приложенной силе. Как только, нам удастся притормозить вагонетку и даже поменять направление ее движения, она покатится обратно, мы начнем постепенно снижать приложенные силы, т. е. будем тянуть ее все слабее, но, несмотря на это, ее скорость будет увеличиваться.

Когда вагонетка проедет половину пути в обратном направлении, мы опять перестанем тянуть ее и снова поменяем направление наших усилий, т. е. начнем ее постепенно стопорить, плавно увеличивая силу торможения до тех пор, пока она не остановится, заняв исходное положение. После этого мы можем продолжать все наши действия в той же последовательности.

В этом отдаленном примере наши силы, прилагаемые к вагонетке, аналогичны внешней ЭДС, противодействие — ЭДС самоиндукции, а скорость — протекающему через катушку переменному току.

Из этого примера надеюсь вам стала понятна сущность реактивного сопротивления. Итак катушка индуктивности в цепи переменного тока может работать как безваттное сопротивление.

Видеоурок по теме лекции