Resistensi aktif dan induktor di sirkuit AC

Mempertimbangkan sirkuit AC yang hanya berisi resistansi induktif (lihat artikel «Induktor dalam rangkaian arus bolak-balik»), kami berasumsi bahwa resistansi aktif sirkuit ini adalah nol.

Nyatanya, baik kawat kumparan itu sendiri maupun kabel penghubungnya memiliki resistansi yang kecil namun aktif, sehingga rangkaian pasti mengkonsumsi energi dari sumber arus.

Oleh karena itu, saat menentukan resistansi total rangkaian eksternal, perlu ditambahkan resistansi reaktif dan aktifnya. Tetapi tidak mungkin untuk menambahkan dua resistensi ini yang sifatnya berbeda.

Dalam hal ini, impedansi rangkaian ke arus bolak-balik ditemukan dengan penjumlahan geometris.

Segitiga siku-siku (lihat gambar 1) dibangun, satu sisinya adalah nilai resistansi induktif, dan sisi lainnya adalah nilai resistansi aktif. Impedansi sirkuit yang diinginkan ditentukan oleh sisi ketiga segitiga.

Gambar 1. Penentuan impedansi rangkaian yang mengandung resistansi induktif dan aktif

Impedansi sirkuit dilambangkan dengan huruf Latin Z dan diukur dalam ohm. Dapat dilihat dari konstruksinya bahwa resistansi total selalu lebih besar daripada resistansi induktif dan aktif yang diambil secara terpisah.

Ekspresi aljabar untuk resistansi rangkaian total adalah:

di mana Z adalah resistansi total, R adalah resistansi aktif, XL adalah resistansi induktif sirkuit.

Oleh karena itu, resistansi total sirkuit terhadap arus bolak-balik, yang terdiri dari resistansi aktif dan induktif, sama dengan akar kuadrat dari jumlah kuadrat resistansi aktif dan induktif sirkuit ini.

Hukum Ohm karena rangkaian seperti itu dinyatakan dengan rumus I = U / Z, di mana Z adalah resistansi total dari rangkaian tersebut.

Mari kita menganalisis tegangan apa yang akan terjadi jika rangkaian, selain dan dan pergeseran fasa antara arus dan induktansi, juga memiliki resistansi aktif yang relatif besar. Dalam praktiknya, rangkaian seperti itu dapat berupa, misalnya, rangkaian yang berisi induktor inti besi yang dililit oleh kawat tipis (cekik frekuensi tinggi).

Dalam hal ini, pergeseran fasa antara arus dan tegangan tidak lagi menjadi seperempat periode (seperti yang terjadi di sirkuit dengan resistansi induktif saja), tetapi jauh lebih sedikit; dan semakin besar resistansi, semakin sedikit pergeseran fasa yang dihasilkan.

Gambar 2. Arus dan tegangan pada rangkaian yang mengandung R dan L.

Sekarang dia sendiri EMF induksi diri tidak dalam anti-fase dengan tegangan sumber arus, karena diimbangi sehubungan dengan tegangan bukan setengah periode, tetapi kurang.Selain itu, tegangan yang dihasilkan oleh sumber arus di terminal koil tidak sama dengan ggl induksi sendiri, tetapi lebih besar dari itu dengan jumlah penurunan tegangan pada resistansi aktif kabel koil. Dengan kata lain, tegangan dalam koil terdiri dari dua komponen:

• tiL- komponen reaktif dari tegangan, yang menyeimbangkan efek EMF dari induksi sendiri,

• tiR- komponen aktif tegangan yang akan mengatasi resistansi aktif rangkaian.

Jika kita menghubungkan resistansi aktif yang besar secara seri dengan koil, pergeseran fasa akan berkurang sedemikian rupa sehingga gelombang sinus arus hampir mengejar gelombang sinus tegangan dan perbedaan fasa di antara keduanya hampir tidak terlihat. amplitudo istilah dan akan lebih besar dari amplitudo istilah.

Demikian pula, Anda dapat mengurangi pergeseran fasa dan bahkan menguranginya sepenuhnya menjadi nol jika Anda mengurangi frekuensi generator dengan cara tertentu. Penurunan frekuensi akan mengakibatkan penurunan EMF induksi sendiri dan oleh karena itu penurunan pergeseran fasa antara arus dan tegangan dalam rangkaian yang disebabkan olehnya.

Kekuatan sirkuit AC yang mengandung induktor

Rangkaian arus bolak-balik yang berisi kumparan tidak mengkonsumsi energi sumber arus dan pada rangkaian tersebut terjadi proses pertukaran energi antara generator dan rangkaian.

Sekarang mari kita menganalisis bagaimana keadaan dengan daya yang dikonsumsi oleh skema semacam itu.

Daya yang dikonsumsi dalam rangkaian AC sama dengan produk arus dan tegangan, tetapi karena arus dan tegangan adalah besaran variabel, daya juga akan bervariasi.Dalam hal ini, kita dapat menentukan nilai daya untuk setiap momen dalam waktu jika kita mengalikan nilai arus dengan nilai tegangan yang sesuai dengan momen waktu tertentu.

Untuk mendapatkan grafik daya, kita perlu mengalikan nilai segmen garis lurus yang menentukan arus dan tegangan pada waktu yang berbeda. Konstruksi seperti itu ditunjukkan pada gambar. 3, sebuah. Bentuk gelombang putus-putus p menunjukkan kepada kita bagaimana daya berubah dalam rangkaian AC yang hanya berisi resistansi induktif.

Aturan perkalian aljabar berikut digunakan dalam membuat kurva ini: Ketika nilai positif dikalikan dengan nilai negatif, diperoleh nilai negatif, dan ketika dua nilai negatif atau dua nilai positif dikalikan, diperoleh nilai positif.

Gambar 3. Grafik daya: a — dalam rangkaian yang mengandung resistansi induktif, b — juga resistansi aktif

Gambar 4. Plot daya untuk rangkaian yang berisi R dan L.

Kurva daya dalam hal ini terletak di atas sumbu waktu. Ini berarti bahwa tidak ada pertukaran energi antara generator dan rangkaian dan oleh karena itu daya yang disuplai oleh generator ke rangkaian sepenuhnya dikonsumsi oleh rangkaian.

Dalam gambar. 4 menunjukkan plot daya untuk rangkaian yang mengandung resistansi induktif dan aktif. Dalam hal ini, transfer balik energi dari rangkaian ke sumber arus juga terjadi, tetapi pada tingkat yang jauh lebih rendah daripada di rangkaian dengan resistansi induktif tunggal.

Setelah meninjau grafik daya di atas, kami menyimpulkan bahwa hanya pergeseran fasa antara arus dan tegangan dalam rangkaian yang menghasilkan daya "negatif".Dalam hal ini, semakin besar pergeseran fasa antara arus dan tegangan dalam rangkaian, semakin sedikit daya yang dikonsumsi oleh rangkaian, dan sebaliknya, semakin kecil pergeseran fasa, semakin besar daya yang dikonsumsi oleh rangkaian.

Baca juga: Apa itu resonansi tegangan