Yksi kuuluisimmista sähköä koskevista laeista on ”Ohmin laki”. Ohmin laki antaa empiirisen suhteen, joka kuvaa johtavuus erilaisia sähköä johtavia materiaaleja. Tämän lain mukaan johtimessa virtaava virta on suoraan verrannollinen johtimen yli kulkevaan jännitteeseen, vastus suhteellisuusvakiona. Tässä virran yksiköt ovat ampeereja, jänniteyksiköt ilmoitetaan voltteina ja vastusyksiköt ovat ohmeja. Fysiikassa tätä lakia käytetään yleensä myös viittaamaan erilaisiin lain yleistyksiin, kuten sähkömagneettisessa vektorimuodossa. Samoin työskenneltäessä AC: n kanssa induktorit , käytetään ohmilakia, jossa resistanssia kutsutaan 'induktiiviseksi reaktioksi' 'vastuksen' sijasta.
Mikä on induktiivinen reaktio?
Kun jännitettä syötetään induktoriin, indusoidaan virta induktoripiirin yli. Tätä virtaa ei kuitenkaan synny välittömästi, vaan se kasvaa nopealla nopeudella, jonka määrää induktorin itse aiheuttamat arvot. Indusoitua virtaa rajoittavat induktorikäämin käämissä olevat resistiiviset elementit. Tässä vastuksen määrä riippuu käytetyn jännitteen ja indusoidun virran suhteesta, kuten Ohmin laissa mainitaan.
Alla oleva kuva on induktoripiiri, jota käytetään induktiivisen reaktanssin laskemiseen.
Induktiivinen reaktio
Kun induktori on kytketty vaihtovirtapiiriin, virran virtaus käyttäytyy eri tavalla. Tässä käytetään sinimuotoista syöttöä. Näin ollen jännitteen ja virran aaltomuodon välillä tapahtuu vaihe-ero. Kun induktorikäämiä varten käytetään vaihtovirtalähdettä, kelan induktanssin lisäksi virran on kohdattava myös vastakkainasetus AC-aaltomuodon taajuudesta. Tämä induktorin virran kohtaama vastus AC-piiriin kytkettynä on nimeltään 'induktiivinen vastus'.
Ero induktanssin ja reaktanssin välillä
Induktanssi on materiaalin kyky indusoida jännite siinä, kun sen virtauksessa tapahtuu muutos. Induktanssin symboli on “L”. Sekä katsoo, että reaktanssi on sähkömateriaalien ominaisuus, joka vastustaa virran muutosta. Reaktanssin yksiköt ovat ”Ohmia”, ja se on merkitty symbolilla “X” sen erottamiseksi normaalista resistanssista.
Reaktanssi toimii samalla tavalla kuin sähköinen vastus mutta toisin kuin vastus, reaktanssi ei hukkaa tehoa lämpönä. Pikemminkin se tallentaa energian reaktanssiarvona ja palauttaa sen piiriin. Ihanteellisella kelalla on nolla vastusta, kun taas ihanteellisella vastuksella on nolla reaktanssia.
Induktiivisen reaktiokaavan johtaminen
Induktiivinen reaktanssi on termi, joka liittyy vaihtovirtapiireihin. Se vastustaa virtavirtaa vaihtovirtapiireissä. Vaiheerosta johtuvassa vaihtovirran induktiivisessa piirissä nykyinen aaltomuoto “LAGS” soveltaa jännitteen aaltomuotoa 90 astetta. Ts. Jos jännitteen aaltomuoto on 0 astetta, virran aaltomuoto on -90 astetta.
Induktiivisessa piirissä induktori asetetaan vaihtojännitesyötön poikki. Itse indusoitu emf induktorissa kasvaa ja pienenee syöttöjännitteen taajuuden kasvaessa ja laskiessa. Itse indusoitu emf on suoraan verrannollinen induktorikelan virran muutosnopeuteen. Suurin muutosnopeus tapahtuu, kun syöttöjännitteen aaltomuoto ylittää positiivisen puolisyklin negatiiviseksi puolisykliksi tai päinvastoin.
Induktiivisessa piirissä virta viivästyttää jännitettä. Joten, jos jännite on 0 astetta, virta on -90 astetta jännitteen suhteen. Näin ollen kun otetaan huomioon sinimuotoiset aaltomuodot, jännitteen aaltomuoto VLvoidaan luokitella siniaalloksi ja nykyiseksi aaltomuodoksi ILnegatiivisena kosini-aallona.
Siten virta pisteessä voidaan määritellä seuraavasti:
MinäL= Minäenint. synti (ωt - 900), φω on radiaaneina ja ’t’ sekunneissa
Induktiivisen piirin jännitteen ja virran suhde antaa induktiivisen reaktanssin X arvonL
Siten XL= VL/ ILohmia = ωL = 2πfL ohmia
Tässä L on induktanssi, f on taajuus ja 2πf = ω
Tästä johdannosta voidaan nähdä, että induktiivinen reaktanssi on suoraan verrannollinen induktorin taajuuteen ”f” ja induktanssiin ”L”. Käämin joko jännitteen taajuuden tai induktanssin kasvaessa piirin kokonaisreaktanssi kasvaa. Kun taajuus kasvaa äärettömyyteen, induktiivinen reaktanssi kasvaa myös äärettömyyteen, joka toimii samanlaisena kuin avoin piiri. Taajuuden ollessa nolla, induktiivinen reaktanssi pienenee myös nollaan, joka toimii samankaltaisesti kuin oikosulku.
Symboli
Induktiivinen reaktanssi on induktorin virtauksen kohtaama vastus, kun vaihtovirta syötetään. Sen yksiköt ovat samanlaisia kuin vastusyksiköt. Induktiivisen reaktanssin symboli on “XL”. Koska virta viivästyy 90 astetta jännite-induktoriin nähden, toinen voidaan laskea helposti, koska sillä on jommankumman määrän arvo. Jos jännite tunnetaan, jännitteen aaltomuodon negatiivisella 90 asteen muutoksella voidaan johtaa nykyinen aaltomuoto.
Esimerkki
Tarkastellaan esimerkkiä induktiivisen reaktanssin laskemiseksi.
Induktori, jonka induktanssi on 200 mH ja nolla vastus, on kytketty 150 V: n jännitesyöttöön. Jännitesyötön taajuus on 60 Hz. Laske induktiivinen reaktanssi ja induktorin läpi virtaava virta
Induktiivinen reaktio
XL= 2πfL
= 2π × 50 × 0,20
= 76,08 ohmia
Nykyinen
MinäL= VL/ XL
= 150 / 76,08
= 1,97 A
Sähkö- ja elektroniikkapiireissä termiä 'reaktanssi' käytetään säännöllisesti induktori- ja kondensaattoripiirien kanssa. Reaktanssiarvon nousu näissä piireissä johtaa virran vähenemiseen niiden yli. Induktiivinen reaktanssi aiheuttaa jännitteen ja virran menemisen vaiheen ulkopuolelle. Sähköjärjestelmissä tämä rajoittaa vaihtovirran siirtojohtojen tehoa. Vaikka virta virtaa edelleen sellaisissa tilanteissa, mutta siirtojohdot lämpenevät eikä tehokasta energiansiirtoa tule. Joten on tärkeää seurata piirien induktiivista reaktanssia. Mikä on induktoripiirin jännitteen ja virran aaltomuotojen vaihe-ero?
