Реферат Курсовая Конспект
Определения - раздел Физика, Основные законы, определения, обозначения и область применения Катушка Индуктивности - Это Реактивный (Запасающи...
|
Катушка индуктивности - это реактивный (запасающий энергию) элемент электрической цепи, который имеет свойство накапливать электрическую энергию W в магнитном поле электрической катушки и противодействовать любому изменению протекающего по ней тока iL под воздействием приложенного внешнего электрического напряжения uL за счет наведения в катушке ЭДС самоиндукции eL(t).
Индуктивность (L) - это количественный показатель, характеризующий свойство катушки индуктивности накапливать электрическую энергию в магнитном поле:
L [Гн] = w2mS / l
где w - число витков катушки, S, l - размеры катушки, m - магнитная проницаемость среды.
Основные соотношения:
1 Гн = 103 мГн = 106 мкГн
Электрическая энергия, запасенная в катушке индуктивности (индуктивном накопителе энергии), составляет:
W[Дж] = LiL2 / 2
ЭДС самоидукции eL(t) - это электродвижущая сила, возникающая в катушке при любом изменении протекающего по ней тока в соответствии с законом электромагнитной индукции (закон Ленца), которая уравновешивает приложенное к катушке внешнее напряжение uL(t):
uL(t) = - eL(t) = L diL(t) / dt
2.3.2. Основные соотношения при переменном синусоидальном напряжении (см. нижние графики)
Внешнее напряжение, которое будет приложено к катушке индуктивности после включения ключа Sw1:
uL(t) = Um sinwt = L diL(t) / dt
Электрический ток, протекающий по катушке индуктивности, может быть определен после разделения переменных и интегрирования этого уравнения:
iL(t) = - (Um /wL) coswt = - Imcoswt,
где wL = 2pfL = XL - индуктивное сопротивление катушки индуктивности. В расчетах принимается, что катушка индуктивности "идеальная", т.е. не имеет активной составляющей сопротивления.
Электрический ток отстает по фазе относительно приложенного к катушке индуктивности напряжения на 90о
Реактивная мощность катушки индуктивности:
qL(t) = uL(t) iL(t) = -Umsinwt Imcoswt = UmIm sin2wt / 2
Реактивная мощность катушки индуктивности не имеет постоянной составляющей, а только переменную, которая изменяется с двойной частотой источника электрической энергии. При этом за период основной частоты источника электрической энергии катушка индуктивности дважды запасает электрическую энергию от источника (когда ток и напряжение находятся в одной фазе), а затем дважды отдает ее источнику (когда ток и напряжение находятся в противофазе), т.е. происходит обмен энергией без каких-либо ее потерь.
2.3.3. Основные соотношения при постоянном напряжении (см. верхние графики)
Внешнее напряжение, которое будет приложено к катушке индуктивности в момент времени t1 после включения ключа Sw1: u(t) = U = const .
В момент времени t1, после включения ключа Sw1образуется замкнутая электрическая цепь (см. схему), в которой в соответствии со вторым законом Кирхгофа внешнее напряжение U уравновешивается противо-ЭДС самоиндукции eL(t) и падением напряжения на активном сопротивлении r (внутреннем сопротивлении источника электрического напряжения, сопротивлении катушки индуктивности, контактных сопротивлениях цепи):
iL(t)r + eL(t) = U или iL(t)r + L diL(t) / dt = U
Ток в цепи и ЭДС самоиндукции определяются из решения этого дифференциального уравнения относительно iL(t) в виде экспонент:
iL(t) = (U/r) (1 – e-t/t) и, соответственно, для ЭДС: eL(t) = -U e-t/t,
где t = L/r - электромагнитная постоянная времени цепи (при расчетах принимается, что переходные процессы в цепи завершаются через три постоянных времени).
Таким образом, в начальный момент времени при t = t1 = 0 ток в цепи iL(t0) = 0, а затем плавно (по экспоненте) нарастает до максимального установившегося значения ILm, которое ограничивается только величиной активного сопротивления ILm = U/r (внутренним сопротивлением источника напряжения, собственным активным сопротивлением катушки индуктивности, контактными сопротивлениями цепи).
При этом в катушке индуктивности запасется электрическая энергия WL = L ILm2 / 2. Если в момент времени t2 разорвать электрическую цепь ключом Sw1, то запасенная в индуктивности электрическая энергия, стремясь разрядиться, создаст вероятность перенапряжения на обмотке катушки индуктивности с возможностью пробоя ее электрической изоляции. Для исключения этого нежелательного явления рекомендуется катушки индуктивности (например, обмотки возбуждения реле, контакторов и пр.) шунтировать диодами, включенными параллельно обмотке таким образом, что бы при разрыве цепи возникающая ЭДС самоиндукции разряжалась через шунтирующий диод, что эквивалентно включению ключа Sw2.
ЭДС самоиндукции eL(t0) в начальный момент времени при t = t1 = 0скачком нарастает до своего максимального значения, находясь в противофазе с внешним приложенным к катушке напряжением и уравновешивая его eL(t0) = ELm = -U, а затем плавно (по экспоненте) спадает до нуля.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Узлы ветви и контуры электрической цепи... Узел электрической цепи это точка разветвленной электрической цепи в... Ветвь электрической цепи это отрезок разветвленной электрической цепи заключенный между двумя ее узлами...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Определения
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов