Viens no slavenākajiem ar elektrību saistītiem likumiem ir “Ohm’s Law”. Ohma likums dod empīriskas attiecības, kas apraksta vadītspēja dažādu elektriski vadošu materiālu. Saskaņā ar šo likumu vadītājā plūstošā strāva ir tieši proporcionāla spriegumam visā vadītājā, ar pretestību kā proporcionalitātes konstanti. Šeit strāvas vienības ir ampēri, sprieguma vienības ir norādītas voltos, un pretestības vienības ir omi. Fizikā šo likumu parasti izmanto arī, lai atsauktos uz dažādiem likuma vispārinājumiem, piemēram, vektora formā elektromagnētikā. Līdzīgi, strādājot ar maiņstrāvu induktori , tiek izmantots omu likums, kur pretestību sauc par “induktīvo reakciju”, nevis “pretestību”.
Kas ir induktīvā reakcija?
Pieliekot spriegumu induktoram, induktora ķēdē tiek inducēta strāva. Tomēr šī strāva netiek ģenerēta uzreiz, bet tā aug strauji, ko nosaka induktora pašu izraisītās vērtības. Inducēto strāvu ierobežo pretestības elementi, kas atrodas induktora spoles tinumos. Šeit pretestības lielums ir atkarīgs no pielietotā sprieguma un inducētās strāvas attiecības, kā minēts Ohmas likumā.
Zemāk redzamais attēls ir induktora ķēde, ko izmanto induktīvās reaktivitātes aprēķināšanai.
Induktīvā reakcija
Tomēr, kad induktors ir pievienots maiņstrāvas ķēdei, strāvas plūsma izturas atšķirīgi. Šeit tiek izmantota sinusoidālā piegāde. Tādējādi rodas fāzes starpība starp spriegumu un strāvas viļņu formu. Tagad, kad induktora spolei tiek izmantots maiņstrāvas padeve, papildus spoles induktivitātei strāvai ir jāsaskaras arī ar maiņstrāvas viļņu formas frekvenci. Šī pretestība, ar kuru saskaras strāva induktorā, kamēr tā ir pievienota maiņstrāvas ķēdē, tiek saukta par “Induktīvo pretestību”.
Indukcijas un reakcijas atšķirība
Induktivitāte ir materiāla spēja izraisīt tajā spriegumu, ja tajā mainās strāvas plūsma. Induktivitātes simbols ir “L”. Tā kā, reaktivitāte ir elektrisko materiālu īpašība, kas iebilst pret strāvas izmaiņām. Reaktīvās vienības ir “Ohm”, un, lai to atšķirtu no normālas pretestības, to apzīmē ar simbolu “X”.
Reakcija darbojas līdzīgi kā elektriskā pretestība bet atšķirībā no pretestības reaktivitāte neizkliedē enerģiju kā siltumu. Tas drīzāk uzglabā enerģiju kā reaktivitātes vērtību un atgriež to ķēdē. Ideālam induktoram ir nulle pretestības, savukārt ideālajam rezistoram ir nulle reaktivitāte.
Induktīvās reakcijas formulas atvasinājums
Induktīvā reaktivitāte ir termins, kas saistīts ar maiņstrāvas ķēdēm. Tas iebilst pret strāvas plūsmu maiņstrāvas ķēdēs. Maiņstrāvas induktīvajā ķēdē fāzes starpības dēļ pašreizējā viļņu forma “LAGS” pielieto piemēroto sprieguma viļņu formu par 90 grādiem. T.i., ja sprieguma viļņu forma ir 0 grādi, strāvas viļņu forma būs –90 grādi.
Induktīvajā ķēdē induktors tiek novietots pāri maiņstrāvas spriegumam. Paša inducētais emf induktorā palielinās un samazinās, palielinoties un samazinoties barošanas sprieguma frekvencei. Pašizraisītā emf ir tieši proporcionāla strāvas maiņas ātrumam induktora spolē. Vislielākais izmaiņu ātrums notiek, kad barošanas sprieguma viļņu forma pāriet no pozitīvā puscikla uz negatīvo pusciklu vai otrādi.
Induktīvā ķēdē strāva atpaliek no sprieguma. Tātad, ja spriegums ir 0 grādi, tad strāva attiecībā pret spriegumu būs -90 grādi. Tādējādi, ņemot vērā sinusoidālās viļņu formas, sprieguma viļņu forma VLvar klasificēt kā sinusa vilni un strāvas viļņu formu ILkā negatīvs kosinusa vilnis.
Tādējādi strāvu vienā punktā var definēt kā:
EsL= Esmaks. grēks (ωt - 900), φω ir radiānos un ‘t’ sekundēs
Sprieguma un strāvas attiecība induktīvajā ķēdē dod induktīvās reaktivitātes X vērtībuL
Tādējādi XL= VL/ EsLomi = ωL = 2πfL omi
L ir induktivitāte, f ir frekvence un 2πf = ω
No šī atvasinājuma var redzēt, ka induktīvā reaktivitāte ir tieši proporcionāla induktora frekvencei ‘f’ un induktivitātei ‘L’. Palielinoties spoles frekvencei vai induktivitātei, ķēdes kopējā reaktivitāte palielinās. Kad frekvence palielinās līdz bezgalībai, induktīvā reaktivitāte palielinās arī līdz bezgalībai, kas darbojas līdzīgi kā atvērta ķēde. Lai samazinātu frekvenci līdz nullei, induktīvā reaktivitāte arī samazinās līdz nullei, darbojoties līdzīgi kā īssavienojums.
Simbols
Induktīvā reaktivitāte ir pretestība, ar kuru saskaras strāvas plūsma induktorā, kad tiek piegādāts maiņstrāvas spriegums. Tās vienības ir līdzīgas pretestības vienībām. Induktīvās reaktivitātes simbols ir “XL“. Tā kā strāva atpaliek par 90 grādiem attiecībā pret sprieguma induktoru, iegūstot vērtību vienam no lielumiem, otru var viegli aprēķināt. Ja spriegums ir zināms, tad ar negatīvu sprieguma viļņu formas 90 grādu nobīdi var iegūt pašreizējo viļņu formu.
Piemērs
Apskatīsim piemēru, lai aprēķinātu induktīvo reaktanci.
Induktors ar induktivitāti 200mH un nulles pretestību ir savienots ar 150v sprieguma padevi. Sprieguma padeves frekvence ir 60Hz. Aprēķiniet induktīvo reaktanci un strāvu, kas plūst caur induktoru
Induktīvā reakcija
XL= 2πfL
= 2π × 50 × 0,20
= 76,08 omi
Pašreizējais
EsL= VL/ XL
= 150 / 76,08
= 1,97 A
Elektriskajās un elektroniskajās ķēdēs terminu ‘reaktivitāte’ regulāri lieto kopā ar induktora un kondensatora ķēdēm. Reaktīvās vērtības pieaugums šajās ķēdēs noved pie strāvas samazināšanās visā tajās. Induktīvā reaktivitāte izraisa sprieguma un strāvas iziešanu ārpus fāzes. Elektroenerģijas sistēmās tas ierobežos maiņstrāvas pārvades līniju jaudu. Lai gan strāva joprojām plūst šādās situācijās, bet pārvades līnijas tiks sasildītas, un nebūs efektīvas enerģijas pārneses. Tātad, ir svarīgi uzraudzīt ķēžu induktīvo reaktivitāti. Kāda ir fāzes starpība starp sprieguma un strāvas viļņu formām induktora ķēdē?
