Эрл Гейтс - Введение в электронику

Величина напряжения, индуцируемого катушкой индуктивности, зависит от скорости изменения магнитного поля. Чем быстрее магнитное поле расширяется и сжимается, тем больше индуцируемое напряжение. Общее эффективное напряжение на катушке индуктивности равно разности приложенного и индуцированного напряжений.

Индуцированное напряжение всегда меньше, чем приложенное напряжение.

На рис. 16-2 показано фазовое соотношение между током и приложенным напряжением. Заметим, что в чисто индуктивной цепи ток отстает от приложенного напряжения на 90 градусов.

Рис. 16-2. В индуктивной цепи переменного тока ток отстает по фазе от приложенного напряжения.

Противодействие, которое оказывает катушка индуктивности току в цепи переменного тока, называется индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление измеряется в омах. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности и частоты приложенного напряжения. Чем больше индуктивность, тем больше создаваемое ею магнитное поле и тем больше противодействие току.

Аналогично, чем выше частота, тем больше противодействие току.

Индуктивное сопротивление обозначается символом X L.

Индуктивное сопротивление определяется формулой:

Х L= 2π fL

где π = 3,14, f — частота в герцах, L — индуктивность в генри.

ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,15 генри на частоте 60 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 60 Гц; L = 0,15 Гн

Х L =?

Решение:

ХL = 2π fL

ХL = (2)(3,14)(60)(0,15)

ХL = 56,52 Ом.

ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,15 генри на частоте 400 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 400 Гц; L = 0,15 Гн

ХL =?

Решение:

ХL = 2π fL

ХL = (2)(3,14)(400)(0,15)

ХL = 376,80 Ом.

Заметим, что индуктивное сопротивление увеличивается при увеличении частоты.

Закон Ома применяется к индуктивному сопротивлению в цепях переменного тока точно так же, как он применяется к резисторам. Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока прямо пропорционально приложенному напряжению и обратно пропорционально току. Это соотношение выражается следующей формулой:

I= E/ X L

ПРИМЕР: Какой ток течет через катушку индуктивности 250 миллигенри, когда к ней приложено напряжение 12 вольт с частотой 60 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 60 Гц; L = 0,25 Гн; E = 12 B

I =?; ХL =?

Решение:

Сначала найдем индуктивное сопротивление ( XL)

ХL = 2π fL

ХL = (2)(3,14)(60)(0,25)

ХL = 94,20 Ом

Используя XL, найдем ток ( I ).

I = E / ХL = 12/94,2

I = 0,127 А или 127 мА.

ПРИМЕР: Какое напряжение нужно приложить для того, чтобы через дроссель индуктивностью 15 миллигенри шел ток 10 миллиампер при частоте 400 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 400 Гц; L = 0,015 Гн; I = 0,01 A

E =?; ХL =?

Решение:

Сначала найдем индуктивное сопротивление ( XL)

ХL = 2π fL

ХL = (2)(3,14)(400)(0,015)

ХL = 37,68 Ом

Используя XL, найдем напряжение ( Е ).

I = E / ХL

0,01 = E/37,68

E = 0,38 B

ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки, по которой течет ток 120 миллиампер при приложенном напряжении 120 вольт?

Дано:

I = 0,12 A; E = 120 В

ХL =?

Решение:

I = E / ХL

0,12 = 120/ ХL

ХL = 1000 Ом

Импедансом цепи, содержащей индуктивность и сопротивление, называется общее противодействие току, оказываемое и индуктивностью, и резистором. Вследствие наличия сдвига фаз, обусловленного наличием индуктивности, индуктивное сопротивление и сопротивление резистора нельзя просто сложить. Импеданс является векторной суммой индуктивного сопротивления и сопротивления резистора в цепи. Импеданс измеряется в омах и обозначается буквой Z . Импеданс можно определить с помощью закона Ома следующим образом:

I= E/ Z

Наиболее распространенная индуктивная цепь состоит из резистора и катушки индуктивности, соединенных последовательно. Такая цепь называется RL цепью. Импеданс последовательной RL цепи равен корню квадратному из суммы квадратов индуктивного сопротивления и сопротивления резистора: