Eines der bekanntesten Gesetze in Bezug auf Elektrizität ist das „Ohmsche Gesetz“. Das Ohmsche Gesetz gibt eine empirische Beziehung an, die das beschreibt Leitfähigkeit aus verschiedenen elektrisch leitenden Materialien. Nach diesem Gesetz ist der in einem Leiter fließende Strom direkt proportional zur Spannung über dem Leiter, wobei der Widerstand eine Proportionalitätskonstante ist. Hier sind die Stromeinheiten Ampere, die Spannungseinheiten in Volt und die Widerstandseinheiten Ohm. In der Physik wird dieses Gesetz normalerweise auch verwendet, um auf verschiedene Verallgemeinerungen des Gesetzes zu verweisen, beispielsweise in Vektorform in der Elektromagnetik. Ebenso bei der Arbeit mit AC Induktoren Es wird das Ohmsche Gesetz verwendet, bei dem der Widerstand als 'induktive Reaktanz' anstelle von 'Widerstand' bezeichnet wird.
Was ist induktive Reaktanz?
Wenn eine Induktivität mit Spannung beaufschlagt wird, wird ein Strom über die Induktivitätsschaltung induziert. Dieser Strom wird jedoch nicht sofort erzeugt, sondern wächst mit einer schnellen Geschwindigkeit, die durch die selbstinduzierten Werte des Induktors bestimmt wird. Der induzierte Strom wird durch die in den Induktorspulenwicklungen vorhandenen Widerstandselemente begrenzt. Hier hängt die Höhe des Widerstands vom Verhältnis der angelegten Spannung zum induzierten Strom ab, wie im Ohmschen Gesetz erwähnt.
Die folgende Abbildung zeigt eine Induktivitätsschaltung zur Berechnung der induktiven Reaktanz.
Induktive Reaktanz
Wenn der Induktor jedoch an den Wechselstromkreis angeschlossen ist, verhält sich der Stromfluss anders. Hier wird die sinusförmige Versorgung verwendet. Daher tritt eine Phasendifferenz zwischen Spannungs- und Stromwellenform auf. Wenn nun eine Wechselstromversorgung für die Induktivitätsspule verwendet wird, muss neben der Induktivität der Spule auch der Strom der Frequenz der Wechselstromwellenform entgegengesetzt sein. Dieser Widerstand, dem der Strom in der Induktivität ausgesetzt ist, während er im Wechselstromkreis angeschlossen ist, wird als 'induktiver Widerstand' bezeichnet.
Unterschied zwischen Induktivität und Reaktanz
Induktivität ist die Fähigkeit eines Materials, eine Spannung in ihm zu induzieren, wenn sich der Stromfluss in ihm ändert. Das Symbol für die Induktivität ist 'L'. Wohingegen, Reaktanz ist die Eigenschaft elektrischer Materialien, die der Stromänderung entgegenwirkt. Die Reaktanzeinheiten sind 'Ohm' und werden durch das Symbol 'X' gekennzeichnet, um sie vom normalen Widerstand zu unterscheiden.
Reaktanz funktioniert ähnlich wie elektrischer Wiederstand Im Gegensatz zum Widerstand leitet die Reaktanz die Kraft nicht als Wärme ab. Vielmehr speichert es die Energie als Reaktanzwert und gibt sie an die Schaltung zurück. Ein idealer Induktor hat einen Widerstand von Null, während ein idealer Widerstand eine Reaktanz von Null hat.
Ableitung der induktiven Reaktanzformel
Induktive Reaktanz ist der Begriff, der sich auf Wechselstromkreise bezieht. Es wirkt dem Stromfluss in Wechselstromkreisen entgegen. In einem induktiven Wechselstromkreis aufgrund der Phasendifferenz 'LAGS' die Stromwellenform die angelegte Spannungswellenform um 90 Grad. Wenn die Spannungswellenform bei 0 Grad liegt, liegt die Stromwellenform bei -90 Grad.
In einem induktiven Stromkreis wird der Induktor über die Wechselspannungsversorgung gelegt. Die selbstinduzierte EMK im Induktor nimmt mit zunehmender und abnehmender Frequenz der Versorgungsspannung zu und ab. Die selbstinduzierte EMK ist direkt proportional zur Änderungsrate des Stroms in der Induktorspule. Die höchste Änderungsrate tritt auf, wenn die Versorgungsspannungswellenform von der positiven Halbwelle zu einer negativen Halbwelle übergeht oder umgekehrt.
In einer induktiven Schaltung bleibt der Strom hinter der Spannung zurück. Wenn also die Spannung bei 0 Grad liegt, liegt der Strom in Bezug auf die Spannung bei -90 Grad. Wenn also sinusförmige Wellenformen berücksichtigt werden, wird die Spannungswellenform V.L.kann als Sinuswelle und Stromwellenform I klassifiziert werdenL.als negative Kosinuswelle.
Somit kann der Strom an einem Punkt definiert werden als:
ichL.= Ichmax. sin (ωt - 900), φωist im Bogenmaß und 't' in Sekunden
Das Verhältnis von Spannung und Strom in der induktiven Schaltung gibt den Wert der induktiven Reaktanz X anL.
Somit ist X.L.= V.L./ ICHL.Ohm = ωL = 2πfL Ohm
Hier ist L die Induktivität, f die Frequenz und 2πf = ω
Aus dieser Ableitung ist ersichtlich, dass die induktive Reaktanz direkt proportional zur Frequenz 'f' und zur Induktivität 'L' des Induktors ist. Mit zunehmender Spannung oder Induktivität der Spule nimmt die Gesamtreaktanz der Schaltung zu. Wenn die Frequenz auf unendlich ansteigt, steigt auch die induktive Reaktanz auf unendlich an und wirkt ähnlich wie ein offener Stromkreis. Bei einem Frequenzabfall auf Null nimmt auch die induktive Reaktanz auf Null ab und wirkt ähnlich wie ein Kurzschluss.
Symbol
Die induktive Reaktanz ist der Widerstand, dem der Stromfluss in der Induktivität ausgesetzt ist, wenn Wechselspannung zugeführt wird. Seine Einheiten ähneln Widerstandseinheiten. Das Symbol der induktiven Reaktanz lautet „X.L.“. Da der Strom in Bezug auf die Spannungsinduktivität um 90 Grad nacheilt, kann der andere leicht berechnet werden, indem der Wert für eine der beiden Größen angegeben wird. Wenn die Spannung bekannt ist, kann durch die negative 90-Grad-Verschiebung der Spannungswellenform die Stromwellenform abgeleitet werden.
Beispiel
Schauen wir uns ein Beispiel an, um die induktive Reaktanz zu berechnen.
Ein Induktor mit einer Induktivität von 200 mH und einem Widerstand von Null wird über eine 150-V-Spannungsversorgung angeschlossen. Die Frequenz der Spannungsversorgung beträgt 60Hz. Berechnen Sie die induktive Reaktanz und den durch den Induktor fließenden Strom
Induktive Reaktanz
X.L.= 2πfL
= 2π × 50 × 0,20
= 76,08 Ohm
Strom
ichL.= V.L./ X.L.
= 150 / 76,08
= 1,97 A.
In elektrischen und elektronischen Schaltkreisen wird der Begriff „Reaktanz“ regelmäßig bei Induktor- und Kondensatorschaltungen verwendet. Eine Erhöhung des Reaktanzwerts in diesen Schaltkreisen führt zu einer Verringerung des Stroms über sie. Durch die induktive Reaktanz werden Spannung und Strom phasenverschoben. In Stromversorgungssystemen wird dadurch die Stromkapazität von Wechselstromübertragungsleitungen begrenzt. In solchen Situationen fließt zwar immer noch Strom, aber die Übertragungsleitungen werden erwärmt und es findet keine effektive Energieübertragung statt. Daher ist es wichtig, die induktive Reaktanz der Schaltkreise zu überwachen. Was ist die Phasendifferenz zwischen Spannungs- und Stromwellenformen für die Induktivitätsschaltung?
