Reaktor Induktif

Saluran Transmisi (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Reaktor Induktif

Litar Elektrik AC


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Berhati-hati mengukur dan merekod semua nilai komponen sebelum pembinaan litar.
  2. Lukis gambarajah skematik untuk litar untuk dianalisis.
  3. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  4. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  5. Matematik menganalisis litar, menyelesaikan semua voltan dan nilai semasa.
  6. Berhati-hati mengukur semua voltan dan arus, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  7. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan besar (lebih daripada beberapa peratus), semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap gambarajah, kemudian berhati-hati mengira semula nilai-nilai dan mengukur semula.

Untuk litar AC di mana reaktor induktif dan kapasitif (impedans) adalah unsur penting dalam pengiraan, saya cadangkan induktor dan kapasitor (high-Q) yang berkualiti tinggi dan menggerakkan litar anda dengan voltan frekuensi rendah (kekerapan talian kuasa berfungsi dengan baik) untuk meminimumkan kesan parasit. Sekiranya anda berada dalam belanjawan terhad, saya telah menemui bahawa papan kekunci muzik elektronik yang murah berfungsi sebagai "fungsi penjana" untuk menghasilkan pelbagai isyarat AC frekuensi audio. Pastikan anda memilih "suara" papan kekunci yang meniru gelombang sinus (suara "panflute" biasanya bagus), jika bentuk gelombang sinusoidal adalah andaian penting dalam pengiraan anda.

Seperti biasa, elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter. Saya cadangkan nilai resistor antara 1 kΩ dan 100 kΩ.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" mereka sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramal secara matematik pelbagai nilai voltan dan semasa. Dengan cara ini, teori matematik "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan matematik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Cara terbaik untuk memperkenalkan pelajar kepada analisis matematik bagi litar sebenar ialah dengan terlebih dahulu mereka menentukan nilai komponen (L dan C) dari pengukuran voltan dan arus AC. Litar paling mudah, tentu saja, adalah komponen tunggal yang disambungkan kepada sumber kuasa! Bukan sahaja ini mengajar pelajar bagaimana untuk menyiapkan litar AC dengan betul dan selamat, tetapi ia juga akan mengajar mereka bagaimana untuk mengukur kapasitans dan induktans tanpa peralatan uji khusus.

Nota mengenai komponen reaktif: menggunakan kapasitor dan induktor berkualiti tinggi, dan cuba gunakan frekuensi rendah untuk bekalan kuasa. Transformer kuasa turun ke bawah kecil berfungsi dengan baik untuk induktor (sekurang-kurangnya dua induktor dalam satu pakej!), Selagi voltan yang digunakan untuk penggulungan pengubah adalah kurang daripada voltan pengubah pengubah bagi penggulungan itu (untuk mengelakkan ketepuan teras ).

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Katakan seseorang bertanya kepada anda untuk membezakan reaktansi elektrik (X) daripada rintangan elektrik (R). Bagaimanakah anda membezakan dua konsep yang serupa antara satu sama lain, menggunakan kata-kata anda sendiri?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sangatlah penting bagi anda untuk merangka konsep ini dengan kata-kata anda sendiri, jadi pastikan untuk memeriksa dengan instruktor anda tentang ketepatan jawapan anda untuk soalan ini! Untuk memberi anda tempat untuk memulakan, saya menawarkan perbezaan ini: rintangan adalah geseran elektrik, manakala reaktansi adalah penyimpanan tenaga elektrik. Pada asasnya, perbezaan antara X dan R adalah pertukaran tenaga, dan ia difahami dengan tepat dalam istilah tersebut.

Nota:

Ini adalah titik crossover yang sangat baik dengan kajian pelajar anda dalam fizik asas, jika mereka sedang belajar fizik sekarang atau telah belajar fizik pada masa lalu. Tindakan pengawalan tenaga induktor dan kapasitor agak sama dengan tindakan pengawasan tenaga massa dan mata air (masing-masing, jika anda mengaitkan halaju dengan arus dan berkuat kuasa dengan voltan). Dalam urat yang sama, rintangan adalah sama dengan geseran kinetik antara objek bergerak dan permukaan pegun. Parallels sangat tepat, sebenarnya, sifat elektrik R, L, dan C telah dieksploitasi untuk memodelkan sistem mekanik geseran, massa, dan ketahanan dalam litar yang dikenali sebagai komputer analog .

Soalan 3

Sebagai peraturan am, induktor menentang perubahan dalam ( pilih: atau), dan mereka melakukannya dengan. . . (lengkapkan ayat).

Berdasarkan kaedah ini, tentukan bagaimana induktor akan bertindak balas terhadap arus AC yang berterusan yang meningkatkan kekerapan. Adakah induktor akan menurunkan lebih kurang voltan, dengan frekuensi yang lebih tinggi? Terangkan jawapan anda.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sebagai peraturan umum, induktor menentang perubahan, dan mereka melakukannya dengan menghasilkan voltan.

Induktor akan menurunkan jumlah voltan AC yang lebih tinggi, diberi arus AC yang sama, pada frekuensi yang lebih tinggi.

Nota:

Persoalan ini adalah latihan dalam pemikiran kualitatif: kadar perubahan berkaitan dengan pembolehubah lain, tanpa menggunakan kuantiti berangka. Peraturan am yang dinyatakan di sini sangat penting bagi pelajar untuk menguasai dan dapat memohon kepada pelbagai keadaan. Sekiranya mereka tidak belajar mengenai induktor kecuali peraturan ini, mereka akan dapat memahami fungsi litar induktor yang banyak.

Soalan 4


∫f (x) dx Kalkulus isyarat!


Kita tahu bahawa formula yang berkaitan voltan seketika dan semasa dalam induktor ialah:

e = L di


dt

Mengetahui ini, tentukan di mana titik pada plot gelombang sinus untuk arus induktor adalah voltan induktor sama dengan sifar, dan di mana voltan berada pada puncak positif dan negatif. Kemudian, sambungkan titik ini untuk menarik bentuk gelombang untuk voltan induktor:

Berapa banyak peralihan fasa (darjah) yang ada di antara voltan dan arus gelombang "# 4"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk induktor, voltan mengetuai dan semasa adalah ketinggalan, dengan peralihan fasa 90 o .

Nota:

Persoalan ini adalah penerapan konsep kalkulus yang sangat baik mengenai derivatif : yang mengaitkan satu fungsi (voltan seketika, e) dengan kadar perubahan sesaat fungsi lain (semasa, (di / dt)).

Soalan 5

Adakah penentangan induktor untuk menaikkan arus atau peningkatan semasa semasa kekerapan arus meningkat "# 5"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pembangkang untuk arus AC ("reaktansi") daripada induktor bertambah apabila peningkatan kekerapan. Kami merujuk kepada pembangkang ini sebagai "reaktansi" daripada "rintangan" kerana ia tidak bersifat dissipative. Dengan kata lain, reaktansi tidak menyebabkan kuasa untuk meninggalkan litar.

Nota:

Tanyakan pelajar anda untuk menentukan hubungan antara reaktansi induktor dan kekerapan sebagai "berkadar terus" atau "berkadar songsang". Ini adalah dua frasa yang sering digunakan dalam sains dan kejuruteraan untuk menerangkan sama ada satu kuantiti meningkat atau berkurangan kerana kuantiti lain meningkat. Pelajar anda pasti perlu memahami kedua-dua frasa ini, dan dapat mentafsir dan menggunakannya dalam perbincangan teknikal mereka.

Juga, bincangkan makna perkataan "non dissipative" dalam konteks ini. Bagaimanakah kita dapat membuktikan bahawa penentangan terhadap masa kini yang dinyatakan oleh induktor tidak bersifat dissipative? Apa yang akan menjadi ujian akhir ini?

Soalan 6

Apa yang akan berlaku kepada kecerahan mentol lampu apabila teras besi dipindahkan dari gegelung dawai di litar ini? Terangkan mengapa ini berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Mentol cahaya akan lebih cerah apabila teras besi dipindahkan dari gegelung dawai, disebabkan perubahan dalam reaktiviti induktif (X L ).

Soalan susulan: apa kegagalan litar (s) boleh menyebabkan mentol cahaya menjadi lebih cerah dari yang seharusnya "nota tersembunyi"> Nota:

Satu arah yang anda mungkin mahu memimpin pelajar anda dengan soalan ini adalah bagaimana kuasa AC dapat dikawal dengan menggunakan prinsip ini. Mengawal kuasa AC dengan reaktansi pembolehubah mempunyai kelebihan pasti untuk mengawal kuasa AC dengan ketahanan berubah-ubah: tenaga kurang terbuang dalam bentuk haba.

Soalan 7

Induktor yang dinilai pada 4 Henrys tertakluk kepada voltan AC sinusoidal sebanyak 24 volt RMS, dengan frekuensi 60 hertz. Tulis formula untuk mengira reaktansi induktif (X L ), dan selesaikan semasa melalui induktor.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

X L = 2 πf L

Semasa melalui induktor ini ialah 15.92 mA RMS.

Nota:

Saya secara konsisten mendapati bahawa analisis kualitatif (lebih besar daripada, kurang daripada, atau sama) jauh lebih sukar bagi pelajar untuk melakukan daripada analisis kuantitatif (tebukan angka pada kalkulator). Walau bagaimanapun, saya secara konsisten mendapati bahawa pekerjaan yang kurang dari kemahiran kualitatif menjadikan lebih banyak "kesilapan" kuantitatif kerana mereka tidak boleh mengesahkan pengiraan mereka dengan anggaran.

Memandangkan ini, saya sentiasa mencabar pelajar saya untuk menganalisis formula secara kualitatif apabila mereka mula diperkenalkan kepada mereka. Tanyakan kepada pelajar anda untuk mengenal pasti apa yang akan berlaku kepada satu istilah persamaan jika istilah lain sama ada untuk meningkatkan atau menurun (anda memilih arah perubahan). Gunakan simbol panah atas dan ke bawah jika perlu untuk mengkomunikasikan perubahan ini secara grafik. Pelajar anda akan mendapat manfaat dalam pemahaman konseptual mengenai matematik yang diterapkan dari amalan ini!

Soalan 8

Pada kekerapan apa induktor 350 mH mempunyai 4.7 kΩ reactance? Tulis formula untuk menyelesaikannya, sebagai tambahan untuk mengira kekerapan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

f = 2.137 kHz

Nota:

Pastikan anda meminta pelajar anda untuk menunjukkan manipulasi algebra formula asal, dalam memberikan jawapan kepada soalan ini. Manipulasi aljabar persamaan adalah kemahiran yang sangat penting untuk dimiliki, dan hanya datang dengan kajian dan amalan.

Soalan 9

Berapa banyak induktans yang induktor harus mempunyai untuk memberikan 540 Ω reaktansi pada kekerapan 400 Hz? Tulis formula untuk menyelesaikannya, sebagai tambahan untuk mengira kekerapan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

L = 214.9 mH

Nota:

Pastikan anda meminta pelajar anda untuk menunjukkan manipulasi algebra formula asal, dalam memberikan jawapan kepada soalan ini. Manipulasi aljabar persamaan adalah kemahiran yang sangat penting untuk dimiliki, dan hanya datang dengan kajian dan amalan.

Soalan 10

Jelaskan semua langkah yang diperlukan untuk mengira jumlah semasa dalam litar AC induktif ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

I = 15.6 mA

Nota:

Arus tidak sukar untuk dikira, jadi jelas aspek yang paling penting dalam soalan ini bukan matematik. Sebaliknya, ia adalah prosedur perhitungan: apa yang perlu dilakukan terlebih dahulu, kedua, ketiga, dan sebagainya, dalam mendapatkan jawapan terakhir.

Soalan 11

Injap solenoid ialah peranti pelarik mekanik yang digerakkan oleh elektrik. Sebuah gegelung elektromagnet menghasilkan daya yang menarik pada "besi" yang kemudiannya membuka atau menutup mekanisme injap untuk mengawal aliran sesetengah bendalir. Di sini terdapat dua jenis ilustrasi, kedua-duanya menunjukkan injap solenoid:

Sesetengah injap solenoid dibina sedemikian rupa supaya perhimpunan gegelung boleh dikeluarkan dari badan injap, memisahkan kedua-dua keping ini supaya kerja penyelenggaraan boleh dilakukan pada satu tanpa mengganggu yang lain. Sudah tentu, ini bermakna mekanisme injap tidak lagi digerakkan oleh medan magnet, tetapi sekurang-kurangnya satu keping boleh dilakukan tanpa perlu mengeluarkan sekeping lain dari apa yang mungkin disambungkan kepada:

Ini biasanya dilakukan apabila penggantian mekanisme injap diperlukan. Pertama, gegelung itu diangkat dari mekanisme injap, maka juruteknik penyelenggaraan bebas mengeluarkan badan injap dari paip dan menggantikannya dengan badan injap baru. Akhir sekali, gegelung dipasang semula pada badan injap baru dan solenoid sekali lagi bersedia untuk perkhidmatan, semuanya tanpa elektrik memotong gegelung dari sumber kuasa.

Walau bagaimanapun, jika ini dilakukan semasa gegelung bertenaga, ia akan menjadi terlalu panas dan terbakar dalam masa beberapa minit sahaja. Untuk mengelakkan ini berlaku, juruteknik penyelenggaraan telah belajar untuk memasukkan pemutar skru keluli melalui lubang pusat gegelung semasa ia dikeluarkan dari badan injap, seperti ini:

Dengan pemutar skru pemutar keluli yang mengambil tempat seterika di dalam badan injap, gegelung tidak akan terlalu panas dan terbakar walaupun terus berkuasa. Jelaskan sifat masalah (mengapa gegelung cenderung membakar apabila dipisahkan dari badan injap) dan juga mengapa pemutar skru meletakkan penggantian besi berfungsi untuk mencegah hal ini berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dengan gelang besi tidak lagi di tengah gegelung solenoid, induktansi gegelung - dan oleh itu, reaktans induktifnya ke AC - secara dramatik berkurang kecuali armature digantikan oleh sesuatu yang lain ferromagnetik.

Nota:

Apabila saya mula-mula melihat amalan ini dalam tindakan, saya hampir jatuh ketawa. Ini adalah praktikal dan cerdik, dan juga sebagai contoh induktansi yang sangat baik (dan reaktiviti induktif) yang timbul daripada keengganan yang berbeza-beza.

Soalan 12

Apabila kuasa AC pada awalnya digunakan pada motor elektrik (sebelum aci motor mempunyai peluang untuk mula bergerak), motor "muncul" ke sumber kuasa AC untuk menjadi induktor besar:

Jika voltan sumber kuasa AC 60 Hz adalah 480 voltan RMS, dan motor pada mulanya menarik RMS 75 amps apabila suis tunggal-buang dua tiang ditutup, berapa banyak induktans (L) mesti lilitan motor mempunyai "# 12"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

X L = 16.98 mH

Nota:

Sebenarnya, rintangan penggulungan motor memainkan peranan penting dalam pengiraan seperti ini, tetapi saya memudahkan perkara-perkara yang sedikit untuk memberikan pelajar kepada konteks praktikal untuk pengetahuan pengenalan mereka terhadap reaktiviti induktif.

Soalan 13

Dalam menganalisis litar dengan induktor, kita sering mengambil kemewahan menganggap induktor konstituen menjadi sempurna; yakni, semata-mata induktif, tanpa sifat "sesat" seperti rintangan penggulungan atau capacitance antara penggulungan.

Kehidupan sebenar tidak begitu murah hati. Dengan induktor sebenar, kita perlu mempertimbangkan faktor-faktor ini. Satu langkah yang sering digunakan untuk menyatakan "kemurnian" induktor adalah apa yang dipanggil penarafan Q, atau faktor kualiti .

Tulis formula untuk mengira faktor kualiti (Q) gegelung, dan huraikan beberapa parameter operasi yang boleh menjejaskan nombor ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Gegelung Q = X L


R

Nota:

Pelajar anda sepatutnya dapat memahami dengan segera bahawa Q bukanlah sifat statik induktor. Biarkan mereka menerangkan apa yang menjadikan Q bervariasi, berdasarkan pengetahuan mereka mengenai reaktiviti induktif.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →