אחד החוקים המפורסמים הקשורים לחשמל הוא 'חוק אוהם'. חוק אוהם נותן יחס אמפירי המתאר את מוֹלִיכוּת של חומרים מוליכים חשמליים שונים. על פי חוק זה, הזרם הזורם במוליך הוא ביחס ישר למתח על פני המוליך, כשההתנגדות היא קבועה פרופורציונאלית. כאן, יחידות הזרם הן אמפר, יחידות מתח ניתנות בוולט, ויחידות התנגדות הן אוהם. בפיזיקה, חוק זה משמש בדרך כלל גם להתייחסות להכללות שונות של החוק, כגון בצורה וקטורית באלקטרומגנטיקה. באופן דומה, כאשר עובדים עם AC משרנים , נעשה שימוש בחוק אוהם, כאשר התנגדות מכונה 'תגובה אינדוקטיבית' במקום 'התנגדות'.
מהי תגובה אינדוקטיבית?
כאשר מפעילים מתח על משרן, נגרם זרם על פני מעגל המשרן. עם זאת, זרם זה אינו נוצר באופן מיידי אלא גדל בקצב מהיר הנקבע על פי ערכי המשרן העצמי. הזרם המושרה מוגבל על ידי אלמנטים התנגדותיים הנמצאים בפיתולי סליל המשרן. כאן, כמות ההתנגדות תלויה ביחס בין המתח המופעל לזרם המושרה, כאמור בחוק אוהם.
האיור שלהלן הוא מעגל משרנים המשמש לחישוב תגובת האינדוקציה.
אינדוקציה-תגובתיות
עם זאת, כאשר המשרן מחובר למעגל זרם זרם הזרם מתנהג אחרת. כאן משתמשים באספקה הסינוסואידית. לפיכך, מתרחש הבדל פאזה בין מתח וצורת גל זרם. כעת, כאשר נעשה שימוש באספקת זרם הסליל למשרן, מלבד ההשראות של הסליל, הזרם צריך להתמודד גם עם התנגדות מתדירות צורת הגל. התנגדות זו העומדת בפני זרם המשרן בעת חיבור במעגל AC נקראת 'התנגדות אינדוקטיבית'.
ההבדל בין השראות ותגובה
השראות היא היכולת של חומר לגרום למתח בו כשיש שינוי בזרימת הזרם בתוכו. סמל ההשראות הוא 'L'. ואילו, תגובתיות הוא רכושם של חומרים חשמליים המתנגדים לשינוי הזרם. יחידות התגובה הן 'אוהם' וזה מסומן על ידי הסמל 'X' כדי להבדיל אותו מהתנגדות רגילה.
התגובה פועלת באופן דומה ל התנגדות חשמלית אך בניגוד להתנגדות, התגובה אינה מפיצה את הכוח כחום. במקום זאת הוא אוגר את האנרגיה כערך תגובתי ומחזיר אותה למעגל. למשרן אידיאלי יש אפס התנגדות ואילו לנגד אידיאלי יש אפס תגובה.
נגזרת פורמולת תגובה אינדוקטיבית
תגובת אינדוקציה היא המונח הקשור למעגלי זרם חילופין. הוא מתנגד לזרימת הזרם במעגלי זרם חילופין. במעגל אינדוקטיבי של AC עקב הפרש פאזה, צורת הגל הנוכחית 'LAGS' את צורת הגל המתח המופעלת ב 90 מעלות. כלומר אם צורת גל המתח היא ב 0 מעלות, צורת הגל הנוכחית תהיה ב -90 מעלות.
במעגל אינדוקטיבי, המשרן ממוקם על פני ספק מתח המתח. EMF המושרה עצמית במשרן עולה ויורד עם העלייה והירידה בתדר מתח האספקה. EMF המושרה על ידי עצמו הוא פרופורציונלי ישירות לקצב שינוי הזרם בסליל המשרן. קצב השינוי הגבוה ביותר מתרחש כאשר צורת גל מתח האספקה עוברת מחצי מחזור חיובי לחצי מחזור שלילי או להיפך.
במעגל אינדוקטיבי, הזרם מתחבר למתח. לכן, אם המתח הוא 0 מעלות אז הזרם יהיה ב -90 מעלות ביחס למתח. מכאן שכאשר שוקלים צורות גל סינוסואליות, צורת גל מתח Vלניתן לסווג גל סינוס וצורת גל נוכחית Iלכגל קוסינוס שלילי.
לפיכך, ניתן להגדיר זרם בנקודה כ:
אניל= אנימקסימום. חטא (--t - 900), זה ברדיאנים ו- 't' בשניות
יחס המתח והזרם במעגל ההשראה נותן את ערך ההשראה האינדוקטיבית Xל
לפיכך, Xל= V.ל/ אנילאוהם = ωL = 2πfL אוהם
כאן, L הוא ההשראות, f הוא התדר ו- 2πf = ω
מגזירה זו, ניתן לראות כי תגובת האינדוקציה היא פרופורציונלית ישירות לתדר 'f' ולהשראות 'L' של המשרן. עם עלייה בתדירות המתח או בהשראות הסליל, התגובה הכוללת של המעגל עולה. ככל שהתדר עולה לאינסוף, תגובת ההשראה גם עולה לאינסוף הפועל בדומה למעגל פתוח. לטבילה בתדירות לאפס, גם תגובת ההשראה פוחתת לאפס, ופועלת בדומה לקצר.
סֵמֶל
תגובת אינדוקציה היא ההתנגדות העומדת בפני זרימת הזרם במשרן כאשר מתח המתח מסופק. יחידותיו דומות ליחידות התנגדות. סמל התגובה ההשראה הוא 'Xל'. מכיוון שהזרם משתרך ב 90 מעלות ביחס למשרן המתח, על ידי כך שיש לחשב את הערך עבור כל אחת מהכמויות, השני יכול לחשב בקלות. אם ידוע על המתח, אז על ידי הסטה שלילית של 90 מעלות של צורת גל המתח ניתן לגזור את צורת הגל הנוכחית.
דוגמא
בואו נסתכל על דוגמא לחישוב תגובת ההשראה.
משרן עם אינדוקציה 200mH והתנגדות אפסית מחובר על פני אספקת מתח של 150 וולט. תדירות אספקת המתח היא 60 הרץ. חשב את תגובת ההשראה ואת הזרם הזורם דרך המשרן
תגובה אינדוקטיבית
איקסל= 2πfL
= 2π × 50 × 0.20
= 76.08 אוהם
נוֹכְחִי
אניל= V.ל/ איקסל
= 150 / 76.08
= 1.97 א
במעגלים חשמליים ואלקטרוניים המונח 'תגובתיות' משמש באופן קבוע עם מעגלי משרנים וקבלים. עלייה בערך התגובה במעגלים אלה מובילה לירידה בזרם על פניהם. תגובת אינדוקציה גורמת למתח ולזרם לצאת מהפאזה. במערכות חשמל, זה יגביל את יכולת ההספק של קווי העברת זרם חילופין. אמנם הזרם עדיין זורם במצבים כאלה אך קווי ההולכה יתחממו ולא תהיה העברת כוח יעילה. לכן, חשוב לפקח על תגובת ההשראה של המעגלים. מהו הפרש השלב בין צורות גל זרם עבור מעגל המשרן?
