Una de les lleis famoses relacionades amb l’electricitat és la 'Llei d’Ohm'. La llei d’Ohms dóna una relació empírica que descriu el conductivitat de diversos materials conductors elèctricament. Segons aquesta llei, el corrent que circula en un conductor és directament proporcional a la tensió del conductor, amb la resistència com a constant de proporcionalitat. Aquí, les unitats de corrent són Ampere, les unitats de voltatge es donen en volts i les unitats de resistència són Ohms. En física, aquesta llei també s'utilitza generalment per referir-se a diverses generalitzacions de la llei, com ara en forma vectorial en electromagnètica. De la mateixa manera, quan es treballa amb AC inductors , s’utilitza la llei d’ohms, on la resistència es denomina “reactivitat inductiva” en lloc de “resistència”.
Què és la reactància inductiva?
Quan s’aplica tensió a un inductor, s’indueix un corrent a través del circuit de l’inductor. Tot i això, aquest corrent no es genera a l’instant, sinó que creix a un ritme ràpid determinat pels valors autoinduïts de l’inductor. El corrent induït està limitat pels elements resistius presents en els bobinatges de la bobina inductor. Aquí, la quantitat de resistència depèn de la proporció de la tensió aplicada al corrent induït, tal com s’esmenta a la llei d’Ohm.
La figura següent és un circuit inductor utilitzat per calcular la reactància inductiva.
Reactància inductiva
No obstant això, quan l’inductor està connectat al circuit de corrent altern, el flux de corrent es comporta de manera diferent. Aquí s’utilitza el subministrament sinusoïdal. Per tant, es produeix una diferència de fase entre la forma d’ona de tensió i corrent. Ara, quan s’utilitza el subministrament de corrent altern per a la bobina inductora, a més de la inductància de la bobina, el corrent també s’ha d’enfrontar a la oposició de la freqüència de la forma d’ona de corrent altern. Aquesta resistència que enfronta el corrent de l’inductor mentre està connectat al circuit de corrent altern es denomina “Resistència inductiva”.
Diferència entre la inductància i la reactància
La inductància és la capacitat d'un material per induir-hi una tensió quan hi ha un canvi en el flux de corrent al seu interior. El símbol de la inductància és 'L'. Considerant que, reactància és la propietat dels materials elèctrics que s’oposa al canvi de corrent. Les unitats de reactància són 'Ohm' i es denota amb el símbol 'X' per distingir-la de la resistència normal.
La reactància funciona de manera similar a resistència elèctrica però a diferència de la resistència, la reactància no dissipa l'energia com a calor. Més aviat emmagatzema l'energia com a valor de reactància i la retorna al circuit. Un inductor ideal té resistència zero mentre que una resistència ideal té reactància nul·la.
Derivació de fórmules de reactivitat inductiva
Reactància inductiva és el terme relacionat amb circuits de corrent altern. S'oposa al flux de corrent en circuits de corrent altern. En un circuit inductiu de corrent altern a causa de la diferència de fase, la forma d'ona actual 'LAGS' la forma d'ona de tensió aplicada en 90 graus, és a dir, si la forma d'ona de tensió està a 0 graus, la forma d'ona actual serà de -90 graus.
En un circuit inductiu, l’inductor es col·loca a través del subministrament de tensió de corrent altern. L’emf autoinducida a l’inductor augmenta i disminueix amb l’augment i disminució de la freqüència de la tensió d’alimentació. L’emf emf induïda per si mateixa és directament proporcional a la velocitat de canvi de corrent de la bobina inductor. La taxa de canvi més alta es produeix quan la forma d’ona de la tensió d’alimentació passa del mig cicle positiu al mig cicle negatiu o viceversa.
En un circuit inductiu, el corrent retarda la tensió. Per tant, si la tensió està a 0 graus, el corrent estarà a -90 graus respecte a la tensió. Per tant, quan es consideren formes d’ona sinusoïdals, la forma d’ona de tensió VLes pot classificar com a ona sinusoïdal i forma d'ona ILcom una ona cosinus negativa.
Per tant, el corrent en un punt es pot definir com:
JoL= Jomàx. sense (ωt - 900), φωestà en radians i ‘t’ en segons
La relació de tensió i corrent al circuit inductiu dóna el valor de la reactància inductiva XL
Així, XL= VL/ JoLohms = ωL = 2πfL ohms
Aquí, L és la inductància, f és la freqüència i 2πf = ω
A partir d’aquesta derivació, es pot veure que la reactància inductiva és directament proporcional a la freqüència ‘f’ i a la inductància ‘L’ de l’inductor. Amb un augment de la freqüència de tensió o de la inductància de la bobina, augmenta la reactància general del circuit. A mesura que la freqüència augmenta fins a l'infinit, la reactància inductiva també augmenta fins a l'infinit actuant de manera similar a un circuit obert. Per a un descens de la freqüència a zero, la reactància inductiva també disminueix a zero, actuant de manera similar a un curtcircuit.
Símbol
La reactància inductiva és la resistència que afronta el flux de corrent a l’inductor quan es subministra tensió de corrent altern. Les seves unitats són similars a les unitats de resistència. El símbol de la reactància inductiva és “XL“. Com que el corrent es retarda 90 graus respecte a l’inductor de tensió, tenint el valor de qualsevol de les quantitats, l’altre es pot calcular fàcilment. Si es coneix la tensió, es pot derivar la forma d'ona actual mitjançant el desplaçament negatiu de 90 graus de la forma d'ona de tensió.
Exemple
Vegem un exemple per calcular la reactància inductiva.
Un inductor amb 200 mH d’inductància i resistència nul·la està connectat a través d’un subministrament de tensió de 150 V. La freqüència de subministrament de tensió és de 60Hz. Calculeu la reactància inductiva i el corrent que circula per l’inductor
Reactància inductiva
XL= 2πfL
= 2π × 50 × 0,20
= 76,08 ohms
Actual
JoL= VL/ XL
= 150 / 76.08
= 1.97 A
Als circuits elèctrics i electrònics s’utilitza regularment el terme ‘reactància’ amb circuits d’inductors i condensadors. Un augment del valor de reactància en aquests circuits condueix a una disminució del corrent a través d’ells. La reactància inductiva fa que el voltatge i el corrent es desfasin. En els sistemes d’energia elèctrica, això limitarà la capacitat de potència de les línies de transmissió de corrent altern. Tot i que el corrent continua fluint en aquestes situacions, però les línies de transmissió s’escalfaran i no hi haurà una transferència d’energia efectiva. Per tant, és important controlar la reactància inductiva dels circuits. Quina és la diferència de fase entre les formes d’ona de tensió i de corrent per al circuit inductor?
