3.3 Käämi vaihtovirtapiirissä
Tutkimme, voidaanko käämin rautasydämen iestä siirtämällä
vaikuttaa piirin vaihtovirtaan.
Klikkaa alla oleva Flash-objekti aktiiviseksi ja siirrä "nuoli
oikealle"-näppäimellä iestä poispäin rautasydämestä.
Miten punainen virtakäyrä muuttuu ?
Näemme, että iestä siirrettäessä poispäin
1) virta kasvaa
2) virran ja jänniteen välillä on vaihe-ero koko ajan n.
90 0 eli p/2.
Jännite saavuttaa huippunsa p/2
ennen kuin virta.
| jännite on edellä virtaa neljännesaallon eli p/2 verran |
Tätä
vaihe-eroa havainnollistaa seuraava osoitindiagrammi, jossa sininen jännitevektori
on p/2
edellä
punaista
virtavektoria. Todellinen käämin virta ja jännite on luettavissa
pystyakselilta.
Mistä johtuu virran kasvu? Käämin virtaa estävä vaikutus
ilmeisesti pienenee siirrettäessä iestä poispäin.
Tarkemmin: Muuttuvan virran aiheuttama muuttuva magneettikenttä indusoi
käämiin jännitteen, joka vastustaa virran muutosta. Tätä
käämistä riippuvaa vastustavaa ominaisuutta kuvaa käämin
induktanssi L, joka siis pienenee kun iestä siirretään
pois rautasydämestä.
.
Mitkä muut seikat vaikuttavat virtaan ? Kokeilemme vaikuttaako vaihtojännitteen
taajuuden muuttaminen 50 Hz:stä ylöspäin. Vedä liukunauhasta
alaspäin, jolloin taajuus kasvaa.
Taajuuden kasvu pienentää virtaa (punainen käyrä). Käämin vaihtovirtaa vastustava ominaisuus ns. induktiivinen reaktanssi XL rippuu sekä käämistä että taajuudesta:
Jännitteen ja virran tehollisten arvojen välillä vallitsee
Edellinen mittaus voitaisiin tehdä seuraavalla kytkennällä.
Kytkemme käämin ja vastuksen sarjaan ja oskilloskoopin näiden
rinnalle (ks. kuva alla). Käytämme pientä vastusta, koska vastuksessa
jännite on samassa vaiheessa virran kanssa ja toisaalta tämä
sama virta kulkee myös käämin läpi. Näin vastuksen
jännitekäyrästä näemme käämin virtakäyrän
vaiheet.
Esim 1 Käämi, jonka induktanssi on 2,0 H ja resistanssi merkityksetön, kytketään 50 Hz ja 220 V vaihtojännitteeseen. Kuinka suuri on käämissä kulkevan virran tehollinen arvo ?
I = U / wLi = 220 V / 2p50Hz. 2.0 H = 0,35 A.