Defazaj.docx

Bine te-am găsit ! Indiferent de tipul curentului electric care le parcurge (continuu sau alternativ) rezistenţele electrice ascultă doar de legea lui Ohm (despre care am vorbit deja aici). În cazul capacit ăţilor şi inductan ţelor lucrurile nu mai sunt la fel de simple deoarece ori de câte ori tensiunea electrică se modifică, acestea introduc defazaje între tensiune şi curent. Aşadar, subiectele care le vom aborda astăzi sunt:  

Defazajul dintre tensiune şi curent introdus de o inductanţă (o bobină). Defazajul dintre tensiune şi curent introdus de o capacitate (un condensator).

În cuprinsul de mai sus se observ ă cuvântul defazaj. Defazaj poate însemna multe aşa că înainte de a trece mai departe trebuie să te lămuresc ce înseamnă defazaj în cazul de faţă. Curentul electric alternativ are o comportare ciclică şi din acest motiv, pentru a simplifica înţelegerea fenomenelor care ţin de el, s-a introdus o convenţie care spune că durata unui ciclu (adică a unei alternanţe complete) poate fi transpusă pe circumferinţa unui cerc. Ca să înţelegi mai bine, hai să ne uităm în figura 1.

Figura 1. Exprimarea valori instantanee a tensiunii electrice alternative ca poziţie unghiular ă pe circumferinţa unui cerc În stânga vedem reprezentarea grafică a unei alternanţe complete a curentului alternativ. În dreapta vedem cum domeniul de tensiuni din stânga a fost mulat pe circumferinţa unui cerc. Aceasta înseamnă că oricărei poziţii de pe linia albastră din stânga îi corespunde o poziţie pe circumferinţa cercului din figura din dreapta. Astfel, prin convenţia de care pomeneam mai sus se consideră că: 

punctul în care alternanţa are valoarea 0 pe zona de urcare (adica t0) este poziţia de 0o;



punctul în care alternanţa atinge valoarea pozitiv ă maximă (t1) este poziţia de 90o; punctul în care alternanţa are valoarea 0 pe zona de coborâre (t2) este poziţia de 180o; punctul în care alternanţa atinge valoarea negativ ă maximă (t3) este poziţia de 270o; punctul în care alternanţa atinge din nou valoarea 0 pe zona de urcare (t4) este poziţia de 360o pentru alternanţa curentă şi în acelaşi timp punctul de 0o al următoarei alternanţe.

  

Cu acestea fiind zise, în cazul în care în graficul de mai sus am avea două semnale, acestea pot fi:  

în fază, când alternanţele amândurora trec în exact acelaşi timp prin momentele t0, t1, t2, t3 şi t4; defazate, când alternanţele celor două semnale nu trec în exact acelaşi timp prin momentele t0, t1, t2, t3 şi t4.

Defazajul dintre tensiune şi curent introdus de o inductanţă (o bobină)

Dacă unei rezistenţe electrice îi modificăm tensiunea la borne, aceasta va modifica instantaneu şi intensitatea curentului care curge prin ea. Însă în cazul unei bobine, orice modificare a tensiunii la borne va provoca apariţia fenomenului de autoinducţie.

Figura 2. Defazajul dintre tensiune şi curent produs de o inductanţă (bobină) În figura 2 avem reprezentate două semnale: variaţia tensiunii aplicate la bornele unei bobine şi respectiv a intensităţii curentului care apare prin ea. Se observă că pe întreaga durată cât tensiunea creşte (linia albastră în intervalul t0 – t1) fenomenul de autoinducţie împiedică modificarea (creşterea) intensităţii curentului prin bobină. Când tensiunea îşi încetează creşterea (în momentul t1) influenţa autoinducţiei scade şi abia atunci curentul începe şi el să crească. Şi continuă să crească, deoarece bobina simţind că cineva îi fură din tensiunea de la borne, încearcă să stabilizeze situaţia pompând un curent suplimentar în circuit. Maximul pozitiv de curent se atinge în t2, deoarece în t2 viteza de variaţie a tensiunii este maximă şi deci autoinducţia este în floare. Între t2 şi t3 viteza de variaţie a tensiunii scade până la 0 la fel ca şi curentul. Între t3 şi t5 tensiunea încet încet îşi măreşte viteza de variaţie, creând un maxim (negativ) de curent în t4, apoi încet încet viteza de variaţie a tensiunii scade, reducând curentul la 0 în momentul t5 şi tot aşa mai departe.

Urmărind graficul din figura 2 se observă că mereu variaţia tensiunii va afecta variaţia curentului abia după ce a trecut un sfert din durata unei alternanţe complete. După cum se vede în figura 1, distanţa dintre t0 şi t1 corespunde unui defazaj de 90o. Aşadar, în cazul unei inductanţe, defazajul dintre tensiune şi curent este de +90o (“+”-ul indicând faptul că, în acest caz, tensiunea apare înaintea curentului). Din acest motiv se spune că defazajul dintre tensiune şi curent produs de o inductanţă este pozitiv.

Defazajul dintre tensiune şi curent introdus de o capacitate (un condensator) Spre deosebire de inductanţă, care tinde să menţină un curent constant prin ea, capacitatea tinde să-şi menţină constantă tensiunea la borne. Urmărind graficul din figura 3 se observă că atunci când începem să creştem tensiunea pe condensator (momentul t0) acesta protestează consumând un curent foarte mare, care se reduce la 0 abia în momentul t1 când tensiunea nu mai creşte. Între t1 şi t2 tensiunea începe să scadă. La început scade lent, condensatorul începe să se descarce lent şi deci şi curentul dat de acesta este mic. Însă pe măsură ce ne apropiem de momentul t2, viteza de variaţie a tensiunii creşte din ce în ce mai mult, condensatorul se descarcă mai repede şi deci şi curentul dat de acesta creşte atingând un maxim în momentul t2. Când tensiunea atinge valoarea negativă maximă (în momentul t3), condensatorul nu mai consumă nici un curent, fiind deja încărcat la tensiunea (negativă) maximă. În momentul în care tensiunea începe să se îndrepte spre momentul t4, la fel ca şi viteza de variaţie a tensiunii, curentul creşte până la maximul pozitiv (în momentul t4) şi apoi scade până la 0 (în momentul t5). Evident, la fel se întâmplă şi în cazul următoarelor alternanţe.

Figura 3. Defazajul dintre tensiune şi curent produs de o capacitate (un condensator) Aşadar, în cazul unei capacităţi, defazajul dintre tensiune şi curent este de -90o (“-“-ul indicând faptul că, în acest caz, tensiunea apare ceva mai târziu decât curentul). Din acest motiv se spune că defazajul dintre tensiune şi curent produs de o capacitate este negativ. În concluzie: 



intensitatea curentului alternativ printr-o bobină (în afară de prima semialternanţă) sau printr-un condensator, este maximă atunci când viteza de variaţie a tensiunii de la borne este maximă; în bobină curentul maxim apare cu 90o mai târziu decât valoarea maximă a tensiunii care l-a creat (defazaj pozitiv);



în condensator curentul maxim apare cu 90o înaintea tensiunii care l-a creat (defazaj negativ). Să nu ţi se pară ciudat faptul că “curentul apare înaintea tensiunii” deoarece este vorba doar de valorile maxime. Spuneam în articolele trecute că tensiunea electrica este cea care creează curentul electric. Acestă regulă se aplică şi aici, în cazul condensatorului: înainte să ajungă sa aibă la borne tensiunea maximă din circuit, condensatorul va consuma cel mai mare curent posibil.

Punând cap la cap defazajele celor două tipuri de componente, rezultă că într-un circuit de curent alternativ care conţine bobine şi condensatori, curentul maxim prin bobină va fi defazat cu 180o faţă de curentul maxim prin condensator. Aceasta înseamnă că valoarea maximă pozitivă a curentului prin bobină va apare exact în momentul în care curentul prin condensator atinge valoarea negativă minimă – adică sunt mereu contrari. Acest fapt se observă foarte bine şi în graficele din figura 2 şi figura 3: de exemplu, în momentul t2 curentul prin bobină atinge maximul pozitiv, în timp ce curentul prin condensator atinge maximul negativ. Cu alte cuvinte, prezenţa în acelaşi circuit a unui condensator şi a unei bobine face ca efectele prezenţei lor să se bată cap în cap. Din această “încăierare” pot ieşi nişte aplicaţii foarte faine, despre care însă vom vorbi în articolele viitoare. Dacă ţi-a plăcut acest articol, distribuie-l mai departe în grupul tău de prieteni ! Cu bine,