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Corso di Elettrotecnica Capitolo V

Corrente alternata: circuito ohmico-induttivo

di Gennaro Bottiglieri

Circuito puramente ohmico

Il circuito puramente ohmico è quel circuito composto da semplici resistenze.

In pratica, sono considerati puramente ohmici i circuiti composti da: lampade ad incandescenza, stufe elettriche ecc.

Il calcolo dei circuiti puramente ohmici in corrente alternata non differisce da quello in corrente continua, e quindi, per questi tipi di circuiti vale sempre la legge di Ohm.

V=R x I

La rappresentazione della tensione e della corrente può essere effettuata graficamente riportando sull’asse verticale su scale diverse, i valori della tensione e della corrente.

La corrente elettrica che attraversa un circuito puramente ohmico segue la stessa legge di variazione della tensione. Nell’istante in cui la tensione è uguale a zero la corrente è zero, e nell’istante in cui la tensione è massima, la corrente e massima.

In questo caso si dice che in un circuito puramente ohmico la tensione e la corrente sono in < fase>

Circuito puramente induttivo

Il circuito puramente induttivo in corrente alternata, a causa dell’autoinduzione, presenta al passaggio della corrente una certa opposizione, che viene detta < reattanza induttiva >.

Tale circuito è puramente teorico, in quanto esclude la presenza della resistenza ohmica.

La reattanza induttiva si indica con XL e si misura in Ohm. Essa è data da:

L’intensità di corrente che attraversa il circuito puramente induttivo, si calcola mediante la legge di ohm, sostituendo però alla resistenza R la reattanza induttiva XL.

Il circuito puramente induttivo, in corrente continua equivale ad un corto circuito in quanto, essendo la frequenza zero, la reattanza è nulla e quindi l’intensità di corrente è infinita.

La corrente induttiva, non è in fase con la tensione perché, come già visto, l’autoinduzione del circuito genera un f.e.m. di autoinduzione che si oppone alle variazioni e quindi al passaggio della corrente stessa, provocandone un ritardo, che viene detto sfasamento.

Quando la tensione va dal massimo positivo a zero, la corrente a causa della f.e.m. di autoinduzione tende ad aumentare da zero al valore massimo per cui, quando la tensione è zero la corrente del circuito è massima.

Quando la tensione va da zero al massimo negativo la corrente va dal massimo positivo a zero per cui, quando la tensione è massima negativa la corrente è zero.

Quando la tensione va dal massimo negativo a zero, la corrente va da zero al massimo negativo per cui, quando la tensione è zero, la corrente è massima negativa.

Quando la tensione va da zero al massimo positivo, la corrente va dal massimo negativo a zero per cui, quando la tensione è massima positiva, la corrente è zero.

Pertanto, si può concludere che la corrente raggiunge i valori massimi e lo zero ¼ di periodo dopo la tensione, cioè, in un circuito puramente induttivo, lo sfasamento della corrente rispetto alla tensione è di 90° in ritardo.

Reattanza induttiva

La reattanza induttiva pur venendo misurata in Ohm, come la resistenza Ohmica, contrariamente a quest’ultima può essere definita come una resistenza apparente, in quanto provoca effetti completamente diversi, infatti:

• La resistenza ohmica presenta al passaggio della corrente elettrica un certo ostacolo, che ,dà luogo ad una dissipazione di potenza che viene trasformata in calore

• La reattanza induttiva per effetto dell’auto induzione, ostacola le variazioni della corrente alternata, ritardandone sia l’aumento che la diminuzione.

La reattanza pertanto, non provoca alcuna dissipazione di energia, ma accumula nel proprio campo magnetico, quando la corrente va da zero al valore massimo, e successivamente la restituisce quando la corrente ritorna a zero.

Questo fenomeno prende il nome di < effetto reattivo> ed è tanto maggiore quando maggiore è la frequenza della corrente alternata.

Quindi, uno stesso circuito induttivo presenta una piccola reattanza alle correnti a bassa frequenza, ed una reattanza maggiore, per le frequenze più elevate.

Cioè, i circuiti induttivi si lasciano attraversare facilmente dalle correnti a bassa frequenza, e tendono a bloccare invece, le correnti ad alta frequenza.

Circuito Ohmico - Induttivo

Il circuito ohmico – Induttivo è quello che realmente esiste in pratica e può essere paragonato ad un circuito composto da una resistenza e da una induttanza collegate fra loro.

In pratica sono considerati Ohmici- Induttivi i circuiti composti da bobine. Ad esempio: gli avvolgimenti dei trasformatori, dei motori, le bobine delle elettrocalamite ecc.

Applicando una tensione alternata a questo circuito, esso sarà percorso da una corrente alternata di intensità minore di quella che circolerebbe se applicassimo una tensione continua.

Infatti, la corrente alternata per attraversare una bobina incontra, oltre alla normale resistenza ohmica, anche, una opposizione dovuta alla reattanza.

L’azione combinata dalla resistenza ohmica e della reattanza in un circuito percorso da corrente alternata, viene detta:

IMPEDENZA

L’impedenza di un circuito viene misurata in ohm e si calcola mediante la seguente espressione:

Nota

Un metodo pratico per calcolare graficamente l’impedenza, consiste nel disegnare un triangolo rettangolo i cui cateti rappresentano in scala, la resistenza (R) e la reattanza(XL). L’ipotenusa, rappresenterà in scala, il valore dell’impedenza (Z).

L’intensità di corrente che percorre un circuito ohmico induttivo, risulta sempre sfasata in ritardo rispetto alla tensione.

Cioè la corrente raggiunge i valori zero e massimo sempre in ritardo rispetto alla tensione.

Infatti, come già visto, nel caso del circuito ohmico, la tensione e la corrente sono in fase, mentre nel circuito induttivo la corrente è sempre sfasata in ritardo di 90° rispetto alla tensione.

Pertanto la corrente che attraversa il circuito ohmico induttivo risulta sfasata di un valore compreso tra 0° e 90°.

Lo sfasamento risulterà tanto maggiore, quanto maggiore e la reattanza induttiva del circuito, rispetto alla resistenza.

Lo sfasamento tra tensione e corrente, viene indicato con  cosf, e viene espresso con un numero che varia da 0 a 1.

• Al valore cosf =  0 si ha uno sfasamento di 90°

• Al valore cosf = 1 non si ha sfasamento, cioè tensione e corrente sono in fase.

Il cosf di un circuito ohmico induttivo è dato dal rapporto tra la resistenza e l’impedenza del circuito stesso.

Vedremo in seguito l’importanza dello sfasamento tra la tensione e la corrente ai fini della potenza elettrica.