Categoria Elettronica

Qual è il funzionamento dei circuiti induttivi?

Nell'articolo precedente ho parlato dei circuiti capacitivi cioè quei circuiti in cui oltre ad un generatore di tensione sono presenti solo condensatori. I circuiti invece costituiti da un generatore che alimenta esclusivamente induttori sono chiamati induttivi.

Circuiti Induttivi

Semplice circuito induttivo alimentato in corrente continua:

Circuito induttivo alimentato in corrente continua

Semplice circuito induttivo alimentato a corrente alternata:
Circuito induttivo alimentato in corrente alternata

Entrambi i due circuiti induttivi comprendono un solo induttore che oltre a presentare la sua induttanza caratteristica ha anche una resistenza dovuta al conduttore che costituisce le sue spire.
Tale resistenza risulta molto bassa se gli induttori hanno poche spire formate da un conduttore con sezione piuttosto grande.
In un circuito induttivo che presenta esclusivamente induttanza, quindi resistenza quasi nulla, per far circolare una corrente continua è sufficiente applicare una tensione molto bassa invece per far circolare corrente alternata di valore efficace uguale a quello della corrente continua occorre una tensione maggiore. Questo perché l'induttore ha la proprietà di opporsi alle variazioni della corrente che lo attraversa e quindi ostacola la circolazione della corrente alternata che varia continuamente.


Quando la corrente aumenta l'induttore produce una f.e.m. (forza elettromotrice) di autoinduzione che tende a far circolare una corrente in senso opposto a quella che sta attraversando questo per contrastarne l'aumento. Quando invece la corrente diminuisce l'induttore produce una f.e.m. di autoinduzione che tende a far circolare una corrente nello stesso senso di quella che sta diminuendo questo accade per contrastare la diminuzione.
La f.e.m. di autoinduzione prodotta dall'induttore deve essere, in ogni istante, uguale e contraria alla tensione fornita dal generatore poiché i poli del generatore sono collegati direttamente agli estremi dell'induttore.

Vediamo il comportamento di un circuito induttivo alimentato in corrente alternata.

 Grafico circuito induttivo alimentato in corrente alternata

Come si può notare se la corrente è sinusoidale anche la tensione che determina la sua circolazione è sinusoidale. Come visto per i condensatori anche i questo caso la sinusoide che rappresenta la tensione risulta spostata rispetto a quella che rappresenta la corrente.
In questo caso però in modo diverso infatti in un circuito induttivo è la tensione che risulta sfasata in anticipo rispetto alla corrente.
Osservando la Fig. 3 nel tempo compreso tra 0s e 0,05s (linea verde) la corrente è positiva, aumenta e circola nel circuito come indicato nella Fig. 4

 Comportamento circuito induttivo alimentato in corrente alternata

Poiché questa corrente aumenta la f.e.m. di autoinduzione si oppone al suo passaggio facendo circolare una corrente diretta in senso opposto contrastando l'azione del generatore che alimenta il circuito.
Nel tempo compreso tra 0,05s e 0,1s la corrente, ancora positiva, inizia a diminuire passando dal valore massimo al valore 0 e la f.e.m. di autoinduzione per opporsi a questa diminuzione fa circolare una corrente diretta nello stesso senso.

 Comportamento circuito induttivo alimentato in corrente alternata

Considerato che il senso in cui la f.e.m. tende a far circolare la corrente è opposta a quella della Fig. 4 anche le polarità ai capi dell'induttore sono invertire rispetto a quelle della Fig. 4
Visto che le polarità del generatore devono essere sempre uguali a quelle dell'induttore anche queste risultano invertire.
Dopo 0,1s la corrente è di nuovo nulla, inverte il suo senso di circolazione e nel tempo compreso tra 0,1s e 0,15s la corrente risulta negativa.

 Comportamento circuito induttivo alimentato in corrente alternata

La corrente aumenta passando dal valore 0 al valore massimo negativo e la f.e.m. si oppone nuovamente al suo passaggio facendo circolare una corrente diretta in senso opposto.
Confrontando la Fig.5 e la Fig. 6 si può notare che tale corrente circola in senso opposto perché la corrente ha invertito il suo senso di circolazione e di conseguenza sia la polarità ai capi dell'induttore e del generatore risultano invertite.
La corrente dopo aver raggiunto il valore massimo negativo torna a diminuire fino ad annullarsi nel tempo compreso tra 0,15s e 0,2s

Visto che la corrente diminuisce nuovamente la f.e.m. si oppone a questa diminuzione facendo circolare una corrente diretta nello stesso senso.

 Comportamento circuito induttivo alimentato in corrente alternata

Anche in questo caso confrontando la Fig. 6 e la Fig. 7 si può notare che la corrente circola in senso opposto questo perchè essa ha invertito il suo senso di circolazione e di conseguenza risultano invertite anche le polarità ai capi dell'induttore e del generatore.
Nella Fig. 4 il polo A del generatore è positivo quindi la tensione tra 0s e 0,05s è positiva mentre quando il polo A del generatore è negativo come nella Fig. 5 e Fig. 6 anche la tensione è negativa nel tempo tra 0,1s e 0,15s di conseguenza la tensione è di nuovo positiva tra 0,15s e 0,2s quando il polo A del generatore è di nuovo positivo, Fig. 7
La tensione si annulla quando il generatore inverte le sue polarità. Questo avviene quando la corrente cessa di aumentare e inizia a diminuire cioè quando raggiunge il suo valore massimo positivo a 0,05s e il valore massimo negativo a 0,15s

L'andamento della tensione alternata applicata ad un circuito induttivo è quello illustrato nella Fig. 8

 Andamento della tensione alternata applicata ad un circuito induttivo

Come si può vedere l'andamento della sinusoide è lo stesso di quello della corrente alternata circolante in un circuito capacitivo.

Mentre in un circuito capacitivo la corrente è sfasata in anticipo di una quarto di periodo rispetto alla tensione, in un circuito induttivo è la tensione che risulta sfasata di un quarto di periodo rispetto alla corrente.
In entrambe i circuiti si ha sempre uno sfasamento di un quarto di periodo tra tensione e corrente ma dal tipo di circuito dipende quale di queste due grandezze risulta in anticipo rispetto all'altra.

 Sfasamento della corrente e della tensione in un circuito induttivo

Dalla Fig. 9 si può notare che tra la corrente e la tensione si ha uno sfasamento di 90° e che la tensione è in anticipo sulla corrente.

In un circuito induttivo l'induttore si oppone alla circolazione della corrente alternata reagendo alle sue variazioni. La reattanza induttiva è l'ostacolo opposto dall'induttore alla corrente alternata e si rappresenta co il simbolo XL
La reattanza induttiva, come la reattanza capacitiva e la resistenza, si misura in Ohm e si calcola con la seguente formula:

XL = 2π x f x L

dove L ne misura l'induttanza (espressa in henry H) mentre f misura la frequenza (espressa in hertz Hz) della corrente variabile che attraversa l'avvolgimento.

Diminuendo la frequenza f la reattanza XL diminuisce e quando la frequenza f è nulla la reattanza si annulla. Succede l'opposto della reattanza capacitiva XC in cui al diminuire della frequenza la reattanza capacitiva aumenta.

La rapidità con cui varia una grandezza alternata è indicata dalla pulsazione ω che si ottiene dal prodotto:

ω = 2π x f

Come per il circuito capacitivo anche per l'induttore si può adottare la legge di Ohm sostituendo la resistenza R con la reattanza induttiva XL

V = XL x I

Dove V rappresenta il valore efficace della tensione e I il valore efficace della corrente. Quindi avremo:

XL = 2π x f x L con risultato espresso in ohm Ω

V = XL x I con risultato espresso in volt V

XL = Reattanza induttiva espressa in ohm Ω
f = Frequenza espressa in hertz Hz
L = Induttanza espressa in henry H
V = Tensione espressa in Volt V
I = Corrente espressa in ampere A



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