В електротехніці активним та реактивним опором прийнято називати величину, що характеризує силу протидії ділянки електричного ланцюга спрямованому (упорядкованому) руху частинок або квазічастинок – носіям електричного заряду. Це протидія формується шляхом перетворення електроенергії на інші форми енергії. У разі незворотної зміни електричної енергії ланки ланцюга в інші види енергії, протидія буде активною.
Особливість активного та реактивного опору
Мережа зі змінним струмом має незворотну трансформацію та передачу енергії елементам електричного ланцюга. Здійснюючи обмінний процес електроенергії з компонентами ланцюга та джерелом живлення, опір буде реактивним.
Якщо як приклад розглядати мікрохвильову піч, електрична енергія в ній незворотно конвертується в теплову, внаслідок чого мікрохвильова піч отримує активну протидію, так само як елементи, що трансформують електричну енергію у світлову, механічну тощо.
Змінний струм, проходячи через зосереджені електричні елементи, формує реактивний опір, який викликаний головним чином індуктивністю та ємністю.
Активний опір знаходиться у прямій залежності від кількості повних циклів зміни електрорушійної сили (ЕРС), що сталися за одну секунду. Чим більша ця кількість, тим вищий активний опір.
Проте чимало споживачів мають індуктивні та ємнісні властивості в момент проходження крізь них змінного струму. . До них можна віднести:
- конденсатори;
- дроселі;
- електромагніти;
- трансформатори.
Слід враховувати як активний, так і реактивний опір, який обумовлений присутністю в електроспоживачі ємнісної та індуктивної ознаки. Перериваючи і замикаючи ланцюг постійного струму, що проходить по кожній з обмоток, паралельно з перетворенням струму відбудеться і зміна магнітного потоку всередині самої обмотки, в результаті в ній утворюється електрорушійна сила самоіндукції.
Аналогічна ситуація виявлятиметься і в обмотці, Підключеної до ланцюга зі змінним струмом, з тим лише відмінністю, що в цьому випадку струм безперервно змінюється як за параметром, так і в напрямку. Звідси випливає, що безперервно змінюватиметься параметр магнітного потоку, що проникає в обмотку, в якій індуктується електрорушійна сила самоіндукції.
Водночас вектор електрорушійної сили незмінно такий, що він перешкоджає перетворенню струму. Отже, при наростанні всередині обмотки електрорушійна сила самоіндукції ставитиме за мету призупинити зростання струму, а при зменшенні - навпаки, намагатиметься зберегти спадаючий струм.
Виходить, що ЕРС, що з'являється всередині провідника (обмотки), задіяного в ланцюзі змінного струму, постійно протидіятиме струму, перешкоджаючи його зміні. Іншими словами, ЕРС можна розцінювати як допоміжний опір, який спільно з активним опором котушки створює синергічний ефект протидії змінному струму, що йде через котушку.
Електротехнічний закон реактансу
Формування реактивного опору відбувається з допомогою спаду реактивної потужності, витраченої створення електромагнітного поля в електричної ланцюга. Спад реактивної потужності утворюється способом приєднання до перетворювача апарату з активним опором.
Двополюсник, підключеному до ланцюга, виходить акумулювати тільки лімітовану частку заряду до зміни полярності напруги на діаметрально протилежну. Завдяки цьому електрострум не опускається до нульової позначки, як у ланцюгах постійного струму. Накопичення заряду конденсатором залежить від частоти електроструму.
Формулою реактивного опору визначається уявна частина імпедансу:
Z = R+jX, де Z - комплексний електроопір, R - активний електроопір, X - реактивний електроопір, j - уявна одиниця.
Величину реактивного електроопору можна виразити через значення ємнісної та індуктивної протидії.
Електричний імпеданс
Повний опір ланцюга змінного струму або імпеданс є відображенням величини струму, що трансформується в часі. В електротехнічній літературі позначається латинською літерою Z. Імпеданс є двовимірною (векторною) величиною, що включає дві незалежні скалярні одновимірні характеристики: активну і реактивну протидію змінному електроструму. Простіше кажучи, повний опір – це активний та реактивний у сумі.
Активний компонент імпедансу, що позначається буквою R, є критерієм рівня, з яким матеріал протидіє потоку негативно заряджених частинок серед атомів. Низькоомними матеріалами прийнято вважати:
- золото;
- срібло;
- мідь.
Високоомні матеріали називають діелектриками чи ізоляторами. До переліку таких матеріалів можна віднести:
- поліетилен;
- слюду;
- оргскло.
Речовини з проміжною мірою протидії відносять до групи напівпровідників. До цієї групи входять:
Повний опір обчислюється за формулою: Z = √ R 2 +(XL - XC) 2 де: R - активний електроопір; XL – індуктивний опір, одиниця виміру Ом; XC - ємнісний опір, одиниця виміру Ом. Повна протидія розраховується покроково. Спочатку малюють схему, потім обчислюють рівнозначні протидії індивідуально для активного, індуктивного та ємнісного компонентів навантаження та обчислюється повна протидія електричного ланцюга.
В електричному ланцюзі змінного струму існує два види опорів: активнеі реактивне. Це істотна відмінність від ланцюгів постійного струму.
Активний опір
При проходженні струму через елементи, що мають активний опір, втрати потужності, що виділяється, незворотні. Прикладом може бути резистор, що виділяється на ньому тепло, назад в електричну енергію не перетворюється. Крім резистора активним опором може мати лінії електропередач, сполучні дроти, обмотки трансформатора або електродвигуна.
Відмінною рисою елементів, що мають суто активний опір, - це збіг по фазі струму і напруги, тому обчислити його можна за формулою
Активний опір залежить від фізичних параметрів провідника, таких як матеріал, площу перерізу, довжина, температура.
Реактивний опір
При проходженні змінного струму через реактивні елементи виникає реактивний опір. Воно обумовлено насамперед ємностями та індуктивностями.
Індуктивністю в ланцюзі змінного струму має котушка індуктивності, причому в ідеальному випадку, активним опором її обмотки нехтують. Реактивний опір котушки змінному струму створюється завдяки ЕРС самоіндукції. Причому зі зростанням частоти струму опір також зростає.
Реактивний опір котушки залежить від частоти струму та індуктивності котушки
Конденсатор має реактивний опір завдяки своїй ємності. Його опір зі збільшенням частоти струму зменшується, що дозволяє його активно використовувати в електроніці як шунт змінної складової струму.
Трикутник опорів
Ланцюги змінного струму мають повний опір. Повний опір ланцюга визначається як сума квадратів активного та реактивного опорів
Графічним зображенням цього виразу є трикутник опорів, який можна отримати в результаті розрахунку послідовного RLC-ланцюга . Виглядає він так:
На трикутнику видно, що катетами є активний та реактивний опір, а повний опір гіпотенузу.
Активний опір перешкоджає портяканню струму, внаслідок чого енергія частинок, що протікають через нього, падає і йде на здійснення роботи, зазвичай це нагрівання провідника. Іншими словами, енергія, що виділяється на активному опорі, безповоротно залишає систему, витрачаючи енергію джерела струму. З реактивним складніше-енергія, що виділяється на реактивному опорі, запасається в електричному або магнітному полі навколо провідника, а потім повертається в мережу, не виконуючи жодної роботи. Воно проявляється ТІЛЬКИ при зміні струму, що протікає, або прикладеної напруги, і залежить від швидкості цієї зміни. Суть у тому, що напруга на ємності та струм, що протікає через котушку, не може змінюватись миттєво, через запас енергії відбувається затримка, струм і напруга працюють не синфазно, а зі зрушенням. Фактично, ідеальний реактивний елемент не витрачає енергії від джерела, все, що він запасе, він віддасть назад в мережу, але через зсув створює деякий опір струму, що протікає, якщо той змінюється, не витрачаючи його енергію.
На активному опорі відбувається перетворення енергії електричного струму в теплову енергію та розігрів провідника.
На реактивному - перетворення енергії струму на енергію магнітного поля і назад. Розігріву не відбувається.
Електричний опір - величина, що характеризує протидію елемента електричного ланцюга електричного струму. Опір обумовлено перетворенням електричної енергії на інші види енергії. У ланцюгах змінного струму розрізняють незворотне перетворення енергії та обмін енергією
між елементами електричного кола. При необоротному перетворенні електричної енергії інші види енергії опір елемента, у якому ці перетворення відбуваються, називається активним, а разі обміну енергією між джерелом і елементом ланцюга - реактивним опором.
В електричному ланцюзі змінного струму існує два види опорів: активнеі реактивне. Це істотна відмінність від ланцюгів постійного струму.
Активний опір
При проходженні струму через елементи, що мають активний опір, втрати потужності, що виділяється, незворотні. Прикладом може бути резистор, що виділяється на ньому тепло, назад в електричну енергію не перетворюється. Крім резистора активним опором може мати лінії електропередач, сполучні дроти, обмотки трансформатора або електродвигуна.
Відмінною рисою елементів, що мають суто активний опір, - це збіг по фазі струму і напруги, тому обчислити його можна за формулою
Активний опір залежить від фізичних параметрів провідника, таких як матеріал, площу перерізу, довжина, температура.
Реактивний опір
При проходженні змінного струму через реактивні елементи виникає реактивнеопір. Воно обумовлено насамперед ємностями та індуктивностями.
Індуктивністю в ланцюзі змінного струму має котушка індуктивності, причому в ідеальному випадку, активним опором її обмотки нехтують. Реактивний опір котушки змінному струму створюється завдяки ЕРС самоіндукції. Причому зі зростанням частоти струму опір також зростає.
Реактивний опір котушки залежить від частоти струму та індуктивності котушки
Конденсатор має реактивний опір завдяки своїй ємності. Його опір зі збільшенням частоти струму зменшується, що дозволяє його активно використовувати в електроніці як шунт змінної складової струму.
Трикутник опорів
Ланцюги змінного струму мають повний опір. Повний опір ланцюга визначається як сума квадратів активного та реактивного опорів
Графічним зображенням цього виразу є трикутник опорів, який можна отримати в результаті розрахунку послідовного RLC-ланцюга. Виглядає він так:
На трикутнику видно, що катетами є активний та реактивний опір, а повний опір гіпотенузу.
- 28.07.2018
На малюнку показана схема простого і дуже зручного у використанні терморегулятора, як датчик використовується DS18B20, а управління регулятором здійснюється за допомогою енкодера ky-040. Інтегральний датчик температури DS18B20 має діапазон вимірювання температури від -55 до + 125 °C, показання температури виводяться на перший рядок індикатора 1602 HD44780, у другому рядку індикатора виводиться показання регулятора.
- 29.09.2014
Приймач на польових транзисторах приймає радіосигнал у діапазоні СВ та ДВ. Чутливість приймача 1…3мВм СВ і 2…5мВм ДВ. Pвих = 250мВт, Iпотр = 10мА (65мА макс). Радіоприймач може працювати при падінні напруги до 4 В. Приймач складається з 3-х каскадного ВЧ (Т1-Т3), детектора (Д1 Д2) та УНЧ (Т4 Т7). Підвищена чутливість та вихідна потужність досягнута …
- 20.09.2014
Двічі автору довелося зіткнутися з найпростішою, але дуже неприємною несправністю побутових НВЧ печей: пробоєм захисної слюдяної пластини, що прикриває вихід хвилеводу магнетрону в камеру печі печірки. Ймовірно, у слюдяній пластині були вкраплення металу, які випаровувалися під час роботи магнетрона печі, що призводило до пробою слюди. Місце пробою обвуглювалось, і експлуатація печі ставала …
- 13.10.2014
Основні технічні хар-ки: Номінальна вихідна потужність при опорі навантаження: 8Ом - 48Вт 4Ом - 60Вт Діапазон відтворюваних частот при нерівномірності АЧХ не більше 0,5дБ і вихідний потужності 2 Вт - 10 ... 200000 Гц Коефіцієнт0 20000 Гц - 0,05% Номінальна вхідна напруга - 0,8В.
Реактивним опором називається величина типу опору, яка показує співвідношення струму та напруги на реактивному (індуктивному, ємнісному) навантаженні, не пов'язане з кількістю споживаної електричної енергії. Реактивний опір характерно лише ланцюгів змінного струму. Позначається величина символом X, та її одиницею виміру є ом.
На відміну від активного опору реактивне може бути як з позитивним, так і негативним знаком, який відповідає знаку, яким супроводжується зсув фази між напругою і струмом. Якщо струм відстає від напруги, він позитивний, і якщо випереджає, то негативний.
Види та властивості реактивного опору
Реактивний опір може бути двох видів: індуктивного та ємнісного. Перший характерний для соленоїдів, трансформаторів, обмотки електродвигуна або генератора), а другий - для конденсаторів. Для визначення співвідношення між струмом і напругою необхідно знати величину не тільки реактивного, а й активного опору, який чинить провідник змінного струму, що проходить на ньому. Перше з них дає лише обмежені фізичні дані про електричний ланцюг або електричний пристрій.
Реактивний опір створюється з допомогою втрати реактивної потужності – сили, витрачається створення магнітного поля електричної ланцюга. Зменшення реактивної потужності, що викликає реактивний опір, досягається за рахунок підключення до трансформатора пристрою з активним опором.
Наприклад, конденсатор, що підключається до ланцюга змінного струму, встигає накопичувати лише обмежений заряд перед зміною знаку різниці потенціалів протилежний. Таким чином, струм не встигає впасти до нульової позначки так, як у ланцюзі постійного струму. При низькій частоті в конденсаторі акумулюватиметься менший заряд, чому конденсатор менше протидіє зовнішньому струму. Це створює реактивний опір.
Бувають випадки, коли ланцюг має реактивні елементи, проте результуючий реактивний опір у ній дорівнює нулю Нульова величина реактивного опору має на увазі збіг струму і напруги по фазі, але якщо реактивний опір більше або менше нуля, між напругою і струмом виникає різниця фаз. Наприклад, у RLC-ланцюзі резонанс відбувається у тому випадку, якщо реактивні імпеданси ZL та ZC взаємознищуються. При цьому імпеданс має рівну фазу нулю.