Чем отличается активное сопротивление от реактивного

3.2. Активные и реактивные сопротивления в цепи переменного тока.

Активное сопротивление — это сопротивление таких элементов, на которых происходит безвозвратное преобразование электрической энергии в другой вид энергии (например, резистор). Обозначается буквой R.

Реактивное сопротивление — это сопротивление таких элементов, которые создают угол сдвига фаз между током и напряжением (например, катушка индуктивности и конденсатор). Обозначается буквой Х.

№ п/п

Сопротивление (характер, расчетные формулы)

X_L = 2πfL = ωL

Угол сдвига фаз φ

Волновая диаграмма

напряжения и силы тока

Векторная диаграмма

напряжения и силы тока

Мощность (характер, обозначение, единицы измерения, расчетная формула)

Активная мощность — это средняя мощность за период.

Реактивная мощность — это величина, характеризующая интенсивность обмена энергией между источником и потребителем.

3.3. Трёхфазные электрические цепи.

Т рехфазная симметричная система ЭДС — это система из трех синусоидальных ЭДС, имеющих одинаковую частоту, амплитуду, но сдвинутых по фазе друг относительно друга на 120º.

e_A = E_m sin ωt

e_B = E_m sin (ωt — 120º)

e_C = E_m sin (ωt + 120º)

Трехфазная система может соединяться двумя способами — «звездой» и «треугольником».

Способ соединения

Определение

Соотношение между линейными и фазными величинами

Определение линейных и фазных токов и напряжений

Это такое соединение, при котором концы обмоток источника или концы потребителя соединены в одной точке, которая называется нулевой или нейтральной точкой

I_Л — линейный ток (это ток, протекающий по линейному проводу)

I_Ф — фазный ток (это ток, протекающий через обмотку источника или через потребитель)

U_Л — линейное напряжение (это напряжение между двумя линейными проводами или это напряжение между двумя любыми фазами)

U_Ф — фазное напряжение (это напряжение между любым линейным проводом и нулевым проводом или это напряжение, приложенное к обмотке источника или к потребителю)

Треугольником

Это такое соединение, при котором начало одной фазы соединяется с концом другой фазы

Активная мощность при симметричной нагрузке: Р = 3Р_ф = 3U_фI_ф cos φ = √3U_лI_л cos φ

Активное и реактивное сопротивление, треугольник сопротивлений

Активное и реактивное сопротивления

Сопротивление, оказываемое проходами и потребителями в цепях постоянного тока, называется о мическим сопротивлением .

Если какой-либо проводник включить в цепь переменного тока, то окажется, что его сопротивление будет несколько больше, чем в цепи постоянного тока. Это объясняется явлением, получившим название скин-эффекта (поверхностный эффект).

Сущность его заключается в следующем. При прохождении переменного тока по проводнику внутри него существует переменное магнитное поле, пересекающее проводник. Магнитные силовые линии этого поля индуктируют в проводнике ЭДС , однако она будет не одинаковой в различных точках сечения проводника: к центру сечения на больше, а к периферии — меньше.

Это объясняется тем, что точки, лежащие ближе к центру, пересекаются большим числом силовых линий. Под действием этой ЭДС переменный ток будет распределяться не по всему сечению проводника равномерно, а ближе к его поверхности.

Это равносильно уменьшению полезного сечения проводника, а следовательно, увеличению его сопротивления переменному току. Например, медный провод длиной 1 км и диаметром 4 мм оказывает сопротивление: постоянному току — 1,86 ом, переменному частотой 800 гц — 1,87 ом, переменному току частотой 10000 гц — 2,90 ом .

Сопротивление, оказываемое проводником проходящему на нему переменному току, называется активным сопротивлением .

Если какой-либо потребитель не содержит в себе индуктивности и емкости (лампочка накаливания, нагревательный прибор), то он будет являться для переменного тока также активным сопротивлением.

Активное сопротивление — физическая величина, характеризующая сопротивление электрической цепи (или её участка) электрическому току, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие формы (преимущественно в тепловую). Выражается в омах.

Активное сопротивление зависит от частоты переменного тока, возрастая с ее увеличением.

Однако многие потребители обладают индуктивными и емкостными свойствами при прохождении через них переменного тока. К таким потребителям относятся трансформаторы, дроссели, электромагниты, конденсаторы, различного рода провода и многие другие.

При прохождении через них переменного тока необходимо учитывать не только активное, но и реактивное сопротивление , обусловленное наличием, в потребителе индуктивных и емкостных свойств его.

Известно, что если постоянный ток, проходящий по какой-либо обмотке, прерывать и замыкать, то одновременно с изменением тока будет изменяться и магнитный поток внутри обмотки, в результате чего в ней возникнет ЭДС самоиндукции.

То же самое будет наблюдаться и в обмотке, включенной в цепь переменного тока, с той лишь разницей, что здесьток непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению. Следовательно, непрерывно будет изменяться величина магнитного потока, пронизывающего обмотку, и в ней будет индуктироваться ЭДС самоиндукции.

Но направление ЭДС самоиндукции всегда таково, что противодействует изменению тока. Так, при возрастании тока в обмотке ЭДС самоиндукции будет стремиться задержать нарастание тока, а при убывании тока, наоборот, будет стремиться поддержать исчезающий ток.

Отсюда следует, что ЭДС самоиндукции, возникающая в обмотке (проводнике), включенной в цепь переменного тока, будет всегда действовать против тока, задерживая его изменения. Иначе говоря, ЭДС самоиндукции можно рассматривать как дополнительное сопротивление, оказывающее вместе с активным сопротивлением обмотки противодействие проходящему через обмотку переменному току.

Сопротивление, оказываемое переменному току ЭДС самоиндукции, носит название индуктивного сопротивления .

Индуктивное сопротивление будет тем больше, чем больше индуктивность потребителя (цепи) и выше частота переменного тока.

Кроме индуктивного сопротивления существует емкостное сопротивление , обусловливаемое как наличием емкости в проводниках и обмотках, так и включением в отдельных случаях в цепь переменного тока конденсаторов. При увеличении емкости С потребителя (цепи) и угловой частоты тока емкостное сопротивление уменьшается

Рассмотрим цепь, активное сопротивление элементов которой r , индуктивность L и емкость С.

Рис. 1. Цепь переменного тока с резистором, катушкой индуктивности и конденсатором.

Полное сопротивление такой цепи можно изобразить в виде, так называемого, треугольника сопротивлений.

Рис.2. Треугольник сопротивлений

Гипотенуза треугольника сопротивлений изображает полное сопротивление цепи, катеты — активное и реактивное сопротивления.

Если одно из сопротивлений цепи — (активное или реактивное), например, в 10 и более раз меньше другого, то меньшим можно пренебречь, в чем легко убедиться непосредственным расчетом.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Чем отличается активное сопротивление от реактивного

В электротехнике существуют два типа сопротивления: активное и реактивное. Их различия определяются не только величиной, но и качественными характеристиками. Для понимания суть данной проблемы необходимо уяснить, что такое сопротивление и как оно выражается в цепи.

Сопротивление – это электрический параметр, измеряемый в омах, который показывает то, насколько сильное сопротивление оказывает проводник или элемент электрической цепи, наложенное на электрическое напряжение. Простыми словами, это сопротивление определяет, насколько легко или сложно электроэнергия будет протекать через данную цепь.

Активное сопротивление необходимо для передачи электрической мощности, а реактивное – для создания электрических полей и магнитных потоков.

Существует некоторое отличие между активным и реактивным сопротивлением, которое связано с направлением потока энергии в цепи. Активное сопротивление, измеряемое в омах, определяет количество энергии, которое тратится на преодоление сопротивления цепи. Реактивное сопротивление, измеряемое в вольтах-амперах реактивных, определяет количество энергии, которое накапливается в элементах цепи и возвращается в источник энергии.

В данной статье мы рассмотрим основные характеристики активного и реактивного сопротивления, а также применение каждого из них в технических процессах.

Активное и реактивное сопротивление в электротехнике

Активное сопротивление (также называемое «действительным сопротивлением») — это сопротивление, обусловленное потерями энергии в виде тепла, света и т.д. в рамках электрической цепи. Оно выражается в омах, обычно обозначается символом R и рассматривается в постоянном или переменном токе. Активное сопротивление не зависит от частоты.

Реактивное сопротивление (также называемое «недействительным сопротивлением») — это сопротивление, вызванное емкостью или индуктивностью проводников в электрической цепи, которые вызывают энергетические потери, но не потери в виде тепла и света. Оно выражается в омах, обычно обозначается символом X и существует только в переменном токе. Реактивное сопротивление зависит от частоты и направления изменения тока.

Общее сопротивление в электрической цепи можно рассматривать как векторную сумму активного и реактивного сопротивлений, где результирующий вектор будет модулем impedans (Z) цепи.

Активное и реактивное сопротивление — важные технические термины, используемые в электротехнике. Знание и понимание этих терминов позволяет проектировать и анализировать электрические цепи с большей точностью и эффективностью.

Что такое активное сопротивление?

Активное сопротивление — это основная составляющая полного сопротивления электрической цепи, которая представляет из себя суммарное сопротивление, возникающее на пути потока электрического тока, когда он взаимодействует с активными элементами электрической цепи, такими как резисторы, генераторы или источники энергии.

Активное сопротивление измеряется в омах и напрямую связано с потерями энергии в контуре. Оно также определяет мощность, потребляемую и передаваемую по цепи.

Активное сопротивление может быть одним из двух основных типов: постоянным или переменным. Постоянное активное сопротивление является неизменным и не зависит от частоты электрического тока, тогда как переменное активное сопротивление изменяется с частотой электрического тока.

Обычно в электрических цепях используются элементы с постоянным активным сопротивлением, так как они более надежны и предсказуемы в своей работе.

Что такое реактивное сопротивление?

Реактивное сопротивление (X) — это сопротивление элементов электрической цепи, которое меняет фазу тока по отношению к фазе напряжения. Другими словами, это сопротивление, которое возникает в реактивных элементах цепи, таких как конденсаторы, индуктивности и смесительные цепи.

Реактивное сопротивление может быть положительным или отрицательным. Положительное реактивное сопротивление возникает в индуктивных элементах, таких как катушки и трансформаторы. Отрицательное реактивное сопротивление возникает в емкостных элементах, таких как конденсаторы.

Реактивное сопротивление представлено комплексным числом, где вещественная часть (R) представляет активное сопротивление, а мнимая часть (X) представляет реактивное сопротивление. Сумма векторов R и X дает итоговое сопротивление элемента цепи, которое измеряется в омах (Ω).

Реактивное сопротивление играет важную роль в электронике и электротехнике, и его понимание необходимо для проектирования, расчета и анализа электрических цепей и систем.

Важно помнить, что реактивное сопротивление не приводит к потери энергии, а скорее к изменению формы сигнала в цепи. Поэтому, реактивные элементы могут использоваться в различных электронных схемах для контроля фазы, фильтрации сигналов и др.

Чем отличаются активное и реактивное сопротивление?

Активное сопротивление — это сопротивление, которое меняется прямо пропорционально изменению напряжения и тока в электрической цепи. Оно измеряется в омах и обычно обозначается символом R. Активное сопротивление проявляется в виде выделения тепла, свечения лампочек, движения электрических моторов и других эксплуатационных функций электрических устройств.

Реактивное сопротивление — это сопротивление, которое меняется в зависимости от частоты электрического сигнала. Оно измеряется в варах и обозначается символом X. Реактивное сопротивление направлено противоположно потоку электронов в электрической цепи. Оно возникает из-за электрических и магнитных полей, вызываемых напряжением и током в цепи. Реактивное сопротивление не приводит к выделению тепла в электрической цепи.

Большинство электрических устройств имеют как активное, так и реактивное сопротивление. Именно поэтому эти два типа сопротивления часто рассматриваются вместе. Общее сопротивление электрической цепи, измеряемое в омах, является результатом сложения активного и реактивного сопротивления.

На практике, понимание разницы между активным и реактивным сопротивлением позволяет инженерам и электрикам более точно рассчитывать и управлять электрическими цепями, что ведет к более эффективному использованию энергии.

Что такое активное сопротивление

При прохождении тока в электрической цепи он подвергается противодействию ее отдельных частей, которое в электротехнике называется сопротивлением. Это приводит к потере части мощности. Чтобы правильно рассчитать параметры электрической цепи, нужно учитывать природу сопротивления и знать, в чем заключается действие различных его видов.

Что такое сопротивление

Ток, протекая через провода и различные радиодетали, тратит свою энергию. Это явление количественно выражается величиной сопротивления. В электротехнике его разделяют на активное и реактивное сопротивление. В первом случае при прохождении тока часть его энергии превращается в тепловой вид, а иногда и в другие (например, проявляется в химических реакциях). Величина активного сопротивления зависит от частоты переменного электротока и возрастает с ее увеличением.

Второй тип сопротивления имеет более сложную природу и возникает в момент включения или выключения потребителя электроэнергии в сеть переменного или постоянного тока. В цепи с реактивным сопротивлением энергия электрического тока частично превращается в другую форму, а затем переходит обратно, то есть, наблюдается периодический колебательный процесс. Полное сопротивление цепи включает в себя активный и реактивный типы, которые учитываются по особым правилам.

Виды сопротивления

В электротехнике рассматривается активное электрическое сопротивление, а также две разновидности реактивного: индуктивное и ёмкостное.

Активное сопротивление

Можно представить себе электрическую цепь, в которой к клеммам батарейки через провод последовательно присоединены резистор и электрическая лампочка. Если замкнуть провода, лампочка загорится. Можно использовать вольтметр или мультиметр в соответствующем режиме работы, с помощью которых измеряется разность потенциалов между двумя точками цепи.

Измерив напряжение между клеммами и сравнив его с тем, которое имеется на проводах подсоединённых к лампочке, можно увидеть, что последнее меньше. Это связано с падением напряжения на впаянной в цепь радиодетали. Последняя оказывает противодействие электрическому току, затрудняя его прохождение.

Активным сопротивлением обладает каждая деталь, через которую проходит ток. У металлических проводов оно очень маленькое. Чтобы узнать величину сопротивления радиодетали, нужно изучить обозначение на ее корпусе. Если из рассматриваемой электроцепи убрать резистор, то сила тока, проходящего через лампочку, увеличится.

Формула для расчета активного сопротивления соответствует закону Ома:

• R — величина активного сопротивления между двумя точками в цепи;
• U — напряжение или разность потенциалов между ними;
• I — сила тока на рассматриваемом участке цепи.

Для расчета активного сопротивления проводника формула будет другая:

где K-коэффициент поверхностного эффекта, который равен 1,

• l — длина проводника,
• s — площадь поперечного сечения,
• p — “ро” удельное сопротивление.

Сопротивление принято измерять в Омах. Оно существенно зависит от формы и размеров объекта, через который протекает ток: сечения, длины, материала, а также от температуры. Действие активного сопротивления уменьшает энергию электрического тока, превращая её в другие формы (преимущественно в тепловую).

Реактивное сопротивление

Этот вид возникает тогда, когда переменный ток проходит сквозь элемент, который обладает индуктивностью или емкостью. Основной особенностью реактивного сопротивления является преобразование электрической энергии в другую форму в прямом и обратном направлениях. Часто это происходит циклически. Реактивное сопротивление проявляется только при изменениях силы тока и напряжения. Существует два его вида: индуктивное и емкостное.

Индуктивное сопротивление

При увеличении силы тока порождается магнитное поле, обладающее различными характеристиками. Наиболее важной из них является индуктивность. Магнитное поле, в свою очередь, воздействует на проводник, по которому протекает ток. Влияние является противоположным направлению изменения тока. То есть, если сила тока увеличилась, то магнитное поле будет уменьшать его, и наоборот, если снизилась, то поле усилит его. Когда ток не меняется, реактивное сопротивление катушки индуктивности будет равно нулю.

Индуктивное сопротивление зависит от частоты тока. Чем она выше, тем выше скорость изменения данного параметра. Это значит, что будет образовано более сильное магнитное поле. Возникающая при этом ЭДС препятствует изменению электрического тока.

Расчет реактивного индуктивного сопротивления осуществляется по такой формуле:

XL = L×w = L×2π×f, где буквами обозначаются:

• L — индуктивность магнитного поля, которое порождается изменением силы тока;
• W — круговая частота изменения, которая используется в описании синусоидального изменения силы тока;
• Π — число «пи»;
• f — частота тока в обычном смысле.

При синусоидальном изменении напряжения сила тока будет меняться, отставая от него по фазе. Поэтому реактивное сопротивление трансформатора существенно зависит от его индуктивности.

Емкостное сопротивление

Оно имеет иную природу, чем индуктивное. Это понятие удобно проиллюстрировать на примере электрической цепи, состоящей из источника питания, клеммы которого соединены с обкладками конденсатора. Сразу после подключения на них будет постепенно накапливаться заряд, создавая ток в цепи.

После достижения предельной величины, которая определяется ёмкостью детали, ток не будет проходить по цепи. Если после этого отключить провода от клемм, а затем последние соединить, то между ними начнётся перемещение зарядов до тех пор, пока разность потенциалов станет равной нулю.

Если к конденсатору подключить источник переменного тока, то будет происходить следующее. С увеличением разности потенциалов заряд на обкладках конденсатора будет расти. Когда напряжение перейдёт в фазу уменьшения, накопленный заряд начнёт стекать с них, образуя ток противоположного направления. Затем разность потенциалов станет отрицательной, но по абсолютной величине будет расти до максимального значения. При этом конденсатор начнет вновь заряжаться, но при этом знак поступающих зарядов будет не такой, который был раньше.

Когда напряжение начнёт увеличиваться (уменьшаясь по абсолютной величине), заряд с обкладок конденсатора будет стекать. Когда разность потенциалов у источника достигнет нуля и продолжит увеличиваться, начнётся новый цикл изменений.

На каждом этапе описанной ситуации ток с обкладок конденсатора будет иметь направление противоположное тому, которое порождается переменной разностью потенциалов источника питания.

Происходящее таким образом уменьшение силы тока представляет собой физический смысл ёмкостного сопротивления. Оно обозначается буквами ХС и рассчитывается по формуле:

XС = 1/(w×C) = 1/(2π×f×C), где

• C — ёмкость используемого конденсатора;
• w — круговая частота переменного тока;
• π — число «пи»;
• f — частота переменного тока.

В рассматриваемом случае изменения тока отстают от напряжения.

Полное сопротивление

При использовании нескольких разновидностей важно знать, как они сочетаются между собой. Активное сопротивление присутствует в любых схемах. Оно способствует превращению части электрической энергии в нагрев. Реактивное сопротивление возникает лишь в цепи переменного тока. Чтобы определить его величину, необходимо из индуктивного вычесть ёмкостное. Эта характеристика показывает энергию, которая пульсирует в цепи, переходя из одной формы в другую.

Полное сопротивление представляет собой сумму активного и реактивного сопротивления в цепи переменного тока, но такое сложение необходимо выполнять особым образом. Для этого нужно начертить прямоугольный треугольник, катеты в котором должны иметь длину, равную величине активного и реактивного сопротивлений соответственно.

Длина гипотенузы будет численно выражать полное сопротивление электрической цепи. Для его определения используется правило, говорящее о том, что сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы. Это правило называют теоремой Пифагора. Следовательно, формула, с помощью которой можно найти полное сопротивление, выглядит так:

• Z — полное сопротивление;
• R — величина активной составляющей;
• XL и XC — значение индуктивного и емкостного параметра соответственно.

Следовательно, при расчёте полного сопротивления или импеданса нужно учитывать, что такое ёмкость и индуктивность и как они могут проявляться в электрических схемах. Эти величины называются еще паразитными, так как они могут отрицательно влиять на работу электроприбора. Их возникновение относят к непредсказуемым факторам. При этом емкостным или индуктивным сопротивлением, имеющим небольшое значение, при выполнении расчетов можно пренебречь.

Заключение

Как видим, при расчете электрической цепи необходимо учитывать и активное, и реактивное, и полное сопротивление. Они отличаются друг от друга не только названием. Физика этих сопротивлений также разная. Если под воздействием активного сопротивления электроэнергия превращается в другой вид и поступает в окружающую среду, то реактивное возвращает ее обратно в сеть. Без понятия о сопротивлении и знания формул расчета невозможно конструировать электросхемы.