Opór czynny i reaktywny, trójkąt oporowy

Aktywność i reaktywność

Rezystancja zapewniana przez przejścia i odbiorniki w obwodach prądu stałego nazywana jest rezystancją omową.

Jeśli jakikolwiek przewód zostanie włączony do obwodu prądu przemiennego, to okaże się, że jego rezystancja będzie nieco wyższa niż w obwodzie prądu stałego. Jest to spowodowane zjawiskiem zwanym efektem skóry (efekt powierzchniowy).

Jego istota jest następująca. Gdy prąd przemienny przepływa przez przewód, w jego wnętrzu powstaje zmienne pole magnetyczne, które przechodzi przez przewód. Magnetyczne linie sił tego pola indukują w przewodniku pole elektromagnetyczne, jednak nie będzie ono takie samo w różnych punktach przekroju przewodnika: bardziej w kierunku środka przekroju, a mniej w kierunku obrzeża.

Wynika to z faktu, że punkty leżące bliżej środka przecina duża liczba linii sił. Pod działaniem tego pola elektromagnetycznego prąd przemienny nie będzie rozkładał się równomiernie na całym odcinku przewodnika, ale bliżej jego powierzchni.

Jest to równoważne zmniejszeniu użytecznego przekroju przewodnika, a tym samym zwiększeniu jego odporności na prąd przemienny. Na przykład drut miedziany o długości 1 km i średnicy 4 mm wytrzymuje: DC — 1,86 oma, AC 800 Hz — 1,87 oma, AC 10 000 Hz — 2,90 oma.

Opór, jaki przewodnik stawia przepływającemu przez niego prądowi zmiennemu, nazywany jest oporem czynnym.

Jeśli jakikolwiek odbiornik nie zawiera indukcyjności i pojemności (żarówka, urządzenie grzewcze), będzie to również aktywny opór prądu przemiennego.

Opór czynny — wielkość fizyczna charakteryzująca opór obwodu elektrycznego (lub jego powierzchni) wobec prądu elektrycznego w wyniku nieodwracalnych przemian energii elektrycznej w inne formy (głównie ciepło). Wyrażone w omach.

Aktywny opór zależy od Częstotliwość ACwzrasta wraz z jego wzrostem.

Jednak wielu konsumentów ma właściwości indukcyjne i pojemnościowe, gdy przepływa przez nie prąd przemienny. Do odbiorców tych należą transformatory, dławiki, elektromagnesy, kondensatory, różnego rodzaju druty i wiele innych.

Podczas ich przechodzenia prąd przemienny należy wziąć pod uwagę nie tylko aktywność, ale także reaktywność ze względu na obecność właściwości indukcyjnych i pojemnościowych u konsumenta.

Wiadomo, że jeśli prąd stały przepływający przez każdą cewkę zostanie przerwany i zamknięty, to jednocześnie ze zmianą prądu zmieni się również strumień magnetyczny wewnątrz cewki, w wyniku czego wystąpi pole elektromagnetyczne samoindukcji w tym.

To samo będzie obserwowane w cewce zawartej w obwodzie prądu przemiennego, z tą tylko różnicą, że takt zmienia się w sposób ciągły, zarówno pod względem wielkości, jak i do. Dlatego wielkość strumienia magnetycznego przenikającego przez cewkę będzie się stale zmieniać i indukować EMF samoindukcji.

Ale kierunek emf samoindukcji jest zawsze taki, że przeciwstawia się zmianie prądu. Tak więc, gdy prąd w cewce wzrasta, samoindukowane pole elektromagnetyczne będzie miało tendencję do spowalniania wzrostu prądu, a wraz ze spadkiem prądu, przeciwnie, będzie miało tendencję do utrzymywania zanikającego prądu.

Wynika z tego, że SEM samoindukcji występujące w cewce (przewodniku) włączonej do obwodu prądu przemiennego zawsze będzie działać przeciw prądowi, spowalniając jego zmiany. Innymi słowy, SEM indukcji własnej można uznać za dodatkową rezystancję, która wraz z rezystancją czynną cewki przeciwdziała prądowi przemiennemu przepływającemu przez cewkę.

Opór stawiany przez SEM prądowi przemiennemu przez indukcję własną nazywa się oporem indukcyjnym.

Rezystancja indukcyjna będzie tym większa, im większa indukcyjność użytkownika (obwodu) i im wyższa częstotliwość prądu przemiennego. Rezystancję tę wyraża się wzorem xl = ωL, gdzie xl jest rezystancją indukcyjną w omach; L — indukcyjność w henrach (gn); ω — częstotliwość kątowa, gdzie f — częstotliwość prądu).

Oprócz rezystancji indukcyjnej istnieje pojemność, zarówno ze względu na obecność pojemności w przewodach i cewkach, jak iw niektórych przypadkach włączenie kondensatorów do obwodu prądu przemiennego.Wraz ze wzrostem pojemności C odbiornika (obwodu) i częstotliwości kątowej prądu rezystancja pojemnościowa maleje.

Rezystancja pojemnościowa jest równa xc = 1 / ωC, gdzie xc — rezystancja pojemnościowa w omach, ω — częstotliwość kątowa, C — pojemność odbiornika w faradach.

Przeczytaj więcej na ten temat tutaj: Reaktancja w elektrotechnice

Trójkąt oporu

Rozważmy obwód, którego rezystancja elementu aktywnego r, indukcyjność L i pojemność C.

Ryż. 1. Obwód prądu przemiennego z rezystorem, cewką indukcyjną i kondensatorem.

Impedancja takiego obwodu wynosi z = √r2+ (хl — xc)2) = √r2 + х2)

Graficznie wyrażenie to można przedstawić w postaci tzw. trójkąta oporu.

Figa. 2. Trójkąt oporu

Przeciwprostokątna trójkąta oporu reprezentuje całkowity opór obwodu, nogi - opór czynny i bierny.

Jeśli jedna z rezystancji obwodu jest (aktywna lub reaktywna), na przykład 10 lub więcej razy mniejsza niż druga, wówczas mniejszą można pominąć, co można łatwo sprawdzić za pomocą bezpośrednich obliczeń.