Ключевая разница - сопротивление и реактивность
Электрические компоненты, такие как резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, имеют своего рода препятствие для прохождения тока через них. В то время как резисторы реагируют как на постоянный, так и на переменный ток, катушки индуктивности и конденсаторы реагируют только на изменения тока или переменного тока. Это препятствие для тока из этих компонентов известно как электрический импеданс (Z). Импеданс является сложной величиной в математическом анализе. Действительная часть этого комплексного числа называется сопротивлением (R), и только чистые резисторы имеют сопротивление. Идеальные конденсаторы и катушки индуктивности вносят вклад в мнимую часть импеданса, известную как реактивное сопротивление (X). Таким образом, ключевое различие между сопротивлением и реактивным сопротивлением заключается в том, что сопротивление является реальной частью импеданса компонента, тогда как реактивное сопротивление является мнимой частью импеданса компонента. Комбинация этих трех компонентов в цепях RLC создает импеданс на пути тока.
Что такое сопротивление?
Сопротивление – это препятствие, с которым сталкивается напряжение при прохождении тока через проводник. Если необходимо пропустить большой ток, напряжение, прикладываемое к концам проводника, должно быть высоким. То есть приложенное напряжение (V) должно быть пропорционально току (I), проходящему через проводник, как утверждает закон Ома; константой этой пропорциональности является сопротивление (R) проводника.
V=I X R
Проводники имеют одинаковое сопротивление независимо от того, является ли ток постоянным или переменным. Для переменного тока сопротивление можно рассчитать по закону Ома с мгновенными значениями напряжения и тока. Сопротивление, измеряемое в Омах (Ом), зависит от удельного сопротивления проводника (ρ), длины (l) и площади поперечного сечения (A), где,
Сопротивление также зависит от температуры проводника, поскольку удельное сопротивление изменяется с температурой следующим образом. где ρ 0 относится к удельному сопротивлению, указанному при стандартной температуре T0, которая обычно является комнатной температурой, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления:
Для устройства с чистым сопротивлением потребляемая мощность рассчитывается как произведение I2 x R. Поскольку все эти компоненты произведения являются реальными значениями, потребляемая мощность по сопротивлению будет реальная власть. Следовательно, мощность, подводимая к идеальному сопротивлению, используется полностью.
Что такое реактивное сопротивление?
Реактивность - это воображаемый термин в математическом контексте. Он имеет то же понятие сопротивления в электрических цепях и использует ту же единицу измерения Ом (Ом). Реактивное сопротивление возникает только в катушках индуктивности и конденсаторах при изменении тока. Следовательно, реактивное сопротивление зависит от частоты переменного тока через катушку индуктивности или конденсатор.
В случае конденсатора он накапливает заряды, когда напряжение подается на две клеммы, пока напряжение конденсатора не совпадет с напряжением источника. Если приложено напряжение от источника переменного тока, накопленные заряды возвращаются к источнику при отрицательном цикле напряжения. Чем выше частота, тем меньше зарядов сохраняется в конденсаторе в течение короткого периода времени, поскольку время зарядки и разрядки не меняется. В результате сопротивление конденсатора току, протекающему в цепи, будет меньше при увеличении частоты. То есть реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально угловой частоте (ω) переменного тока. Таким образом, емкостное сопротивление определяется как
C - емкость конденсатора, а f - частота в герцах. Однако импеданс конденсатора является отрицательным числом. Следовательно, полное сопротивление конденсатора Z=– i / 2 π fC. Идеальный конденсатор связан только с реактивным сопротивлением.
С другой стороны, катушка индуктивности препятствует изменению тока через нее, создавая на ней противодействующую электродвижущую силу (ЭДС). Эта ЭДС пропорциональна частоте переменного тока, а ее сопротивление, которое является индуктивным сопротивлением, пропорционально частоте.
Индуктивное реактивное сопротивление является положительной величиной. Следовательно, импеданс идеального индуктора будет Z=i2 π fL. Тем не менее, всегда следует помнить, что все практические схемы также состоят из сопротивлений, и эти компоненты рассматриваются в практических схемах как импедансы.
В результате такого противодействия изменению тока катушками индуктивности и конденсаторами изменение напряжения на нем будет отличаться от изменения тока. Это означает, что фаза переменного напряжения отличается от фазы переменного тока. Из-за индуктивного сопротивления изменение тока отстает от фазы напряжения, в отличие от емкостного сопротивления, где фаза тока опережает. В идеальных компонентах это опережение и отставание имеют величину 90 градусов.
Рисунок 01: Соотношение фаз напряжение-ток для конденсатора и катушки индуктивности.
Это изменение тока и напряжения в цепях переменного тока анализируется с помощью векторных диаграмм. Из-за разницы фаз тока и напряжения мощность, подаваемая в реактивную цепь, не полностью потребляется цепью. Часть подаваемой мощности будет возвращена в источник, когда напряжение положительное, а ток отрицательный (например, когда время=0 на приведенной выше диаграмме). В электрических системах для разницы ϴ градусов между фазами напряжения и тока cos(ϴ) называется коэффициентом мощности системы. Этот коэффициент мощности является критически важным свойством для управления в электрических системах, поскольку он обеспечивает эффективную работу системы. Для максимальной мощности, используемой системой, следует поддерживать коэффициент мощности, делая ϴ=0 или близким к нулю. Поскольку большинство нагрузок в электрических системах обычно представляют собой индуктивные нагрузки (например, двигатели), конденсаторные батареи используются для коррекции коэффициента мощности.
В чем разница между сопротивлением и реактивным сопротивлением?
Сопротивление против реактивности |
|
| Сопротивление – это противодействие постоянному или переменному току в проводнике. Это действительная часть импеданса компонента. | Реактивное сопротивление – это сопротивление переменному току в катушке индуктивности или конденсаторе. Реактивное сопротивление - это мнимая часть импеданса. |
| Зависимость | |
| Сопротивление зависит от размеров проводника, удельного сопротивления и температуры. Оно не изменяется из-за частоты переменного напряжения. | Реактивное сопротивление зависит от частоты переменного тока. Для катушек индуктивности она пропорциональна, а для конденсаторов обратно пропорциональна частоте. |
| Фаза | |
| Фазы напряжения и тока через резистор одинаковы; то есть разность фаз равна нулю. | Из-за индуктивного сопротивления изменение тока отстает от фазы напряжения. В емкостном сопротивлении лидирует ток. В идеальной ситуации разность фаз составляет 90 градусов. |
| Мощность | |
| Потребляемая мощность из-за сопротивления является реальной мощностью и является произведением напряжения и тока. | Мощность, подаваемая на реактивное устройство, не полностью потребляется устройством из-за отстающего или опережающего тока. |
Резюме – сопротивление против реактивного сопротивления
Электрические компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, создают препятствие, известное как импеданс, для тока, протекающего через них, что является комплексной величиной. Чистые резисторы имеют импеданс с действительным значением, известный как сопротивление, в то время как идеальные катушки индуктивности и идеальные конденсаторы имеют импеданс с мнимым значением, называемый реактивным сопротивлением. Сопротивление возникает как при постоянном, так и при переменном токе, а реактивное сопротивление возникает только при переменном токе, что препятствует изменению тока в компоненте. В то время как сопротивление не зависит от частоты переменного тока, реактивное сопротивление изменяется с частотой переменного тока. Реактивное сопротивление также создает разность фаз между фазой тока и фазой напряжения. Это разница между сопротивлением и реактивным сопротивлением.
Загрузить PDF-версию сопротивления и реактивности
Вы можете загрузить PDF-версию этой статьи и использовать ее в автономном режиме в соответствии с примечаниями к цитированию. Пожалуйста, загрузите PDF-версию здесь. Разница между сопротивлением и реактивным сопротивлением
