Reactantie XL en XC. Actieve, capacitieve en inductieve reactantie

Condensatoren behoren, net als weerstanden, tot de meest talrijke elementen van radiotechnische apparaten. De belangrijkste eigenschap van condensatoren is vermogen om elektrische lading op te hopen . De belangrijkste parameter van een condensator is zijn capaciteit .

De capaciteit van de condensator zal groter zijn, hoe groter het oppervlak van de platen en hoe dunner de diëlektrische laag daartussen. De basiseenheid van elektrische capaciteit is de farad (afgekort F), genoemd naar de Engelse natuurkundige M. Faraday. 1 F is echter een zeer grote capaciteit. De aardbol heeft bijvoorbeeld een capaciteit van minder dan 1 F. In de elektrische en radiotechniek wordt een capaciteitseenheid gebruikt die gelijk is aan een miljoenste farad, die microfarad (afgekort uF) .

De capaciteit van een condensator voor wisselstroom hangt af van de capaciteit en de stroomfrequentie: hoe groter de capaciteit van de condensator en de frequentie van de stroom, hoe lager de capaciteit.

Keramische condensatoren hebben relatief kleine capaciteiten - tot enkele duizenden picofarads. Ze worden geplaatst in die circuits waarin hoogfrequente stroom vloeit (antennecircuit, oscillatiecircuit) voor de communicatie daartussen.

De eenvoudigste condensator bestaat uit twee geleiders van elektrische stroom, bijvoorbeeld: - twee metalen platen, condensatorplaten genoemd, gescheiden door een diëlektricum, bijvoorbeeld: - lucht of papier. Hoe groter het oppervlak van de condensatorplaten en hoe dichter ze bij elkaar zijn geplaatst, hoe groter de elektrische capaciteit van dit apparaat. Als een gelijkstroombron op de condensatorplaten wordt aangesloten, zal er een kortstondige stroom ontstaan ​​in het resulterende circuit en zal de condensator worden opgeladen tot een spanning die gelijk is aan de spanning van de stroombron. Je kunt je afvragen: waarom ontstaat er stroom in een circuit waar een diëlektricum is? Wanneer we een stroombron op een condensator aansluiten, beginnen de elektronen in de geleiders van het resulterende circuit naar de positieve pool van de stroombron te bewegen, waardoor een kortetermijnstroom van elektronen door het circuit ontstaat. Als gevolg hiervan is de plaat van de condensator, die is verbonden met de positieve pool van de stroombron, ontdaan van vrije elektronen en positief geladen, en is de andere plaat verrijkt aan vrije elektronen en daarom negatief geladen. Zodra de condensator is opgeladen, stopt de kortetermijnstroom in het circuit, de condensatorlaadstroom genoemd.

Als de stroombron wordt losgekoppeld van de condensator, wordt de condensator opgeladen. Het diëlektricum voorkomt de overdracht van overtollige elektronen van de ene plaat naar de andere. Er zal geen stroom zijn tussen de platen van de condensator, en de daardoor geaccumuleerde elektrische energie zal geconcentreerd zijn in het elektrische veld van het diëlektricum. Maar zodra de platen van een geladen condensator met een soort geleider zijn verbonden, zullen de ‘overtollige’ elektronen van de negatief geladen plaat door deze geleider naar een andere plaat gaan waar ze ontbreken, en zal de condensator worden ontladen. In dit geval ontstaat er ook een kortstondige stroom in het resulterende circuit, de zogenaamde condensatorontlaadstroom. Als de capaciteit van de condensator groot is en deze wordt opgeladen tot een aanzienlijke spanning, gaat het moment waarop deze wordt ontladen gepaard met het verschijnen van een aanzienlijke vonk en een knetterend geluid. De eigenschap van een condensator om elektrische ladingen te accumuleren en te ontladen via daarop aangesloten geleiders wordt gebruikt in het oscillerende circuit van een radio-ontvanger.

Condensator(van lat. condensaat- "compact", "dikker") - een tweeterminalnetwerk met een bepaalde capaciteitswaarde en lage geleidbaarheid; een apparaat voor het accumuleren van lading en energie van een elektrisch veld. Een condensator is een passief elektronisch onderdeel. In zijn eenvoudigste vorm bestaat het ontwerp uit twee plaatvormige elektroden (genaamd voeringen), gescheiden door een diëlektricum waarvan de dikte klein is in vergelijking met de afmetingen van de platen (zie figuur). Praktisch gebruikte condensatoren hebben veel lagen diëlektrische en meerlaagse elektroden, of strips van afwisselend diëlektricum en elektroden, opgerold in een cilinder of parallellepipedum met vier afgeronde randen (als gevolg van wikkeling). Een condensator in een DC-circuit kan stroom geleiden op het moment dat deze op het circuit wordt aangesloten (opladen of opladen van de condensator vindt plaats aan het einde van het transiënte proces, er stroomt geen stroom door de condensator, omdat de platen gescheiden zijn door een diëlektricum. In een wisselstroomcircuit geleidt het wisselstroomoscillaties door het cyclisch opladen van de condensator, waarbij het sluit met de zogenaamde voorstroom.

Vanuit het oogpunt van de complexe amplitudemethode heeft de condensator een complexe impedantie

,

Waar J - denkbeeldige eenheid, ω - cyclische frequentie ( rad/s) vloeiende sinusoïdale stroom, F - frequentie binnen Hz, C - condensatorcapaciteit ( farad). Hieruit volgt ook dat de reactantie van de condensator gelijk is aan: Voor gelijkstroom is de frequentie nul, daarom is de reactantie van de condensator oneindig (idealiter).

De resonantiefrequentie van de condensator is

Bij f > f P Een condensator in een wisselstroomcircuit gedraagt ​​zich als een inductor. Daarom is het raadzaam om alleen bij frequenties een condensator te gebruiken F< f P , waar de weerstand capacitief van aard is. Typisch is de maximale werkfrequentie van een condensator ongeveer 2-3 keer lager dan de resonantiefrequentie.

Een condensator kan elektrische energie opslaan. Energie van een geladen condensator:

Waar U - spanning (potentiaalverschil) waartoe de condensator wordt opgeladen.

De condensator biedt een zekere weerstand tegen wisselstroom en geleidt helemaal geen gelijkstroom. Deze eigenschap wordt gebruikt op verschillende gebieden van radio-elektronica en elektrotechniek. De capaciteit in een wisselstroomcircuit hangt af van de frequentie van deze laatste en de capaciteit van de condensator.

Basisconcepten

Capaciteit is de hoeveelheid, die wordt gecreëerd door een condensator die op het circuit is aangesloten. De weerstand van de voedingsdraden moet niet te verwaarlozen groot zijn. Bij het leveren van wisselstroom ontstaan ​​er processen als gevolg van het periodiek opladen en ontladen van de condensator.

De periode is verdeeld in vier kwartalen. Gedurende het eerste kwart neemt de spanning toe. Op dit moment stroomt er een laadstroom door het circuit, waarvan de sterkte zal afnemen en nul zal bereiken wanneer de elektromotorische kracht een positief maximum bereikt. De condensator is volledig opgeladen. Hierna begint de spanning te dalen. De condensator wordt ontladen via de belasting die erop is aangesloten. Er zal stroom door het circuit vloeien.

Tegen het einde van de halve cyclus zal de spanning nul zijn en zal de stroom het grootst zijn. Het ontladen is voltooid. Aan het begin van het derde kwartaal zal de elektromotorische kracht toenemen, waardoor de richting verandert. Het laadproces begint opnieuw. De richting van de laadstroom in het derde kwartaal zal hetzelfde zijn als in het vorige. Naarmate de condensator oplaadt, neemt deze waarde af. Tegen het einde van het derde kwartaal zal het laadproces zijn afgerond.

De elektromotorische kracht zal zijn grootste negatieve waarde bereiken. En op de plaat, die tijdens de eerste halve cyclus een positieve lading had, zal er nu een negatieve lading zijn. Tijdens het vierde kwartaal zal de waarde van de elektromotorische kracht opnieuw naar nul neigen. De condensator zal ontladen. Dienovereenkomstig zal er een geleidelijk toenemende stroom in het circuit verschijnen. Het proces wordt herhaald. De AC-fase in het condensatorcircuit loopt dus 90 graden voor op de spanningsfase.

Weerstandsformule

De capaciteitsformule wordt als volgt afgeleid:

Om de capaciteitswaarde in ohm te verkrijgen, deelt u één door het getal dat wordt verkregen na vermenigvuldiging van de hoekfrequentie met de capaciteit. Uit deze formule volgt dat hoe groter de capaciteit van de condensator of de frequentie van de wisselstroom, hoe lager de weerstand ervan.

Wanneer de frequentie nul is (gelijkstroom), wordt de capaciteit oneindig groot. Een zeer grote condensator geleidt stroom over een breed frequentiebereik.

Toepassing in de praktijk

De eigenschappen van een condensator worden gebruikt bij het ontwerp van verschillende filters. Het effect van de capaciteit hangt in dit geval af van de methode om het onderdeel aan te sluiten:

• Als deze parallel met de belasting wordt aangesloten, krijgt u een filter dat hoge frequenties blokkeert. Naarmate ze groter worden, neemt de weerstand van de condensator af. Dienovereenkomstig wordt de belasting bij hoge frequenties meer overbrugd dan bij lage frequenties.
• Als het onderdeel in serie is geschakeld met de belasting, krijg je een filter dat lage frequenties vertraagt. Dit circuit laat ook geen gelijkspanning door.

Een ander toepassingsgebied is het scheiden van de variabele component van de constante. Bijvoorbeeld in de eindfase van audioversterkers. Hoe hoger de capaciteit, hoe lager de frequentie die de aangesloten luidspreker kan reproduceren.

Vanwege hun eigenschappen worden condensatoren gebruikt in gevallen waarin het nodig is om zowel gelijkstroom als wisselstroom via dezelfde draden te verzenden. De constante spanningsbron is verbonden met de gemeenschappelijke draad en de tweede aansluiting van de capaciteit, waarmee de wisselspanningsbron is aangesloten. Aan de andere kant vindt er een scheiding plaats: de AC-verbruiker is verbonden via een condensator met dezelfde capaciteit, en de DC-verbruiker is rechtstreeks verbonden met de klemmen van het onderdeel.

Een bekend voorbeeld van dergelijk gebruik is een televisieantenne voor buitengebruik met een versterker. De tv zelf of een apparaat dat op de kabel is aangesloten, een zogenaamde 'injector', levert de voedingsspanning. De antenneversterker scheidt en filtert de signalen. Dus, capaciteit condensator wordt veel gebruikt. Filters zorgen voor vertraging van sommige signalen en doorgang van andere.

Dankzij deze eigenschap is het mogelijk om zowel wissel- als gelijkspanning tegelijk te verzenden, wat van niet geringe betekenis is bij de aanleg van sommige communicatielijnen.

Capaciteit verwijst naar de speciale aard van weerstand tegen wisselstroom die wordt waargenomen in circuits met elektrische capaciteit. In dit geval hangt de capaciteit van de condensator niet alleen af ​​van de elementen in het circuit, maar ook van de parameters van de stroom die erin vloeit (zie onderstaande figuur).

Png?x15027" alt="Afhankelijkheid van capaciteit op frequentie" width="600" height="592">!}

Afhankelijkheid van capaciteit van frequentie

We merken ook op dat de condensator tot de categorie reactieve elementen behoort, waarbij het energieverlies niet optreedt in het wisselstroomcircuit.

Capaciteitsformule

Om de capaciteit in een bepaald circuit te bepalen, moet u de volgende parameters identificeren:

• Frequentie van wisselstroom die in het circuit vloeit;
• Nominale capaciteitswaarde van de condensator;
• De aanwezigheid van andere radio-elementen in het circuit.

Nadat met alle bovenstaande factoren rekening is gehouden, is het mogelijk om de capaciteit van de condensator te bepalen met behulp van de volgende formule:

Deze formule geeft de omgekeerd evenredige afhankelijkheid van de weerstand aan van de waarde van de capaciteit en de frequentie van de voedingsspanning.

Vanwege deze aard van de verandering kunnen condensatoren werken in de volgende frequentieafhankelijke circuits:

• Integrale en differentiële apparaten;
• Resonantiecircuits van verschillende klassen;
• Speciale filterelementen.

Laten we hieraan de mogelijkheid toevoegen om condensatoren te gebruiken als dempingselement in een wisselstroomcircuit geladen op krachtige (vermogens)eenheden.

Vectorweergave van capaciteit

Om een ​​duidelijker idee te krijgen van wat capaciteit is, kunt u de vectorweergave gebruiken van de processen die in de condensator plaatsvinden.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/05/2-vektornoe-predstavlenie-768x576..jpg 800w"sizes="(max-breedte: 600px) 100vw, 600px" >

Vectorweergave

Nadat je het diagram hebt bestudeerd, kun je zien dat de stroom in het condensatorcircuit 90 graden vóór de spanning in fase verandert. Uit de aard van de interactie van elektrische basisgrootheden wordt geconcludeerd dat de condensator weerstand biedt aan veranderingen in de spanning erover.

Hoe groter de capaciteit, hoe langzamer deze wordt opgeladen tot volledige spanning (en hoe lager de capaciteit van een bepaald element). Deze conclusie valt volledig samen met de eerder gegeven formule.

Extra informatie. Bij het onderzoeken van inductanties die zijn aangesloten op wisselstroomcircuits, wordt het tegenovergestelde patroon ontdekt wanneer de stroom daarentegen in fase blijft met spanningsveranderingen.

Merk op dat in beide gevallen de waargenomen verschillen in de faseparameters de reactieve aard van de weerstand van deze elementen aangeven.

Capaciteit

Eenheden

Een condensator, als eigenaar van een elektrische capaciteit, lijkt qua prestaties op een auto-accu. Maar in tegenstelling tot een batterij gaat de capacitieve lading ervan niet lang mee, wat wordt verklaard door de aanwezigheid van lekken in het diëlektricum en gedeeltelijke ontlading door de omgeving.

In dit geval bepaalt de capaciteit (zoals die van een batterij) de opslageigenschappen van de condensator of het vermogen ervan om energie tussen de platen vast te houden.

Opmerking! In het SI-systeem wordt deze indicator gemeten in Farads, wat een zeer grote meeteenheid is.

In de praktijk worden meestal kleinere eenheden voor capaciteitsmeting gebruikt, namelijk:

• Picofarads, overeenkomend met 10-12 Farads (F);
• Nanofarads gelijk aan 10-9F;
• Microfarads (μF), die 10-6 van een Farad zijn.

Al deze eenheden voor multipliciteit worden respectievelijk aangeduid als “pF”, “nF” en “mF”.

Voorbeeld van capaciteitsberekening

Soms worden condensatoren geïnstalleerd in spanningsonderdrukkingscircuits om lagere spanningswaarden te verkrijgen (in plaats van step-down transformatoren).

Maar als je voorzichtig met zo'n converter omgaat, is het heel goed mogelijk om hem zelf in elkaar te zetten. Bij het berekenen van het benodigde vermogen wordt doorgaans uitgegaan van de volgende overwegingen:

• Een condensator die in serie is geschakeld met een belasting wordt gekenmerkt door impedantie, een analoog van weerstand voor een capaciteit;
• Deze indicator komt overeen met een afzonderlijke arm in de spanningsdeler, waarvan het tweede element de belastingsweerstand is;
• De verhouding van de weerstanden van beide armen is zo gekozen dat de benodigde spanning op de belasting blijft staan ​​(bijvoorbeeld 12 Volt) en de gehele rest van 220 Volt wordt gedissipeerd op de condensator zelf.

Extra informatie. Om de transiënte eigenschappen van de scheidingsketen te verbeteren, wordt soms een andere weerstand, een ontladingsweerstand genoemd, parallel aan de condensator geschakeld.

Png?x15027" alt="Circuit voor het berekenen van de capaciteit" width="596" height="208">!}

Circuit voor het berekenen van de capaciteit

In ons geval worden de volgende gegevens geselecteerd:

• Uin=220 Volt;
• Uuit=12 Volt;
• Iload = 0,1 Ampere (stroom in de belasting wordt geselecteerd op basis van zijn paspoort).

Op basis hiervan kunt u de waarde van de belastingsweerstand bepalen:

Rн=220/0,1=2200 Ohm of 2,2 Kom.

Om de waarde van de capaciteit te berekenen waarbij de resterende 208 Volt zou moeten “vallen”, worden de volgende indicatoren gebruikt:

• Uс=208 Volt;
• Iс=0,1 Amp;
• Fnetwerk=50 Hz.

Hierna kunt u de ohmse weerstand van de condensator berekenen, voldoende om 208 volt te hebben:

Xc=Uс/Iс=208/0,1=2080.

De capaciteit van de condensator wordt verkregen uit de eerder besproken relatie:

Op basis hiervan krijgen we:

C = 1/Xc2 π Fnetwerk = 1/2080x6, 28x50 = 0,0000015311 Farads of 1,5 µF.

De weerstandsrtime is geselecteerd op ongeveer 10 Kom of meer.

Eigenschappen van containers

Wanneer meerdere condensatoren parallel zijn aangesloten, worden hun capaciteiten bij elkaar opgeteld. In dit geval neemt de totale capaciteit (volgens de hierboven besproken formules) af. Als alle condensatorelementen in een serieketen zijn verbonden, wordt hun totale capaciteit berekend als de inverse waarden van elke component.

De capaciteit van in serie geschakelde elementen neemt in dit geval daarentegen toe. Concluderend merken we op dat deze aard van de verandering in capaciteit en impedantie wordt verklaard door de eigenschappen van de condensator, die in staat is lading op zijn platen te accumuleren.

Video

In dit artikel zullen we het hebben over parameters zoals actief en reactantie.

Actief verzet

En we beginnen het artikel vreemd genoeg niet met reactantie, maar met een eenvoudig en geliefd radio-element - dat, zoals ze zeggen, actieve weerstand. Het wordt ook wel eens genoemd ohms. Zoals het wikiwoordenboek ons ​​vertelt: “actief is actief, energiek, initiatief nemend.” De activist staat altijd klaar om te scheuren en te gooien, zelfs 's nachts. Hij is bereid om VOLLEDIG alles te geven en al zijn energie te besteden aan het welzijn van de samenleving.

Hetzelfde kan gezegd worden over andere belastingen die actieve weerstand hebben. Dit kunnen verschillende verwarmingselementen zijn, zoals verwarmingselementen, maar ook gloeilampen.

Hoe de stroom in een circuit te bekijken met behulp van een oscilloscoop

Hoe verschilt een weerstand van een inductor en een condensator? Het is duidelijk dat de functies worden uitgevoerd, maar dit is niet daartoe beperkt. Laten we dus eens kijken naar het eenvoudigste circuit in alle elektronica:

In het schema zien we een frequentiegenerator en een weerstand.

Laten we visueel zien wat er in dit circuit gebeurt. Hiervoor hebben we, zoals ik al zei, nodig

En :

Hiermee gaan we kijken naar spanning en stroom.

Wat?

Huidige sterkte?

Maar een oscilloscoop is ontworpen om naar de spanningsgolfvorm te kijken? Hoe zullen we de huidige golfvorm beschouwen? En alles blijkt eenvoudig te zijn). Om dit te doen, onthoud gewoon de shuntregel.

Voor degenen die het zich niet herinneren, ik zal u eraan herinneren. We hebben een gewone weerstand:

Wat gebeurt er als er een elektrische stroom doorheen gaat?

Aan de uiteinden van de weerstand zullen we een spanningsval hebben. Dat wil zeggen, als u de spanning aan de uiteinden meet met een multimeter, zal de multimeter een bepaalde waarde in volt weergeven

En nu de belangrijkste vraag: wat bepaalt de spanningsval over de weerstand? Voor een deel van het circuit speelt de wet van Ohm opnieuw een rol: ik=U/R. Vanaf hier U=IR. We zien de afhankelijkheid van de waarde van de weerstand zelf en van de stroom die op dit moment in het circuit vloeit. Hoor je? Vanuit de KRACHT VAN DE STROOM! Dus waarom profiteren we niet van zo’n prachtige eigenschap en kijken we naar de stroomsterkte door de spanningsval over de weerstand zelf? Onze weerstandswaarde is immers constant en verandert vrijwel niet bij veranderingen in de stroomsterkte;-)

In dit experiment hoeven we de stroomsterkte in het circuit niet te kennen. We zullen eenvoudigweg kijken naar waar de huidige kracht van afhangt en verandert deze überhaupt?

Daarom zal ons schema de volgende vorm aannemen:

In dit geval is de shunt een weerstand met een weerstand van 0,5 Ohm. Waarom precies 0,5 Ohm? Ja, omdat het niet veel zal opwarmen, omdat het een lage weerstand heeft en het vermogen voldoende is om de spanning ervan te ontlasten.

Het blijft nodig om de spanning van de generator en van de shunt te verwijderen met behulp van een oscilloscoop. Als je het niet vergeten bent, nemen we een oscillogram van de stroomsterkte in het circuit van de shunt. Het rode oscillogram is de spanning van de generator U gen, en het gele oscillogram is de spanning van de shunt U W in ons geval de huidige sterkte. Laten we eens kijken wat we hebben:

Frequentie 28 Hertz:

Frequentie 285 Hertz:

Frequentie 30 Kilohertz:

Zoals u kunt zien, blijft de stroomsterkte hetzelfde naarmate de frequentie toeneemt.

Laten we wat plezier hebben met de golfvorm:

Zoals we kunnen zien, volgt de stroomsterkte volledig de vorm van het spanningssignaal.

Welke conclusies kunnen we trekken?

1) De stroomsterkte door de actieve (ohmse) weerstand heeft dezelfde vorm als de spanningsvorm.

2) De stroom en spanning over de actieve weerstand zijn in fase, dat wil zeggen: waar de spanning naartoe gaat, geldt dat ook voor de stroom. Ze zijn in beweging in fase, dat wil zeggen gelijktijdig.

3) Naarmate de frequentie toeneemt, verandert er niets (tenzij bij zeer hoge frequenties).

Condensator in AC-circuit

Laten we nu een condensator plaatsen in plaats van een weerstand.

Laten we naar de oscillogrammen kijken:

Zoals je kunt zien, heeft de condensator weerstand omdat de stroom in het circuit aanzienlijk is afgenomen. Maar merk op dat er een verschuiving heeft plaatsgevonden in het gele oscillogram, dat wil zeggen het huidige oscillogram.

Laten we de algebra op de middelbare school niet vergeten. De totale periode T is dus 2P

Laten we nu eens schatten welke faseverschuiving we in de grafiek hebben:

Ergens in de buurt P/2 of 90 graden.

Waarom gebeurde het? De fysieke eigenschap van de condensator is de schuldige. In de allereerste fracties van seconden gedraagt ​​de condensator zich als een geleider met een zeer lage weerstand, waardoor de stroomsterkte op dit moment maximaal zal zijn. U kunt dit eenvoudig verifiëren door een scherpe spanning op de condensator aan te leggen en op het eerste moment te kijken wat er met de stroomsterkte gebeurt

De rode golfvorm is de spanning die we op de condensator toepassen, en de gele golfvorm is de stroom in het condensatorcircuit. Terwijl de condensator oplaadt, daalt de stroom en bereikt deze nul wanneer de condensator volledig is opgeladen.

Waartoe zal een verdere frequentieverhoging leiden? Laten we eens kijken:

50 Hz.

100 Hz

200 Hz

Zoals je kunt zien, neemt bij toenemende frequentie de stroom in het circuit met de condensator toe.

Reactantie van de condensator

Zoals we uit eerdere ervaringen hebben gezien, neemt de stroom toe naarmate de frequentie toeneemt! Overigens groeide de weerstand niet. Dat wil zeggen, in dit geval blijkt uit de wet van Ohm dat de weerstand van de condensator afhangt van de frequentie! Ja, dat is allemaal waar. Maar het wordt niet alleen weerstand genoemd, maar reactantie en wordt berekend met de formule:

Waar

X c - condensatorreactantie, Ohm

F-frequentie, Hz

C is de capaciteit van de condensator, Farad

Spoel in een wisselstroomcircuit

Laten we nu een inductor nemen in plaats van een condensator:

We voeren dezelfde bewerkingen uit als met de condensator. We kijken naar de oscillogrammen in het circuit met de inductor:

Weet je nog, we hebben dit oscillogram in een circuit met een condensator:

Zie jij het verschil? De stroom in de spoel blijft 90 graden achter op de spanning, P/2, of, zoals ze ook zeggen, voor een kwart van de periode (onze hele periode). 2P of 360 graden).

Zo zo zo…. Laten we onze gedachten verzamelen. Dat wil zeggen, in een circuit met een sinusvormige wisselstroom loopt de stroom op de condensator 90 graden voor op de spanning, en op de inductor blijft de stroom 90 graden achter op de spanning? Ja dat klopt.

Waarom blijft de stroom in de spoel achter op de spanning?

We zullen ons niet verdiepen in verschillende fysieke processen en formules; we gaan er gewoon van uit dat de huidige sterkte niet scherp kan toenemen over een inductor. Laten we hiervoor een eenvoudig experiment uitvoeren. Net als de condensator zullen we een scherpe spanning op de inductor aanbrengen en kijken wat er met de stroom gebeurt.

Zoals u kunt zien, heeft de stroom, wanneer er plotseling spanning op de spoel wordt gezet, niet de neiging sterk toe te nemen, maar neemt deze geleidelijk toe, om preciezer te zijn, exponentieel.

Laten we onthouden hoe het was met de condensator:

Alles is precies het tegenovergestelde! Je zou zelfs kunnen zeggen dat een spoel precies het tegenovergestelde is van een condensator ;-)

En tot slot, laten we wat plezier hebben met de frequentie:

240 Kilohertz

34 Kilohertz

17 Kilohertz

10 Kilohertz

Conclusie?

Naarmate de frequentie afneemt, neemt de stroom door de spoel toe.

Inductorreactantie

Uit het bovenstaande experiment kunnen we concluderen dat de spoelweerstand afhankelijk is van de frequentie en wordt berekend met de formule

Waar

XL - spoelweerstand, Ohm

P is constant en gelijk aan ongeveer 3,14

F-frequentie, Hz

L - inductie

Waar

XL - spoelreactantie, Ohm

P is constant en ongeveer gelijk aan 3,14

F-frequentie, Hz

L - inductie, Henry

Waarom brandt de primaire wikkeling van de transformator niet door?

Nou, nu de belangrijkste vraag die vaak in PM wordt gesteld: “Waarom, als ik de primaire wikkeling van een transformator meet, krijg ik 10 Ohm of meer, afhankelijk van de transformator. Op transformatorlasmachines zijn er over het algemeen een paar Ohm! De primaire wikkeling van de transformator blijft immers op 220 Volt hangen! Waarom brandt de wikkeling niet door, omdat de weerstand van de wikkeling slechts tientallen of honderden Ohms bedraagt, en dat kan gebeuren!

Maar inderdaad, vermogen is gelijk aan de spanning vermenigvuldigd met de stroom P=IE. Dat wil zeggen dat er na een paar seconden een steenkool uit de primaire wikkeling van de transformator moet achterblijven.

Het punt is dat de gepaarde wikkelingen van de transformator een inductor zijn met een soort inductie. Het blijkt dat de echte wikkelweerstand door de formule wordt uitgedrukt

plaats hier de inductantie, die bij transformatoren afkomstig is van Henry's eenheid, en we krijgen zoiets als 300 ohm of meer. Maar dit zijn nog bloemen en bessen ;-)

Om dit fenomeen verder te verklaren, hebben we ons oscillogram van de inductor nodig:

Laten we er dus één periode op selecteren en deze in 4 delen verdelen, dat wil zeggen elk 90 graden of P/2.

Stroom in een circuit met reactieve radio-elementen

Laten we beginnen met het concept van macht. Als je het niet bent vergeten: vermogen is stroom vermenigvuldigd met spanning P=IE. Dus in het eerste kwartaal van de periode t1 Onze spanning neemt positieve waarden aan en de stroom is ook positief. Plus op plus geeft plus. Gedurende deze kwartperiode stroomt energie van de bron naar de reactantie.

Laten we nu eens naar een tijdsperiode kijken t2. Hier heeft de stroom een ​​plusteken en de spanning een minteken. Het resultaat is dat plus en min gelijk zijn aan min. Het resultaat is vermogen met een minteken. Maar gebeurt dat echt? Hoe het gebeurt! Gedurende deze tijdsperiode geeft het reactieve radio-element de opgeslagen energie terug aan de spanningsbron. Laten we voor een beter begrip eens kijken naar een eenvoudig alledaags voorbeeld.

Laten we ons een smid aan het werk voorstellen:

Ik weet niet hoe jouw kindertijd was, maar toen ik een Salabon was, nam ik lood uit batterijen en maakte dat plat tot metalen platen. Dus wat denk je? De voorsprong werd steeds warmer. Het brandde niet echt, maar voelde warm aan. Dat wil zeggen, mijn impactenergie werd omgezet in warmte, je zou zelfs kunnen zeggen, in nuttige energie.

Wat als je een veer van de VAZ-veerpoten neemt en erop slaat?

Er zal NIETS gebeuren met de lente! Ze is niet leidend. Maar... let op dit ding: zodra we de veer met een voorhamer beginnen te "pletteren", begint deze samen te drukken. En dus perste ze zichzelf helemaal vast en... schoot omhoog, terwijl ze een zware voorhamer met zich meenam die net had geprobeerd haar plat te slaan. Dat wil zeggen dat in dit geval de energie terugkeert naar de energiebron, dat wil zeggen terug naar de smid. Het leek alsof hij de veer probeerde af te vlakken, maar de veer gaf de energie terug door te decomprimeren. Dat wil zeggen, de smid hoefde de zware hamer niet langer op te tillen, omdat de veer dat al voor hem had gedaan.

De decompressie van de veer en de terugkeer van energie daardoor is negatieve kracht. In dit geval wordt de energie teruggevoerd naar de bron. Of dit goed of slecht is, is een ander verhaal voor een volledig artikel.

In de derde periode t3 Zowel stroom als spanning hebben een minteken. Min voor min is een plus. Dat wil zeggen, het reactieve element absorbeert opnieuw energie, maar t4, geeft het weer weg, aangezien plus en min een min opleveren.

Waardoor is ons totale energieverbruik over de hele periode gelijk aan wat?

Dat klopt, nul!

Dus wat blijkt het dan te zijn? Zal er geen energie vrijkomen uit de spoel en de condensator? Het blijkt zo. Daarom zijn ze in circuits meestal koud, hoewel ze enigszins warm kunnen zijn, omdat de echte parameters van de spoel en de condensator er compleet anders uitzien.

Het equivalente circuit van een echte inductor ziet er als volgt uit:

Waar

RL is de verliesweerstand. Dit kunnen verliezen in de draden zijn, aangezien elke draad weerstand heeft. Dit kunnen diëlektrische verliezen, kernverliezen en wervelstroomverliezen zijn. Zoals je kunt zien, betekent het feit dat er weerstand is dat er kracht, dat wil zeggen warmte, op kan worden vrijgegeven.

L is de werkelijke inductie van de spoel

C - onderlinge capaciteit.

En hier is het equivalente circuit van een echte condensator:

Waar

r is de weerstand van het diëlektricum en de behuizing tussen de platen

C is de werkelijke capaciteit van de condensator

ESR - gelijkwaardige serieweerstand

ESI (ESL) - gelijkwaardige serie-inductie

Hier zien we ook parameters als r en ESR, die zich door het skin-effect nog beter zullen manifesteren bij hoge frequenties. Welnu, en dienovereenkomstig zal er stroom aan hen worden vrijgegeven, wat zal leiden tot een kleine, onmerkbare verwarming.

Samenvatting

De weerstand heeft een actieve (ohmse) weerstand. De inductor en condensator hebben reactantie.

In een wisselstroomcircuit loopt de stroom bij de condensator 90 graden voor op de spanning, en blijft de stroom bij de spoel 90 graden achter op de spanning.

De spoelweerstand wordt berekend met behulp van de formule

De condensatorweerstand wordt berekend met de formule:

In een AC-circuit komt er geen stroom vrij over de ideale reactantie.

Elektrische stroom in geleiders wordt voortdurend geassocieerd met magnetische en elektrische velden. Elementen die de omzetting van elektromagnetische energie in warmte kenmerken, worden actieve weerstanden genoemd (aangeduid met R). Typische vertegenwoordigers van actieve weerstanden zijn weerstanden, gloeilampen, elektrische ovens, enz.

Inductieve reactantie. Formule van inductieve reactantie.

Elementen die verband houden met de aanwezigheid van alleen een magnetisch veld worden inductanties genoemd. Spoelen, wikkelingen en dergelijke hebben inductie. Inductieve reactantieformule:

waarbij L inductie is.

Capaciteit. Capaciteitsformule.

Elementen die verband houden met de aanwezigheid van een elektrisch veld worden capaciteiten genoemd. Condensatoren, lange stroomkabels, enz. hebben capaciteit. Capaciteitsformule:

waarbij C capaciteit is.

Totale weerstand. Formules voor totale weerstand.

Echte consumenten van elektrische energie kunnen ook een complexe weerstandswaarde hebben. In aanwezigheid van actieve R- en inductieve L-weerstanden wordt de waarde van de totale weerstand Z berekend met behulp van de formule:

Op dezelfde manier wordt de totale weerstand Z berekend voor het circuit van actieve R en capacitieve weerstand C:

Verbruikers met actieve R, inductieve L en capacitieve weerstand C hebben een totale weerstand: