Емкостное и индуктивное сопротивление в цепи
Содержание
Разность потенциалов между точками электрической цепи порождает ток, который представляет собой упорядоченное движение электронов под действием электрополя. В том случае, когда напряжение постоянное, в цепи будет только активное сопротивление. Если же напряжение переменное, то появляется еще реактивное сопротивление, которое определяется индуктивностью и емкостью компонентов используемой схемы.
Виды сопротивления и их особенности
Если в цепи постоянное напряжение, то, зная её сопротивление, можно узнать силу тока при помощи закона Ома. Он говорит о том, что сила тока пропорциональна напряжению, которое является его причиной. Коэффициент пропорциональности представляет обычное сопротивление. Его принято называть активным.
Если напряжение является постоянным, то сопротивление будет только активным. Его значение определяет, сколько энергии электрического поля преобразовано в тепло, то есть, безвозвратно утрачено. Поэтому при работе с кабелями СИП-3 1×50, СИП-2 3×70 и другими нужно помнить, что потери энергии из-за активного сопротивления могут быть значительными.
Более распространено использование переменного тока. Он возникает под воздействием напряжения, циклически изменяющегося по синусоидальному закону. Такой ток порождает реактивное сопротивление, которое дополняет действие активного. Существует две разновидности реактивного сопротивления различной природы — на основе индуктивности или емкости. Их отличительной особенностью является то, что они способствуют не трате электроэнергии, а преобразованию её в другую форму.
Нужно учитывать, что применение различных видов кабелей связано не только с наличием активного сопротивления, но и реактивного. Например, кабели СИП-3 1×50, СИП-2 3×70, АС-95 могут использоваться в электросетях и с активным, и индуктивным, и емкостным сопротивлениями.
Чтобы понять, что собой представляет индуктивное сопротивление, можно представить цепь, в которой имеется катушка, подключённая к источнику переменного тока. Как известно, напряжение меняется по синусоидальному закону. При этих изменениях катушка будет создавать магнитное поле, которое будет, в частности, влиять на текущий через него ток. Согласно природе магнитного поля, при уменьшении тока магнитное поле способствует его увеличению, а при усилении наблюдается противоположный эффект. Кроме того, цепь переменного тока с активным сопротивлением тратит энергию на выделение тепла.
На практике речь идёт о действии индуктивного сопротивления, обеспечивающего сдвиг фазы между током и напряжением. Движение зарядов создаёт поле, которое в свою очередь препятствует изменению тока. Такое сопротивление присутствует не только в катушках, но и, например, при использовании кабеля СИП-2 3×70.
Емкостное сопротивление имеет другую природу. Для объяснения следует рассмотреть цепь, состоящую из источника переменного тока и конденсатора. Последний представляет собой деталь, в которой две поверхности параллельны друг другу и не имеют непосредственного электрического контакта.
При использовании постоянного тока на обкладках конденсатора накапливаются заряды: на одной — положительный, а на второй — отрицательный. Электрополе за счет накопленного заряда представляет собой источник, противодействующий току. Поэтому конденсатор в цепи постоянного тока является бесконечно большим сопротивлением. Ток не проходит сквозь диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора.
В цепи переменного тока конденсатор циклически заряжается и разряжается, обеспечивая движение электрозарядов. Данный процесс в цепи переменного тока с активным и реактивным сопротивлением будет происходить с опозданием относительно синусоидального изменения напряжения. Таким образом, конденсатор представляет собой конечное сопротивление, получившее название емкостного.
Разница между емкостным и индуктивным сопротивлением заключается в том, что через индуктивную катушку постоянный ток протекает, а при использовании конденсатора пройти не может. Однако переменный ток в обеих цепях может течь без каких-либо проблем.
Полное сопротивление
На практике необходимо учитывать как активное, так и индуктивное и емкостное сопротивления. Это особенно важно при выборе компонентов для электрических сетей. Например, активное, емкостное и индуктивное сопротивления кабелей СИП-3 зависят от их номинального сечения. Поэтому при создании электролинии следует выбрать правильный диаметр проводника, чтобы в будущем не возникало аварийных ситуаций.
При наличии нескольких разновидностей сопротивления возникает понятие полного сопротивления. Графически его представляют в виде прямоугольного треугольника. Длина одного его катета представляет величину активного сопротивления, а другого — разницу между значениями индуктивного и емкостного сопротивлений. Полное сопротивление в этом случае будет измеряться гипотенузой. В соответствии с теоремой Пифагора она определяется по следующей формуле:
Пример использования
Если в сети необходимо регулировать силу тока, удобно использовать реостат (переменное сопротивление). При использовании этой детали, действие которой основано на омическом сопротивлении, можно видеть, как расходуется энергия на нагрев. Таким образом, его можно включать в цепь с активным сопротивлением и индуктивностью с целью регулировки обоих видов сопротивления.
Если вместо реостата используется катушка с изменяемыми параметрами, она позволяет легко произвести регулировку и при этом избежать нагрева. Такое решение особенно удобно, если используется электрическая цепь со значительным напряжением. Когда присутствует активное, емкостное и индуктивное сопротивление, регулировать можно любое из них.
При использовании проводов или обычных радиодеталей в электрической цепи на самом деле измеряется и индуктивное, и ёмкостное сопротивления. Каждое из них зависит от частоты тока, а также от физических и геометрических особенностей используемых схем. Например, провод АС 50 или АС 70 может иметь индуктивное сопротивление в пределах 0.392–0.435 Ом/км. У А 50 аналогичная величина составляет от 0.297 до 0.468 Ом/км. Изолированный кабель АВБбШв 4х240 характеризируется величиной сопротивления всего 0.077 Ом/км.
При выборе проводов необходимо учитывать особенности соответствующих марок. Например, в наименованиях АС 95, АС 120 и других цифра указывает толщину проводов, от которой зависят их электрические свойства. При работе с изолированными самонесущими кабелями СИП-2 3×70, СИП-3 1×50, СИП-3 1×70, СИП-3 1×95, СИП-3 1×120 нужно помнить, что их характеристики зависят не только от физических показателей, но и от номинального напряжения.
Загрузка...
