Tri osnovna parametra-otpor, induktivnost i kapacitivnost

Otpornici (R), induktori (L) i kondenzatori (C) su tri primarne komponente i parametri jezgre u svim kolima. Nijedan električni krug ne može raditi bez barem jednog od njih. Vrijedi napomenuti da se idealni elementi kola razlikuju od stvarnih fizičkih komponenti. Element kola je pojednostavljeni idealni model dizajniran da predstavlja specifične električne karakteristike fizičkog uređaja. Ukratko, standardizirani simboli se koriste u dijagramima strujnih kola da odražavaju električna svojstva stvarne opreme i komponenti. Na primjer, uređaji za grijanje kao što su otporna opterećenja, električne peći i grijaće šipke mogu biti predstavljeni modelom otpornog elementa u analizi kola.

 

Čak i tako, određeni električni uređaji ne mogu se modelirati samo jednim elementom kola. Namoti motora služe kao tipičan primjer. U suštini strukture zavojnica, namotaji mogu biti predstavljeni induktorom. Međutim, oni takođe dolaze sa inherentnim otporom. Iz tog razloga, otpornik mora biti dodat kako bi odražavao ovo otporno svojstvo. Shodno tome, kada se gradi model kola za namote motora, oni se izražavaju kao serijska kombinacija otpora i induktivnosti.

 

Otpor je najjednostavniji i najintuitivniji električni parametar. U skladu sa Ohmovim zakonom, njegova formula za izračunavanje je (R=U/I). U strujnom kolu otpor djeluje kao prepreka protoku struje. Što je veća vrijednost otpora, to je jača inhibicija električne struje. Budući da su karakteristike otpora relativno jednostavne, preći ćemo na elaboriranje induktivnosti i kapacitivnosti.

 

1. Šta su induktivnost i kapacitivnost?

Kao što je gore spomenuto, induktivnost i kapacitivnost, baš kao i otpor, su bitni parametri i komponente kola, ali usvajaju različite mjerne jedinice.

 

Induktivnost je označena slovomL, s jedinicom henry (H). Definira sposobnost zavojnice da generiše magnetno polje. Drugim riječima, kada ulazna struja ostane konstantna, zavojnica s većom induktivnošću će proizvesti jače magnetsko polje. Poređenja radi, otpor karakterizira suprotstavljanje komponente struji. Pod fiksnim naponom, veći otpor dovodi do niže radne struje.

 

Kapacitet je označen slovomC, mjereno u faradima (F). Opisuje sposobnost kondenzatora da skladišti električni naboj i električnu energiju. Uz konstantan primijenjen napon, kondenzator većeg kapaciteta može pohraniti više električne energije.

 

Slično tome, induktivne komponente također posjeduju sposobnost skladištenja energije. Jače magnetsko polje nosi veću magnetnu energiju. Budući da magnetna polja sadrže energiju, mogu vršiti mehaničku silu na obližnje magnete i obavljati rad na njima.

 

2. Odnos između induktivnosti, kapacitivnosti i otpora

U suštini, induktivnost i kapacitivnost nemaju inherentnu korelaciju sa otporom, a njihove merne jedinice su potpuno nezavisne. Ova razlika, međutim, postaje istaknuta u krugovima naizmjenične struje (AC).

 

U krugovima jednosmjerne struje (DC) induktori funkcioniraju kao kratki spojevi, dok kondenzatori djeluju kao otvoreni krugovi. U krugovima naizmjenične struje, međutim, i induktori i kondenzatori stvaraju frekvencijsko{1}}zavisnu suprotnost struji. Ova vrsta trenutnog-ograničavajućeg efekta se ne zove otpor, već reaktansa, predstavljena simbolom X. Reaktivna opozicija koju proizvodi induktor je definirana kao induktivna reaktancija ((XL)), a ona koju stvara kondenzator je kapacitivna reaktancija ((XC)).

 

I induktivna i kapacitivna reaktancija dijele istu jedinicu kao otpor: ohm. Sve tri veličine inhibiraju protok struje u krugovima. Ključna razlika leži u ovisnosti o frekvenciji: otpor ostaje konstantan bez obzira na frekvenciju, dok se induktivna i kapacitivna reaktancija mijenjaju kako frekvencija fluktuira. U osnovi, reaktancija u AC krugovima proizlazi iz kontinuirane varijacije energije uzrokovane promjenom napona i struje.

 

Za induktore, fluktuirajuća struja dovodi do kontinuiranih promjena u njihovim magnetnim poljima i uskladištenoj energiji. Slijedeći zakon elektromagnetne indukcije, indukovano magnetsko polje uvijek se suprotstavlja promjenama u izvornom magnetnom polju. Kako se radna frekvencija povećava, ovaj kontraaktivni efekat se pojačava, što rezultira većom induktivnom reaktancijom.

 

Kada napon na kondenzatoru fluktuira, električni naboj na njegovim pločama se pomiče u skladu s tim. Što se napon brže mijenja, to se brže i intenzivnije kreće punjenje između ploča. Usmjereni tok električnog naboja je upravo električna struja. Jednostavno rečeno, brže varijacije napona proizvode veću kapacitivnu struju, što znači slabiju inhibiciju struje od strane kondenzatora i nižu kapacitivnu reaktanciju.

 

Da zaključimo, induktivna reaktancija je direktno proporcionalna frekvenciji, dok je kapacitivna reaktancija obrnuto proporcionalna frekvenciji.

 

3. Razlike u snazi ​​između induktivnosti, kapacitivnosti i otpora

Otporni elementi kontinuirano troše energiju u DC i AC krugovima, gdje napon i struja ostaju savršeno u fazi. Dijagram krivulje ispod ilustruje karakteristike napona, struje i snage otpornika u AC kolu. Kao što je prikazano na grafikonu, otporna snaga je uvijek veća ili jednaka nuli, što ukazuje da otpornici konstantno apsorbiraju i troše električnu energiju.

 

 

U AC krugovima, snaga koju rasipaju otpornici naziva se prosječnom snagom, ili još češće, aktivnom snagom, označenom velikim slovom P. Aktivna snaga isključivo odražava potrošnju energije električnih komponenti. Za svaki uređaj koji troši električnu energiju, aktivna snaga kvantificira veličinu i brzinu njegovog gubitka energije.

 

Nasuprot tome, induktori i kondenzatori ne troše neto električnu energiju. Oni samo ciklički pohranjuju i oslobađaju energiju. Induktori apsorbuju električnu energiju i pretvaraju je u energiju magnetnog polja, a zatim oslobađaju uskladištenu magnetnu energiju nazad u električnu energiju u ponovljenom ciklusu. Isto tako, kondenzatori pretvaraju dolaznu električnu energiju u energiju električnog polja, a kasnije tu energiju ispuštaju natrag u kolo u obliku električne energije.

Ova ciklična razmjena energije između komponenti i napajanja ne uključuje stvarnu potrošnju energije, tako da se ne može kvantificirati aktivnom snagom. Da bi definisali ovaj poseban oblik razmene snage, fizičari su uveli koncept reaktivne snage, predstavljen velikim slovom Q.

 

I aktivna i reaktivna snaga potpadaju pod definiciju "snage", koja opisuje brzinu prijenosa ili konverzije energije. Aktivna snaga odražava koliko brzo otpornik troši električnu energiju. Na primjer, sijalica od 100 W troši energiju dvostruko brže od sijalice od 50 W.

Reaktivna snaga, nasuprot tome, mjeri brzinu ciklične razmjene energije između induktivnih/kapacitivnih komponenti i električne mreže. Važno je naglasiti pojam razmjene energije. Veća reaktivna snaga znači da induktori i kondenzatori crpe više naizmjenične energije iz napajanja, iako se ta energija koristi samo za periodično skladištenje i oslobađanje, umjesto da se troši.