Tri temeljna parametra-Otpor, Induktivitet i Kapacitivnost

Otpornici (R), induktori (L) i kondenzatori (C) su tri primarne komponente i parametri jezgre u svim krugovima. Nijedan električni krug ne može raditi bez barem jednog od njih. Važno je napomenuti da se idealni elementi strujnog kruga razlikuju od stvarnih fizičkih komponenti. Element strujnog kruga je pojednostavljeni idealni model dizajniran za predstavljanje specifične električne karakteristike fizičkog uređaja. Ukratko, standardizirani simboli koriste se u dijagramima strujnih krugova kako bi odražavali električna svojstva stvarne opreme i komponenti. Na primjer, grijaći uređaji kao što su otporna opterećenja, električne peći i grijaće šipke mogu se prikazati modelom otpornog elementa u analizi kruga.

 

Unatoč tome, određeni električni uređaji ne mogu se modelirati samo jednim elementom kruga. Namoti motora služe kao tipičan primjer. U osnovi strukture zavojnice, namoti se mogu prikazati induktorom. Međutim, oni također dolaze s inherentnim otporom. Iz tog razloga, mora se dodati otpornik koji odražava ovo svojstvo otpora. Sukladno tome, kada se gradi model kruga za namote motora, oni se izražavaju kao niz kombinacija otpora i induktiviteta.

 

Otpor je najjednostavniji i najintuitivniji električni parametar. U skladu s Ohmovim zakonom, njegova formula za izračun je (R=U/I). U krugu, otpor djeluje kao prepreka protoku struje. Što je veća vrijednost otpora, to je jača njegova inhibicija električne struje. Budući da su karakteristike otpora relativno jednostavne, prijeći ćemo na razradu induktiviteta i kapacitivnosti.

 

1. Što su induktivitet i kapacitet?

Kao što je gore spomenuto, induktivitet i kapacitet, baš kao i otpor, bitni su parametri i komponente strujnog kruga, ali usvajaju različite mjerne jedinice.

 

Induktivitet se označava slovomL, s jedinicom henry (H). Definira sposobnost zavojnice da generira magnetsko polje. Drugim riječima, kada ulazna struja ostane konstantna, zavojnica veće induktivnosti proizvest će jače magnetsko polje. Za usporedbu, otpor karakterizira otpor komponente struji. Pod fiksnim naponom, veći otpor dovodi do niže radne struje.

 

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

 

Slično tome, induktivne komponente također posjeduju sposobnost pohrane energije. Jače magnetsko polje nosi veću magnetsku energiju. Budući da magnetska polja sadrže energiju, mogu djelovati mehanički na obližnje magnete i raditi na njima.

 

2. Odnos između induktiviteta, kapaciteta i otpora

U biti, induktivitet i kapacitet nemaju inherentnu korelaciju s otporom, a njihove mjerne jedinice potpuno su neovisne. Ova razlika, međutim, postaje istaknuta u krugovima izmjenične struje (AC).

 

U krugovima istosmjerne struje (DC), induktori djeluju kao kratki spojevi, dok kondenzatori djeluju kao otvoreni krugovi. U krugovima izmjenične struje, međutim, i induktori i kondenzatori generiraju otpor struji-ovisan o frekvenciji. Ova vrsta učinka-ograničavanja struje ne naziva se otporom, već reaktancija, predstavljena simbolom X. Reaktivna opozicija koju proizvodi induktor definira se 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 sprječavaju 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 krugovima izmjenične struje proizlazi iz kontinuirane varijacije energije uzrokovane promjenom napona i struje.

 

Za induktore, fluktuirajuća struja dovodi do stalnih promjena u njihovim magnetskim poljima i pohranjenoj energiji. Slijedeći zakon elektromagnetske indukcije, inducirano magnetsko polje uvijek djeluje suprotno promjenama u izvornom magnetskom polju. Kako se radna frekvencija povećava, ovaj kontraaktivni učinak 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 naboj brže i intenzivnije kreće 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 manju kapacitivnu reaktanciju.

 

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

 

3. Razlike u snazi ​​između induktiviteta, kapaciteta i otpora

Otporni elementi kontinuirano troše energiju u krugovima istosmjerne i izmjenične struje, gdje napon i struja ostaju savršeno u fazi. Donji dijagram krivulje ilustrira karakteristike napona, struje i snage otpornika u krugu izmjenične struje. Kao što je prikazano na grafikonu, snaga otpora uvijek je veća ili jednaka nuli, što pokazuje da otpornici neprestano apsorbiraju i troše električnu energiju.

 

 

U strujnim krugovima izmjenične struje snaga koju otpornici rasipaju naziva se prosječna snaga, ili češće aktivna snaga, označena velikim slovom P. Aktivna snaga isključivo odražava potrošnju energije električnih komponenti. Za bilo koji 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 apsorbiraju električnu energiju i pretvaraju je u energiju magnetskog polja, zatim oslobađaju pohranjenu magnetsku energiju natrag u električnu energiju u ponovljenom ciklusu. Isto tako, kondenzatori pretvaraju dolaznu električnu energiju u energiju električnog polja i kasnije ispuštaju tu energiju natrag u krug u obliku elektriciteta.

Ova ciklička izmjena energije između komponenti i napajanja ne uključuje stvarnu potrošnju energije, pa se ne može kvantificirati djelatnom snagom. Kako bi definirali ovaj poseban oblik razmjene energije, fizičari su uveli koncept reaktivne snage, predstavljen velikim slovom Q.

 

I djelatna i jalova snaga potpadaju pod definiciju "snage", koja opisuje brzinu prijenosa ili pretvorbe energije. Aktivna snaga odražava brzinu kojom otpornik troši električnu energiju. Na primjer, žarulja od 100 W troši energiju dvostruko brže od žarulje od 50 W.

Nasuprot tome, jalova snaga mjeri brzinu cikličke izmjene energije između induktivnih/kapacitivnih komponenti i električne mreže. Ključno je naglasiti pojam razmjene energije. Veća jalova snaga znači da induktori i kondenzatori crpe više izmjenične energije iz izvora napajanja, iako se ta energija koristi samo za povremeno skladištenje i oslobađanje, umjesto da se troši.