Реактивное сопротивление XL и XC
Реактивное сопротивление – электрическое сопротивление переменному току, обусловленное передачей энергии магнитным полем в индуктивностях или электрическим полем в конденсаторах.
Элементы, обладающие реактивным сопротивлением, называют реактивными.
Реактивное сопротивление катушки индуктивности.
При протекании переменного тока I в катушке, магнитное поле создаёт в её витках ЭДС, которая препятствует изменению тока.
При увеличении тока, ЭДС отрицательна и препятствует нарастанию тока, при уменьшении — положительна и препятствует его убыванию, оказывая таким образом сопротивление изменению тока на протяжении всего периода.
В результате созданного противодействия, на выводах катушки индуктивности в противофазе формируется напряжение U, подавляющее ЭДС, равное ей по амплитуде и противоположное по знаку.
При прохождении тока через нуль, амплитуда ЭДС достигает максимального значения, что образует расхождение во времени тока и напряжения в 1/4 периода.
Если приложить к выводам катушки индуктивности напряжение U, ток не может начаться мгновенно по причине противодействия ЭДС, равного -U, поэтому ток в индуктивности всегда будет отставать от напряжения на угол 90°. Сдвиг при отстающем токе называют положительным.
Запишем выражение мгновенного значения напряжения u исходя из ЭДС (ε), которая пропорциональна индуктивности L и скорости изменения тока: u = -ε = L(di/dt).
Отсюда выразим синусоидальный ток 
.
Интегралом функции sin(t) будет -соs(t), либо равная ей функция sin(t-π/2).
Дифференциал dt функции sin(ωt) выйдет из под знака интеграла множителем 1/ω.
В результате получим выражение мгновенного значения тока 
со сдвигом от функции напряжения на угол π/2 (90°).
Для среднеквадратичных значений U и I в таком случае можно записать 
.
В итоге имеем зависимость синусоидального тока от напряжения согласно Закону Ома, где в знаменателе вместо R выражение ωL, которое и является реактивным сопротивлением:
Реактивное сопротивлениие индуктивностей называют индуктивным.
Реактивное сопротивление конденсатора.
Электрический ток в конденсаторе представляет собой часть или совокупность процессов его заряда и разряда – накопления и отдачи энергии электрическим полем между его обкладками.
В цепи переменного тока, конденсатор будет заряжаться до определённого максимального значения, пока ток не сменит направление на противоположное. Следовательно, в моменты амплитудного значения напряжения на конденсаторе, ток в нём будет равен нулю. Таким образом, напряжение на конденсаторе и ток всегда будут иметь расхождение во времени в четверть периода.
В результате ток в цепи будет ограничен падением напряжения на конденсаторе, что создаёт реактивное сопротивление переменному току, обратно-пропорциональное скорости изменения тока (частоте) и ёмкости конденсатора.
Если приложить к конденсатору напряжение U, мгновенно начнётся ток от максимального значения, далее уменьшаясь до нуля. В это время напряжение на его выводах будет расти от нуля до максимума. Следовательно, напряжение на обкладках конденсатора по фазе отстаёт от тока на угол 90 °. Такой сдвиг фаз называют отрицательным.
Ток в конденсаторе является производной функцией его заряда i = dQ/dt = C(du/dt).
Производной от sin(t) будет cos(t) либо равная ей функция sin(t+π/2).
Тогда для синусоидального напряжения u = U ampsin(ωt) запишем выражение мгновенного значения тока следующим образом:
Отсюда выразим соотношение среднеквадратичных значений 
.
Закон Ома подсказывает, что 1/ωC есть не что иное, как реактивное сопротивление для синусоидального тока:
Реактивное сопротивление конденсатора в технической литературе часто называют ёмкостным. Может применяться, например, в организации ёмкостных делителей в цепях переменного тока.
Калькулятор расчёта реактивного сопротивления
Необходимо вписать значения и кликнуть мышкой в таблице.
При переключении множителей автоматически происходит пересчёт результата.
Источник
Электрическое сопротивление обмоток различных катушек – каким должно быть, как измерить.
Достаточно большое количество электрических устройств имеет в своем составе катушки в виде намотки медной изолированной проволоки. Главным свойством, которым обладает электрическая катушка является взаимодействие с электромагнитным полем. Для одних устройств катушка выступает в роли электромагнита, притягивающая либо отталкивающая металлические части или другие катушки. В иных же устройствах электрическая катушка может служить генератором электрической энергии, по средствам электромагнитной индукции (если на катушку воздействовать внешним электромагнитным полем).
Любая электрическая катушка имеет свое внутреннее сопротивление. Причем, это сопротивление можно разделить на два типа, это активное и реактивное. Активным сопротивлением обладают катушки, через которые протекает только постоянный ток. Активное сопротивление катушки зависит от материала провода катушки, его сечения, длины. При протекании через катушку переменного тока мы уже будет иметь дело с реактивным сопротивлением, величина которого уже будет зависеть ещё и от частоты протекающего переменного тока (чем частота выше, тем больше реактивное сопротивление).
На практике, в большинстве случаев, приходится сталкиваться именно с активным электрическим сопротивлением катушек. Это сопротивление обусловлено внутренней структурой атомов, из которых состоит вещество проводника. У различных проводников внутреннее сопротивление имеет разные значения (при одной и той же длине и сечении). Это ещё называется удельным сопротивлением проводника (его обычно берут из справочников). Для нахождения сопротивления определенного проводника можно воспользоваться простой формулой: сопротивление равно удельное сопротивление материала проводника умноженное на его длину и это всё деленное на площадь поперечного сечения.
Более простым способом нахождения сопротивления обмоток, широко используемом на практике, является метод обычного измерения. Берём мультиметр, омметр, выставляем нужный диапазон измерения (Омы, килоОмы, мегаОмы) и прикасаемся щупами измерителя прямо к катушке, обмотке. Наш тестер с достаточно большой точность покажет имеющееся сопротивление. Как правило, обмотка катушек, рассчитанных на низкое напряжение имеет достаточно малое сопротивление (в районе единицы-сотни Ом). Обмотки под напряжение 220, 380 и выше уже имеют сопротивление в пределах от сотен Ом до десятков килоОм.
Зная сопротивление обмотки, как минимум можно судить о её работоспособности (если в ней нет короткозамкнутых витков), а как максимум её величину можно использовать в различных формулах. Наиболее известной и широко используемой является формула закона Ома, которая позволяет найти любую одну неизвестную величину (из трех – напряжение, ток, сопротивление) из двух известных. Учтите, в формулах нужно использовать основные единицы измерения физических величин. В законе Ома таковыми являются: для силы тока это ампер, для напряжения это вольт и для сопротивления это Ом.
Если при измерении сопротивления обмотки прибор ничего не показывает (пробник не реагирует), значит в этой катушке имеется обрыв. В этом случае катушку следует разобрать, хорошо визуально осмотреть (возможно обрыв произошел возле самих выводов катушки, что происходит достаточно часто), при необходимости её перемотать. Но бывают случаи, когда обрыва нет, тестер показывает какое-то сопротивление, сама же катушка не работает как надо. В этом случае, если вы уверены надёжности проводов и цепей, по которым подводится к обмотке напряжение, возможен вариант короткозамкнутых витков.
Короткозамкнутые витки – это витки обмоточного провода катушки, которые были накоротко замкнуты внутри самой обмотке между собой. Естественно, участок обмотки с короткозамкнутыми витками является нерабочим, более того, он является причиной возникновения дополнительного нагрева самой катушки (по причине самоиндукции, в цепях переменного тока). Причиной возникновения такого явления может послужить полое качество изоляции обмоточного провода, температурный удар (возникший сильный перегрев катушки), который был прежде, чрезмерное динамическое воздействие на катушку (удары, тряски и т.д.). Сопротивление обмотки, что имеет короткозамкнутые витки, будет меньше номинального значения, а это ведёт к ненормальной работе самой этой катушки.
Короткозамкнутые витки выявляются не просто. Для проверки обмотки якоря электродвигателя существует специальное устройство (можно сделать и самому, это трансформатор со специальным распилом на своем магнитопроводе, куда и ложится якорь для проверки). Если катушка до этого работала нормально, при этом особо не нагревалась, а потом вдруг начала, то скорее всего у неё появились эти самые бракованные витки. Хорошо если вы изначально знаете номинальное сопротивление своей катушки, будет с чем сравнить при измерении и выявлении неисправности обмотки. Либо же нужно сравнивать сопротивление с заведомо рабочей обмоткой другого устройства. Или же прибегнуть в вычислением сопротивления по формуле, если известны: мощность, сила тока, напряжение.
Источник