سه پارامتر اساسی-مقاومت، اندوکتانس و ظرفیت

مقاومت ها (R)، سلف ها (L) و خازن ها (C) سه جزء اصلی و پارامتر اصلی در همه مدارها هستند. هیچ مدار الکتریکی بدون حداقل یکی از آنها نمی تواند کار کند. شایان ذکر است که عناصر مدار ایده آل با اجزای فیزیکی واقعی متفاوت هستند. یک عنصر مدار یک مدل ایده آل ساده شده است که برای نشان دادن یک مشخصه الکتریکی خاص یک دستگاه فیزیکی طراحی شده است. به طور خلاصه، نمادهای استاندارد شده در نمودارهای مدار استفاده می شود تا خواص الکتریکی تجهیزات و اجزای واقعی را منعکس کند. به عنوان مثال، وسایل گرمایشی مانند بارهای مقاومتی، کوره های الکتریکی و میله های گرمایش را می توان با مدل المان مقاومتی در تحلیل مدار نشان داد.

 

با این حال، برخی از دستگاه های الکتریکی را نمی توان تنها توسط یک عنصر مدار مدل سازی کرد. سیم پیچ های موتور به عنوان یک مثال معمولی عمل می کنند. اساساً سازه های سیم پیچ، سیم پیچ ها را می توان با یک سلف نشان داد. با این حال، آنها با مقاومت ذاتی نیز همراه هستند. به همین دلیل، یک مقاومت باید اضافه شود تا این خاصیت مقاومتی را منعکس کند. بر این اساس، هنگام ساخت یک مدل مدار برای سیم‌پیچ‌های موتور، آنها به صورت ترکیبی سری از مقاومت و اندوکتانس بیان می‌شوند.

 

مقاومت ساده ترین و شهودی ترین پارامتر الکتریکی است. مطابق با قانون اهم، فرمول محاسبه آن (R=U/I) است. در یک مدار، مقاومت به عنوان مانعی برای جریان جریان عمل می کند. هر چه مقدار مقاومت بالاتر باشد، مهار آن در جریان الکتریکی قوی تر است. از آنجایی که ویژگی های مقاومت نسبتاً ساده است، به توضیح بیشتر در مورد اندوکتانس و ظرفیت خواهیم پرداخت.

 

1. اندوکتانس و خازن چیست؟

همانطور که در بالا ذکر شد، اندوکتانس و خازن، درست مانند مقاومت، پارامترها و اجزای مدار ضروری هستند، اما واحدهای اندازه گیری متفاوتی را اتخاذ می کنند.

 

اندوکتانس با حرف نشان داده می شودL، با واحد هانری (H). توانایی سیم پیچ برای تولید میدان مغناطیسی را مشخص می کند. به عبارت دیگر، هنگامی که جریان ورودی ثابت می ماند، یک سیم پیچ با اندوکتانس بیشتر، میدان مغناطیسی قوی تری ایجاد می کند. در مقایسه، مقاومت، مخالفت یک جزء با جریان را مشخص می کند. تحت یک ولتاژ ثابت، مقاومت بالاتر منجر به جریان کاری کمتر می شود.

 

ظرفیت با حرف مشخص شده استC، با فاراد (F) اندازه گیری می شود. توانایی خازن برای ذخیره بار الکتریکی و انرژی الکتریکی را توصیف می کند. با یک ولتاژ اعمالی ثابت، یک خازن با ظرفیت بزرگتر می تواند انرژی الکتریکی بیشتری را ذخیره کند.

 

به طور مشابه، اجزای القایی نیز دارای قابلیت ذخیره انرژی هستند. یک میدان مغناطیسی قوی تر انرژی مغناطیسی بیشتری را حمل می کند. از آنجایی که میدان‌های مغناطیسی حاوی انرژی هستند، می‌توانند نیروی مکانیکی روی آهن‌رباهای مجاور وارد کنند و روی آنها کار کنند.

 

2. رابطه بین اندوکتانس، ظرفیت و مقاومت

در اصل، اندوکتانس و خازن هیچ ارتباط ذاتی با مقاومت ندارند و واحدهای اندازه گیری آنها کاملاً مستقل هستند. با این حال، این تمایز در مدارهای جریان متناوب (AC) برجسته می شود.

 

در مدارهای جریان مستقیم (DC)، سلف ها به عنوان مدار کوتاه عمل می کنند، در حالی که خازن ها به عنوان مدار باز عمل می کنند. با این وجود، در مدارهای AC، هم سلف ها و هم خازن ها فرکانس{1}}تضاد وابسته به جریان ایجاد می کنند. این نوع اثر محدود کننده جریان، مقاومت نامیده نمی شود راکتانس، که با نماد X نشان داده می شود. مخالفت واکنشی تولید شده توسط یک سلف به عنوان راکتانس القایی ((XL)) تعریف می شود، و آن که توسط یک خازن تولید می شود راکتانس خازنی ((XC)) است.

 

هر دو راکتانس القایی و خازنی واحدی مشابه مقاومت دارند: اهم. هر سه کمیت از جریان جریان در مدارها جلوگیری می کنند. تفاوت اصلی در وابستگی فرکانس نهفته است: مقاومت بدون توجه به فرکانس ثابت می ماند، در حالی که راکتانس القایی و خازنی با نوسانات فرکانس تغییر می کنند. اساسا، راکتانس در مدارهای AC از تغییرات مداوم انرژی ناشی از تغییر ولتاژ و جریان ناشی می شود.

 

برای سلف ها، جریان نوسانی منجر به تغییرات مداوم در میدان مغناطیسی و انرژی ذخیره شده آنها می شود. با پیروی از قانون القای الکترومغناطیسی، یک میدان مغناطیسی القایی همیشه با تغییرات میدان مغناطیسی اصلی مقابله می کند. با افزایش فرکانس کاری، این اثر متقابل تشدید می شود و در نتیجه راکتانس القایی بالاتری ایجاد می شود.

 

هنگامی که ولتاژ دو سوی خازن نوسان می کند، بار الکتریکی روی صفحات آن به همان نسبت تغییر می کند. هرچه ولتاژ سریعتر تغییر کند، شارژ سریعتر و شدیدتر بین صفحات حرکت می کند. جریان مستقیم بار الکتریکی دقیقاً جریان الکتریکی است. به عبارت ساده تر، تغییرات ولتاژ سریعتر، جریان خازنی بیشتری تولید می کند، که به معنای مهار جریان ضعیف تر توسط خازن و راکتانس خازنی کمتر است.

 

برای نتیجه گیری، راکتانس القایی با فرکانس نسبت مستقیم دارد، در حالی که راکتانس خازنی با فرکانس نسبت معکوس دارد.

 

3. تفاوت قدرت بین اندوکتانس، ظرفیت و مقاومت

المان های مقاومتی در مدارهای DC و AC به طور مداوم برق مصرف می کنند، جایی که ولتاژ و جریان کاملاً در فاز باقی می مانند. نمودار منحنی زیر مشخصات ولتاژ، جریان و توان یک مقاومت در مدار AC را نشان می دهد. همانطور که در نمودار نشان داده شده است، توان مقاومتی همیشه بزرگتر یا مساوی صفر است، که نشان می دهد مقاومت ها دائما انرژی الکتریکی را جذب و مصرف می کنند.

 

 

در مدارهای AC، توان تلف شده توسط مقاومت ها به عنوان توان متوسط ​​یا معمولاً توان اکتیو نامیده می شود که با حرف بزرگ P نشان داده می شود. توان فعال منحصراً منعکس کننده مصرف انرژی اجزای الکتریکی است. برای هر وسیله ای که الکتریسیته مصرف می کند، توان فعال میزان و میزان اتلاف انرژی آن را کمیت می کند.

 

در مقابل، سلف ها و خازن ها انرژی الکتریکی خالص مصرف نمی کنند. آنها فقط انرژی را به صورت چرخه ای ذخیره و آزاد می کنند. سلف ها انرژی الکتریکی را جذب می کنند و آن را به انرژی میدان مغناطیسی تبدیل می کنند، سپس انرژی مغناطیسی ذخیره شده را در یک چرخه مکرر به انرژی الکتریکی آزاد می کنند. به همین ترتیب، خازن ها انرژی الکتریکی ورودی را به انرژی میدان الکتریکی تبدیل می کنند و بعداً این انرژی را به شکل الکتریسیته به مدار تخلیه می کنند.

این تبادل انرژی چرخه ای بین اجزا و منبع تغذیه شامل هیچ مصرف واقعی انرژی نمی شود، بنابراین نمی توان آن را با توان فعال کمیت کرد. برای تعریف این شکل خاص از تبادل نیرو، فیزیکدانان مفهوم توان راکتیو را معرفی کردند که با حرف بزرگ Q نشان داده می شود.

 

توان اکتیو و توان راکتیو هر دو تحت تعریف "قدرت" قرار می گیرند که سرعت انتقال یا تبدیل انرژی را توصیف می کند. توان اکتیو منعکس کننده سرعت مصرف انرژی الکتریکی توسط یک مقاومت است. به عنوان مثال، یک لامپ 100 واتی دو برابر سریعتر از لامپ 50 واتی انرژی مصرف می کند.

در مقابل، توان راکتیو، نرخ تبادل انرژی چرخه‌ای بین اجزای القایی/خازنی و شبکه برق را اندازه‌گیری می‌کند. تاکید بر واژه تبادل انرژی بسیار مهم است. توان راکتیو بالاتر به این معنی است که سلف‌ها و خازن‌ها انرژی متناوب بیشتری را از منبع تغذیه می‌گیرند، حتی اگر این انرژی فقط برای ذخیره‌سازی و رهاسازی دوره‌ای به جای مصرف استفاده می‌شود.