Понимание сопротивления, реактивности и импеданса в цепях переменного тока

Прежде чем углубляться в то, как резисторы, катушки и конденсаторы взаимодействуют в цепях переменного тока, давайте повторим ключевые понятия.

Сопротивление

Сопротивление — это электрическое трение, препятствующее течению тока. Оно присуще всем проводникам — за исключением идеальных сверхпроводников — и чаще всего олицетворяется выделенными резистивными элементами. Когда сигнал переменного тока проходит через резистор, результирующее падение напряжения в фазе с током. Обозначение сопротивления — R, единица — ом (Ω).

Реактивность

Реактивность представляет препятствие, возникающее от изменяющихся электрических или магнитных полей, аналогично инерции в механических системах. Это признак конденсаторов и катушек. Для чисто реактивного элемента падение напряжения отстаёт или опережает ток ровно на 90°, в зависимости от типа компонента. Реактивность обозначается X и измеряется в Омах (Ω).

Импеданс

Импеданс объединяет сопротивление и реактивность в единую комплексную величину, описывающую полное препятствие потоку переменного тока. Каждый элемент цепи обладает импедансом, что делает его естественным параметром для анализа переменного тока. Когда переменный ток проходит через импеданс, падение напряжения может быть где угодно между 0° и 90° вне фазы с током. Импеданс обозначается Z и выражается в Омах в комплексной форме.

Идеальные резисторы обладают только сопротивлением, идеальные катушки и конденсаторы — только реактивностью. Поскольку все компоненты в конечном счёте имеют импеданс, стандартной практикой является преобразование значений сопротивления, индуктивности и ёмкости в импеданс перед анализом цепи переменного тока.

Идеальный резистор, катушка и конденсатор.

Фазовый угол импеданса компонента — это сдвиг фаз между его напряжением и током. Для резистора угол 0°, так как напряжение и ток всегда в фазе. Напряжение на катушке опережает ток на +90°, давая угол +90°. Напряжение на конденсаторе отстаёт от тока на 90°, давая угол –90°.

Импедансы складываются последовательно и комбинируются параллельно так же, как сопротивления в цепях постоянного тока. Версия закона Ома для переменного тока, выраженная через импеданс, показана ниже:

Связанные рабочие листы

• Рабочий лист: Импеданс
• Рабочий лист: Мощность переменного тока
• Рабочий лист: Ёмкостная реактивность
• Рабочий лист: Индуктивная реактивность