Что такое активное и реактивное сопротивление в электрических цепях. Как рассчитать активное и реактивное сопротивление. Какие формулы используются для расчета. Где применяются активное и реактивное сопротивление. Чем отличаются активное и реактивное сопротивление.
Основные понятия активного и реактивного сопротивления
Активное и реактивное сопротивление являются ключевыми параметрами, характеризующими поведение электрических цепей переменного тока. Понимание природы и особенностей этих видов сопротивления необходимо для анализа и расчета электрических схем.
Активное сопротивление связано с необратимым преобразованием электрической энергии в другие виды энергии, чаще всего в тепловую. Оно характерно для таких элементов цепи как резисторы, нагревательные элементы, лампы накаливания. Активное сопротивление измеряется в Омах и обозначается буквой R.
Реактивное сопротивление обусловлено способностью элементов цепи накапливать электрическую или магнитную энергию. Оно характерно для конденсаторов и катушек индуктивности. В отличие от активного, реактивное сопротивление не приводит к потерям энергии, а лишь создает сдвиг фаз между током и напряжением. Реактивное сопротивление также измеряется в Омах и обозначается буквой X.
Расчет активного сопротивления
Активное сопротивление проводника рассчитывается по формуле:
R = ρ * l / S
где:
- R — активное сопротивление, Ом
- ρ — удельное сопротивление материала, Ом·м
- l — длина проводника, м
- S — площадь поперечного сечения, м²
Для проводов и кабелей часто используют погонное сопротивление r0, выражаемое в Ом/км. Тогда сопротивление участка линии длиной l км будет равно:
R = r0 * l
Активное сопротивление зависит от температуры. Эту зависимость учитывают по формуле:
R = R0 * (1 + α * ΔT)
где R0 — сопротивление при начальной температуре, α — температурный коэффициент сопротивления, ΔT — изменение температуры.
Расчет реактивного сопротивления
Реактивное сопротивление бывает двух видов — индуктивное XL и емкостное XC.
Индуктивное сопротивление катушки рассчитывается по формуле:
XL = ω * L = 2πf * L
где ω — угловая частота, f — частота переменного тока, L — индуктивность катушки.
Емкостное сопротивление конденсатора определяется как:
XC = 1 / (ω * C) = 1 / (2πf * C)
где C — емкость конденсатора.
Общее реактивное сопротивление цепи равно:
X = XL — XC
Полное сопротивление цепи переменного тока
Полное сопротивление цепи переменного тока (импеданс) учитывает как активную, так и реактивную составляющие:
Z = √(R² + X²)
где Z — полное сопротивление, R — активное сопротивление, X — реактивное сопротивление.
Угол сдвига фаз между током и напряжением определяется как:
φ = arctg(X/R)
Особенности активного сопротивления в цепях переменного тока
В цепях переменного тока с чисто активным сопротивлением ток и напряжение совпадают по фазе. Мгновенное значение тока связано с мгновенным значением напряжения законом Ома:
i = u / R
Действующие значения тока и напряжения также подчиняются закону Ома:
I = U / R
Средняя мощность, выделяемая на активном сопротивлении:
P = I² * R = U² / R
Эта мощность преобразуется в тепло (закон Джоуля-Ленца).
Особенности реактивного сопротивления в цепях переменного тока
В цепи с идеальной индуктивностью ток отстает от напряжения на 90°. Мгновенные значения тока и напряжения связаны соотношением:
u = L * di/dt
Действующие значения тока и напряжения на индуктивности:
I = U / XL
В цепи с идеальной емкостью ток опережает напряжение на 90°. Мгновенные значения связаны как:
i = C * du/dtДействующие значения для емкости:
I = U / XC
На реактивных элементах не происходит преобразования электрической энергии в другие виды. Вместо этого энергия периодически запасается в магнитном поле катушки или электрическом поле конденсатора, а затем возвращается в цепь.
Применение понятий активного и реактивного сопротивления
Понимание природы активного и реактивного сопротивления важно во многих областях электротехники и электроники:
- Расчет и проектирование электрических цепей и устройств
- Анализ энергетических процессов в электрических системах
- Компенсация реактивной мощности в электросетях
- Согласование импедансов в радиотехнике
- Разработка фильтров и частотно-избирательных цепей
- Измерение параметров компонентов и материалов
Активное и реактивное сопротивление линий электропередачи
Для воздушных и кабельных линий электропередачи характерно наличие как активного, так и реактивного сопротивления. Активное сопротивление обусловлено потерями энергии в проводниках, а реактивное — наличием индуктивности проводов и емкости между проводами и землей.
Погонное активное сопротивление линии r0 (Ом/км) зависит от материала и сечения проводов. Для алюминиевых и сталеалюминевых проводов оно может быть приблизительно рассчитано как:
r0 = 31.5 / S
где S — сечение провода в мм².
Погонное индуктивное сопротивление воздушной линии x0 (Ом/км) можно оценить по формуле:
x0 = 0.144 * lg(Dср/r) + 0.0157
где Dср — среднегеометрическое расстояние между проводами, r — радиус провода.
Для кабельных линий значения r0 и x0 обычно берутся из справочных данных, так как зависят от конструкции кабеля.
Влияние частоты на активное и реактивное сопротивление
Частота переменного тока оказывает различное влияние на активное и реактивное сопротивление:
- Активное сопротивление проводников несколько возрастает с увеличением частоты из-за поверхностного эффекта и эффекта близости
- Индуктивное сопротивление XL прямо пропорционально частоте
- Емкостное сопротивление XC обратно пропорционально частоте
Это приводит к тому, что на низких частотах в цепях преобладает активное сопротивление, на высоких — реактивное. Частотная зависимость сопротивлений используется при построении различных фильтров.
Измерение активного и реактивного сопротивления
Для измерения активного и реактивного сопротивления применяются различные методы и приборы:
- Мостовые схемы (мосты переменного тока)
- Векторные измерители импеданса
- Анализаторы цепей
- Цифровые RLC-метры
При измерениях важно учитывать рабочую частоту, так как реактивное сопротивление зависит от частоты. Для получения точных результатов необходимо также соблюдать правила подключения приборов и учитывать их собственные параметры.
Компенсация реактивной мощности
В электроэнергетических системах стремятся уменьшить передачу реактивной мощности, так как она увеличивает потери в сетях. Для этого применяют компенсацию реактивной мощности — установку устройств, генерирующих реактивную мощность противоположного знака.
Основные способы компенсации:
- Установка конденсаторных батарей
- Применение синхронных компенсаторов
- Использование статических тиристорных компенсаторов
Правильная компенсация позволяет снизить потери, улучшить качество напряжения и увеличить пропускную способность линий электропередачи.
Активное и реактивное сопротивление в радиотехнике
В радиотехнических устройствах активное и реактивное сопротивление играют важную роль при согласовании импедансов, построении колебательных контуров и фильтров.
Согласование импедансов необходимо для максимальной передачи мощности от источника к нагрузке. При этом выходное сопротивление источника должно быть комплексно-сопряженным с входным сопротивлением нагрузки.
Добротность колебательного контура Q определяется отношением его реактивного сопротивления к активному:
Q = X / R
Чем выше добротность, тем более узкую полосу частот выделяет контур.
В фильтрах используют частотную зависимость реактивных сопротивлений для выделения или подавления определенных частотных компонентов сигнала.
что это, формулы, как найти
Содержание:
Что такое сопротивление
Ток, протекая через провода и различные радиодетали, тратит свою энергию. Это явление количественно выражается величиной сопротивления. В электротехнике его разделяют на активное и реактивное сопротивление. В первом случае при прохождении тока часть его энергии превращается в тепловой вид, а иногда и в другие (например, проявляется в химических реакциях). Величина активного сопротивления зависит от частоты переменного электротока и возрастает с ее увеличением.
Второй тип сопротивления имеет более сложную природу и возникает в момент включения или выключения потребителя электроэнергии в сеть переменного или постоянного тока. В цепи с реактивным сопротивлением энергия электрического тока частично превращается в другую форму, а затем переходит обратно, то есть, наблюдается периодический колебательный процесс. Полное сопротивление цепи включает в себя активный и реактивный типы, которые учитываются по особым правилам.
Понятие реактивного сопротивления
Данная разновидность репрезентирует взаимоотношение электротока и напряжения на определенных типах подключенных в сеть нагрузок (дросселях, конденсаторных компонентах), не сопряженное с объемами электроэнергии, используемыми потребителем. Измерительной единицей, как и для других разновидностей, выступает ом. Рассматриваемое явление обнаруживает себя только при переменном электротоке. В расчетах оно обозначается латинской литерой Х.
Активное и реактивное сопротивление
При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.
В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.д.
В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении. Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.
С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь. В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.
Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.
В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.
После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.
Конденсатор и катушка в цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.
Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.
Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин.
Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.
Активное сопротивление
В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, пропорционально активному сопротивлению.
При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло. Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию. Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т.д.
Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе.
Это сопротивление вычисляется по формуле:
R = U/I, где R – сопротивление элемента, U – напряжение на нем, I – сила тока, протекающего через элемент цепи.
На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.
Какое сопротивление называется реактивным, какое активным
Активное электросопротивление — это важный параметр электрической сети, который обуславливает превращение электрической энергии, поступающей в участок электроцепи или в отдельный элетроэлемент в любой другой тип энергии: химическую, механическую, тепловую, электромагнитную. Процесс превращения при этом считаю необратимым.
Типы рассматриваемой величины и формулы ее расчета
Реактивное сопротивление по-другому называется реактансом и представляет собой сопротивляемость элементов электроцепи, которые вызывается измерением силы электротока или напряжения из-за имеющейся емкости или индуктивности этого элемента. При реактансе происходит обменный процесс между отдельным компонентом сети и источником энергии.
Часто это понятие относят к простому электрическому сопротивлению, однако оно отличается некоторыми моментами.
Течение переменного электротока не зависит от типа сопротивляемости элементов и всей сети
Различия между активным и реактивным сопротивлением
Разница между активным и реактивным сопротивлением состоит в том, что при прохождении электротока по компонентам цепи, несущим активную нагрузку, имеют место мощностные потери в виде выделения тепла, которое не может быть снова превращено в электрическую энергию. В качестве наглядного примера можно привести конфорку электроплиты, выделяющую тепловую энергию. Такими свойствами обладают и осветительные устройства, электрические двигатели, различные кабели. Фазы проходящих через такие компоненты напряжения и электротока будут совпадать.
От чего зависит сопротивление проводника
Реактивные нагрузки отличаются наличием емкостных свойств либо способностью к индукции. В первом случае величина рассматриваемого сопротивления зависит от емкости, во втором – от электродвижущей силы самоиндукции.
Важно! Величина, в противоположность активной, может иметь плюсовой и минусовой знаки. Это зависит от того, в какую сторону идет фазовый сдвиг. При опережении электрическим током напряжения будет иметь место отрицательный показатель, в обратном случае – положительный.
Активное сопротивление в цепи переменного тока
Определим величину тока в цепи переменного тока с чисто активным сопротивлением.
Схема с чисто активной нагрузкой.
Для переменного тока закон, по которому меняется мгновенное значение напряжения, имеет следующий вид:
$$U=U_m sin(omega t+varphi)$$
Мгновенное значение тока через любой элемент находится по закону Ома:
$$I ={U over R}$$
Подставляя предыдущую формулу в закон Ома, получим:
$$I={U_m sin(omega t+varphi)over R}=I_m sin(omega t+varphi)$$
Из этой формулы видно, что колебания силы тока в цепи с чисто активным сопротивлением имеют ту же частоту и фазу, что и колебания напряжения. Ток в цепи в любой момент времени возрастает пропорционально напряжению.
2Rt$$
Указанные соотношения справедливы только для чисто активных сопротивлений. Для сопротивлений, которые имеют реактивную составляющую, к примеру, для катушки индуктивности, зависимость мгновенного значения тока сложнее, и закон Джоуля-Ленца в таком виде использовать нельзя.
Любой реальный проводник обладает некоторой индуктивностью, а между любыми частями реальных проводников и элементов существует некоторая электроемкость. Поэтому чисто активных сопротивлений, строго говоря, не существует. Любое реальное активное сопротивление имеет некоторую реактивную составляющую. На низких частотах она очень мала, и ею пренебрегают. На высоких же частотах ею пренебречь нельзя, и она всегда оказывает заметное влияние на поведение и параметры цепи.
Индуктивное реактивное сопротивление
Оно встречается в цепях, где есть своего рода электромагниты, влияющие на магнитное поле электрической цепи. Еще их называют катушками индуктивности. Катушки индуктивности имеют низкое полное электрическое сопротивление на низких частотах и высокое полное электрическое сопротивление на высоких частотах.
Разные катушки индуктивности. Обратите внимание на общность
конструкции – медный провод намотан на магнит, образуя катушку.
Как рассчитать емкостное реактивное сопротивление
Рассмотрим пример расчета емкостного реактивного сопротивления: предположим, что конденсатор 6 мкФ подключен к розетке переменного тока с напряжением 40 В и частотой F 60 Гц.
Для определения емкостного реактивного сопротивления используется определение, данное в начале. Угловая частота ω определяется как:
ω = 2πf = 2π x 60 Гц = 377 с-1
Затем этот результат подставляется в определение:
ИксC = 1 / ωC = 1 / (377 с-1х 6 х10 -6 F) = 442,1 Ом
Теперь посмотрим на амплитуду тока, циркулирующего в цепи. Поскольку источник предлагает напряжение амплитудой VC = 40 В, мы используем соотношение между емкостным реактивным сопротивлением, током и напряжением для вычисления амплитуды тока или максимального тока:
яC = VC / ИКСC = 40 В / 442,1 Ом = 0,09047 А = 90,5 м А.
Если частота становится очень большой, емкостное реактивное сопротивление становится небольшим, но если частота становится равной 0 и у нас есть постоянный ток, реактивное сопротивление стремится к бесконечности.
Приложения с емкостным реактивным сопротивлением
Фильтры верхних частот, фильтры нижних частот, мостовые схемы для измерения емкости и индуктивности и схемы фазового сдвига являются одними из основных применений схем, которые содержат емкостные реактивные сопротивления в сочетании с индуктивностями и электрическими сопротивлениями.
В стереосистемах некоторые динамики поставляются с отдельными динамиками. вуфер (больше) для низких частот и твитер или небольшой рог для высоких частот. Это улучшает производительность и качество звука.
В них используются конденсаторы, которые предотвращают попадание низких частот в высокочастотный динамик, а в низкочастотном динамике добавлен индуктор, чтобы избежать высокочастотных сигналов, поскольку индуктивность имеет реактивное сопротивление, пропорциональное частоте: XL = 2πfL.
Активное сопротивление проводов, кабелей и линий
Из-за того что переменный ток проходит неравномерно, то при одинаковых условиях тока переменного и постоянного R будет отличаться. Как уже было сказано, стальные электропровода имеют лучшее активное R по сравнению с проводниками из цветных металлов, которые имеют одинаковое R при любой силе тока.
Напротив, активное R электрокабелей из стали всегда зависит от электрического тока, поэтому удельную постоянную проводимость в этом случае никогда не используют. Активное R электрокабеля определяют с помощью формулы: R=l/у*s.
Определение активного сопротивления проводов
Активное сопротивлении проводов проще всего определять по справочным данным, составленным на основании ГОСТ 839-80 – «Провода неизолированные для воздушных линий электропередач» таблицы 1 – 4. Данные таблицы вы сможете найти непосредственно в самом ГОСТ, приведу лишь не которые.
Пользоваться всеми известными формулами по определению активного сопротивления — не рекомендуется [Л1.
с.18],связано это с тем, что действительное сечение отличается от номинального сечения, провода выпускались в разное время, по разным ГОСТ и ТУ и величины удельной проводимости (ρ) и удельного сопротивления (γ) у них разные:
где:
- γ – значение удельной проводимости для медных и алюминиевых проводов при температуре 20 °С принимается: для медных проводов – 53 м/Ом*мм2; для алюминиевых проводов – 31,7 м/Ом*мм2;
- s – номинальное сечение провода(кабеля),мм2;
- l – длина линии, м;
- ρ – значение удельного сопротивления принимается: для медных проводов — 0,017-0,018 Ом*мм2/м; для алюминиевых проводов – 0,026 — 0,028 Ом*мм2/м, см. таблицу 1.14 [Л2. с.30].
Активные сопротивления стальных проводов математическому расчету не поддаются. Поэтому рекомендую для определения активного сопротивления использовать приложения П23 – П25 [Л1. с.80,81].
Предыдущая
РазноеЧто такое фазное и линейное напряжение?
Следующая
РазноеБлуждающие токи и способы борьбы с ними
|
Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Оценка эффективности инструментов коммуникационной политики: Внешние коммуникации — обмен информацией между организацией и её внешней средой… Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного… Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений — деятельность метрологических служб, направленная на достижение… Интересное: Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы… Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья. Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция |
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒ Ответ:R=ro·l, где ro – погонное активное сопротивление (Ом/км). При оценочных расчетах для проводников из цветных металлов активное сопротивление может быть определено по формуле: r0=ρ/F, где ρ-удельное сопротивление(Ом·мм2/км), F-сечение проводника(мм2). G=g0·l, где g0 — удельная активная проводимость (См/км). Проводимость, обусловленная потерями на корону, величина сильно переменная и зависит от влажности воздуха и других метеорологических условий. Потери мощности на корону учитывают для ВЛ с Uном 330кВ и выше. В ВЛ 110-220кВ эти потери можно не учитывать, т.к. ПУЭ установлены минимальные сечения проводов, для снижения ΔPк до приемлемых уровней. Для ВЛ 110кВ – АС 70/11, ВЛ 220кВ – АС 240/32. Наиболее радикальным средством снижения потерь мощности на корону является увеличение диаметра провода. X=x0·l, где x0, – погонное индуктивное сопротивление (Ом/км). Индуктивное сопротивление обусловлено магнитным полем, возникающем вокруг и внутри проводов и жил кабелей, которое наводит в каждом проводнике электродвижущую силу самоиндукции. Индуктивное сопротивление зависит от взаимного расположения проводников, их диаметра и магнитной проницаемости и частоты переменного тока. Для воздушных линий с алюминиевыми и сталеалюминевыми проводами сопротивление на 1 км рассчитывается: x0=0,144·lg(2·Dср/d)+0,0156, где Dср — среднегеометрическое расстояние между проводами фаз, мм, d – диаметр провода, мм. Dср зависит от вида расположения опор и Uном Dср= , где DАB, DBC, DCA — расстояние между проводами соответствующих фаз. Для воздушных линий значение x0 приводятся в справочной таблице в зависимости от Dср или напряжения и марки провода. На индуктивное сопротивление кабельных линий оказывают влияние конструктивные особенности кабелей. При расчетах пользуются заводскими данными об x0, приводимыми в справочнике. Реактивная проводимость линии обусловлена емкостями между проводами разных фаз и емкостью провод-земля. Ее определяют по формуле: , B=b0·l, где b0— удельная реактивная (емкостная) проводимость, Ом/км. Для воздушных линий удельная емкостная проводимость может быть найдена как или определена по справочным таблицам в зависимости от марки провода и среднегеометрического расстояния между проводами или ном. напряжения. Ёмкостная проводимость кабельных линий зависит от конструкции кабеля и указывается заводом-изготовителем, но для ориентировочных расчетов она может быть оценена по формуле. ⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒ Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим… Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции… Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого… Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций… |
— КиберПедия
..
Усредненное значение активной проводимости за год получают через средние потери на корону ΔPк: ; , где ΔPкуд — удельные среднегодовые потери на корону (кВт/км).
Очевидно, что величина b0 для кабельных линий значительно больше, чем для воздушных из-за меньших значений Dср.Введение в фильтры и емкостные реактивные сопротивления – Electronics Hub
Введение
[adsense1]
Электрический фильтр представляет собой схему, предназначенную для подавления всех нежелательных частотных составляющих электрического сигнала и допускающую только желаемые частоты.
Другими словами, фильтр — это схема, которая пропускает только определенную полосу частот. Фильтры в основном применяются в звуковых эквалайзерах и в чувствительных электронных устройствах, входные сигналы которых должны быть условными. Эти фильтры в основном делятся на 2 типа. Это активные фильтры и пассивные фильтры.
Пассивные фильтры
Пассивные фильтры не содержат каких-либо усиливающих элементов, они состоят из резистора, конденсатора и катушек индуктивности (пассивные элементы). Эти фильтры не потребляют дополнительной энергии от внешнего источника питания. Конденсатор пропускает высокочастотные сигналы, а индуктор пропускает низкочастотные сигналы. Точно так же индуктор ограничивает поток высокочастотных сигналов, а конденсатор ограничивает низкочастотные сигналы. В этих фильтрах амплитуда выходного сигнала всегда меньше амплитуды приложенного входного сигнала. Коэффициент усиления пассивных фильтров всегда меньше единицы. Это показывает, что усиление сигналов не может быть улучшено этими пассивными фильтрами.
Из-за этого на характеристики фильтров влияет полное сопротивление нагрузки. Эти фильтры могут работать и в более высоких частотных диапазонах, почти на 500 МГц.
Активные фильтры
Активные фильтры содержат усиливающие элементы, такие как операционные усилители, транзисторы и полевые транзисторы (активные компоненты) в дополнение к пассивным элементам (резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности). Используя эти фильтры, мы можем преодолеть недостатки пассивных фильтров. Активные фильтры будут зависеть от внешнего источника питания, поскольку он будет усиливать выходные сигналы. Без какого-либо элемента индуктивности они могут достигать резонансной частоты, при которой входное сопротивление и выходное сопротивление обнуляются друг другом. В следующем году изготавливается конструкция фильтра без индуктора. Потому что катушки индуктивности рассеивают некоторое количество энергии и генерируют магнитные поля рассеяния. Мало того, что есть эти проблемы, так еще и из-за индуктора размер активного фильтра увеличивается.
Таким образом, по этим причинам использование катушек индуктивности в активных фильтрах сокращается.
[adsense2]
Некоторые преимущества активных фильтров
- Комбинация операционных усилителей, резисторов, конденсаторов, транзисторов и полевых транзисторов образует интегральную схему, которая, в свою очередь, уменьшает размер и вес фильтра.
- Коэффициент усиления операционного усилителя можно легко контролировать в форме замкнутого контура. По этой причине входной сигнал не ограничен.
- Применяются в фильтрах Баттерворта, Чебышева и Кауэра.
Основным недостатком активных фильтров является меньший диапазон рабочих частот. Во многих приложениях рабочий диапазон частот активных фильтров максимизируется только до 500 кГц. Для активных фильтров требуется источник питания постоянного тока. По сравнению с пассивными фильтрами эти активные фильтры более чувствительны. Выходы могут мешать даже из-за изменений окружающей среды.
Фильтр представляет собой чувствительную схему, в которой выходные компоненты представляют собой только частотные составляющие.
Для анализа схемы фильтра лучше всего подходит представление в частотной области. Это представление показано ниже.
Величина фильтра M называется усилением фильтра. Величина обычно представляется в дБ как 20 log (M).
Одной из важных характеристик фильтров является частота среза. Он определяется как частота, которая разделяет полосу пропускания и полосу заграждения в частотной характеристике. Полоса пропускания — это диапазон частот, которые пропускает фильтр без какого-либо затухания. Полоса заграждения определяется как полоса частот, которые не разрешены фильтром.
Фильтры классифицируются на основе частоты сигналов, которые они пропускают через себя. Существует четыре типа фильтров: фильтры нижних частот, полосовые фильтры, фильтры высоких частот и полосовые режекторные фильтры. Благодаря использованию быстродействующих операционных усилителей и приблизительным значениям компонентов характеристики идеального и практического отклика практически равны.
Фильтр нижних частот
Фильтр нижних частот пропускает сигналы с частотой ниже частоты среза «fc». Практически небольшой диапазон частот будет проходить даже после диапазона частот среза. Усиление фильтра будет зависеть от частоты. Если частота входного сигнала увеличивается, то коэффициент усиления фильтра уменьшается. В конце переходной полосы усиление становится равным нулю. Это показано ниже.
Рис. Фильтр нижних частот1
Где пунктирная линия указывает на идеальные характеристики фильтра, а сплошная линия указывает на практические характеристики фильтра.
Применение фильтров нижних частот в звуковой системе, которая находится в различных типах громкоговорителей. Для блокировки гармонических излучений эти фильтры нижних частот используются в радиопередатчиках. Они также используются в разветвителях DSL на телефонных абонентских линиях.
Фильтр высоких частот
Пропускают частоты после частоты среза «fc». В практическом случае фильтр допускает незначительные частоты ниже диапазона среза.
Это показано ниже.
Рис: фильтр верхних частот1
Комбинация фильтра верхних частот с фильтром нижних частот образует полосовой фильтр. Фильтры верхних частот применяются в радиочастотных цепях, а также в разветвителях DSL.
Полосовой фильтр
Само название фильтра говорит о том, что он пропускает только определенную полосу частот и блокирует все остальные частоты. Верхний и нижний пределы полосового фильтра зависят от конструкции фильтра. Практические и идеальные характеристики полосового фильтра показаны ниже.
Рис.: полосовой фильтр1
Полосовые фильтры применяются в цепях передатчика и приемника. Они в основном используются для расчета чувствительности цепей приемника и оптимизации отношения сигнал/шум.
Полосовой режекторный фильтр
Их также называют режекторными или фильтрующими фильтрами. Эти фильтры останавливают только определенную полосу частот и разрешают все другие частоты. Ограничения частоты фильтра зависят от конструкции фильтра.
Пунктирная линия указывает на идеальный случай, а сплошная линия указывает на практический случай. Он имеет две полосы пропускания и одну полосу останова.
Рис. полосовой заграждающий фильтр1
Заграждающие фильтры применяются в инструментальных усилителях.
Частотная характеристика идеальных фильтров
Теперь давайте посмотрим на идеальные характеристики различных фильтров. Здесь fL указывает на более низкую частоту среза, а fH указывает на более высокую частоту среза.
Идеальные характеристики фильтра нижних частот
Рис.: фильтр нижних частот 2
Этот ответ показывает, что фильтр нижних частот пропускает сигналы до более низкой частоты среза и останавливает частоты выше нижней частоты среза.
Идеальные характеристики фильтра высоких частот
Рис.: фильтр высоких частот 2
Это показывает, что фильтр высоких частот пропускает частоты выше верхней частоты среза и останавливает частоты ниже верхней частоты среза.
Идеальные характеристики полосового фильтра
Рис. полосовой фильтр2
Этот ответ показывает, что полосовой фильтр пропускает только частоты между нижней и верхней зонами среза. Он останавливает частоты, которые меньше нижней частоты среза, а также останавливает частоты, превышающие более высокие частоты среза.
Идеальные характеристики полосового режекторного фильтра
Рис. полосовой фильтр2
На приведенном выше рисунке видно, что частоты выше нижней граничной частоты и частоты ниже верхней граничной частоты не обрабатываются.
Емкостное реактивное сопротивление
Когда резистор соединен последовательно с конденсатором, образуется RC-цепочка. В RC-цепи конденсатор будет заряжаться от напряжения питания постоянного тока, и когда напряжение питания уменьшается, в конечном итоге конденсатор также разряжается за счет уменьшения его накопительного заряда. Не только во время питания постоянного тока, но и в случае питания переменным током, в зависимости от уровня напряжения питания конденсатор будет постоянно заряжаться и разряжаться.
Но из-за внутреннего сопротивления будет некоторое ослабление тока через конденсатор. Это внутреннее сопротивление называется емкостным реактивным сопротивлением. ‘X_C’Обозначает емкостное реактивное сопротивление и измеряется в Омах так же, как сопротивление.
При изменении частоты в емкостной цепи в соответствии с изменением частоты это значение емкостного сопротивления также изменяется. Электроны перетекают с одной пластины на другую, вызывая протекание тока в цепи. Но из-за движения электронов меняется уровень частоты. Когда частота через конденсатор увеличивается, значение емкостного сопротивления уменьшается, а когда частота через конденсатор уменьшается, значение емкостного сопротивления увеличивается. Таким образом, этим можно сказать, что емкостное реактивное сопротивление обратно пропорционально приложенному уровню частоты. Это показывает, что конденсатор, подключенный к цепи, зависит от частоты питания. Это явление называется комплексным импедансом.
Емконитарная формула реактивной реакции
x C = 1/(2π1c)
, где x C = емкостная реакция
π = 3,142
F = Частота в HZ
F = Частота в HZ
F = Частота в HZ
F = частота
F = частота
F in. Давайте рассмотрим две частоты, чтобы наблюдать явление емкостного сопротивления. Пусть f_1=1кГц и f_2=10кГц и конденсатор c = 220нФ. На первом уровне частоты X_C= 1/2πf1c = 723,4 Ом На втором уровне частоты: X_C= 1/2πf2c= 72,34 Ом Это ясно показывает, что с увеличением частоты реактивное сопротивление уменьшается. Из приведенного выше графика зависимости частоты от емкостного реактивного сопротивления видно, что когда частота равна нулю, значение реактивного сопротивления достигает бесконечности, что показывает явление разомкнутой цепи. Когда значение частоты увеличивается экспоненциально, значение реактивного сопротивления уменьшается. Когда частота достигает бесконечности, значение реактивного сопротивления близко к нулю, это дает нам поведение замкнутой цепи. Мы уже изучили концепцию делителя напряжения в теме резисторов и знаем, что схема делителя напряжения способна создавать выходное напряжение, которое составляет часть входного напряжения. V OUT = V IN x (R 2 / (R 1 + R 2 )) между двумя компонентами изменяется с входной частотой, потому что реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты. Теперь выходное напряжение на конденсаторе зависит от входной частоты. Используя эту концепцию, мы можем построить пассивные фильтры нижних и верхних частот, заменив один из резисторов конденсатором в цепи делителя напряжения. В фильтре нижних частот резистор R2 заменен конденсатором C1. При нормальной частоте схема выглядит так, как показано на рисунке выше. Когда частота равна нулю, значение реактивного сопротивления очень велико и почти равно бесконечности. В этом состоянии цепь действует как разомкнутая цепь. Когда частота очень высока, значение реактивного сопротивления достигает нуля, и цепь действует как замкнутая цепь. Оба эти поведения показаны на рисунке выше. Для фильтра верхних частот резистор R1 заменен конденсатором C1. Из приведенного выше рисунка видно, что на нормальной частоте схема действует как схема фильтра верхних частот. Первоначально при нулевом значении частоты схема ведет себя как разомкнутая цепь. При увеличении частоты реактивное сопротивление будет уменьшаться экспоненциально. В какой-то момент частота достигает уровня бесконечности, таким образом, это влияет на реактивное сопротивление, чтобы достичь нулевого состояния. Эти схемы поведения показаны на рисунках выше.
(Ф). Емкостное сопротивление Пример
Зависимость емкостного реактивного сопротивления от частоты
Концепция делителя напряжения
Поведение конденсатора в фильтре нижних частот
Поведение конденсатора в фильтрах верхних частот
Активный выпрямитель с переменным реактивным сопротивлением — новый подход к компенсации изменений связи в беспроводных системах передачи энергии
Африди},
journal={18-й семинар IEEE по управлению и моделированию для силовой электроники (COMPEL), 2017 г.},
год = {2017},
страницы={1-8}
}
90 компенсация изменений связи в системах беспроводной передачи энергии (WPT) с использованием выпрямителя с активным переменным реактивным сопротивлением (AVR). Выпрямитель AVR включает в себя резонансную сеть без потерь и два мостовых выпрямителя с активным управлением, которые связаны с выходом системы БПЭ с помощью преобразователей постоянного тока. Входное реактивное сопротивление выпрямителя АРН можно плавно изменять, изменяя относительные напряжения на двух его выходах, сохраняя плавность…
Посмотреть на IEEE
doi.org
Архитектура высокочастотного инвертора для обеспечения переменной компенсации в системах беспроводной передачи энергии
Новая архитектура высокочастотного инвертора, которая может компенсировать колебания связи в системах беспроводной передачи энергии (БПЭ) , работая на фиксированной частоте и сохраняя высокий КПД.
Многомегагерцовая емкостная беспроводная система передачи энергии с большим воздушным зазором, использующая активный выпрямитель с переменным реактивным сопротивлением, подходящая для динамической зарядки электромобилей
- Среям Синха, Брэндон Регенсбургер, Ашиш Кумар, К. Африди
Инженерия, информатика
2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)
- 2019 9027M air 900 большой документ Емкостная система беспроводной передачи энергии (БПЭ) с зазором, которая включает в себя выпрямитель с активным переменным реактивным сопротивлением (AVR) для компенсации изменений связи в…
Замкнутый контур управления динамической емкостной беспроводной системой передачи энергии
В этом документе представлена стратегия управления с обратной связью для динамической компенсации изменений связи в емкостных беспроводных системах передачи энергии с использованием выпрямителя с активным переменным реактивным сопротивлением (AVR), а также для динамической компенсации реактивной реактивности и восстановления выходной мощности в условиях рассогласования без необходимости обнаружения каких-либо высокочастотное напряжение или ток.
Одноступенчатый полумостовой инвертор с регулируемым режимом работы для компактной емкостной системы передачи энергии
- C. Truong, Sungjin Choi
Engineering
IEEE Access
- 2021
Представлена новая архитектура, которая делает системы CPT еще более простыми и легкими в управлении, в которой широкий диапазон входного напряжения достигается за счет контроля режима работы в то время как выходное напряжение по своей природе не зависит от нагрузки, и это устраняет необходимость в дополнительном преобразователе постоянного тока.
Моделирование и расчет компенсации выпрямителя класса E для импеданса, близкого к резистивному, при высокочастотном преобразовании мощности
В этой статье представлены исследования по моделированию схемы, проектированию и оптимизации выпрямителя класса E для достижения импеданса, близкого к резистивному, в большом диапазоне нагрузок. На основе схемы…
Усовершенствованный резонансный преобразователь для динамической беспроводной передачи энергии с использованием алгоритма переключения с плавающей частотой и оптимизированной формы катушки
- Шахриар Сармаст Гохфарохи, Хади Тарзамни, Ф. Тахами, Дж. Кайра
4 IE Engineering
4 EE
4 IE Доступ
- 2022
В этом документе предлагается новый преобразователь класса EF для динамической беспроводной передачи энергии. Предлагаемый высокочастотный преобразователь использует алгоритм переключения с плавающей частотой для управления…
8-пластинчатая многорезонансная связь с использованием преобразователя мощности класса E2 для рассогласования в емкостной беспроводной передаче энергии
- Y. Bezawada, S. Dhali
Машиностроение
Электроника
- 2022
Несоосность является распространенной проблемой в беспроводных системах передачи энергии. Он смещает резонансную частоту от рабочей частоты, что влияет на поток энергии и эффективность зарядки…
Однокаскадный безмостовой выпрямитель с виртуальной трехпортовой сетью для мощных светодиодов
В этой статье представлен метод решения проблемы три основные проблемы безмостовых выпрямителей, а именно наличие блоков выходных фильтров, многоступенчатое преобразование и двухчастотные пульсации мощности…
Проектирование надежных емкостных систем передачи мощности с использованием высокочастотных резонансных инверторов
В этой статье представлен новый подход с использованием резонансного инвертора, работающего на частоте 6,78 МГц, для надежной емкостной системы передачи мощности (CPT) с небольшим воздушным зазором.
Гибкий процесс проектирования класса…Проектирование высокоэффективных согласующих сетей для емкостных беспроводных систем передачи энергии
Согласующие сети являются эффективным средством обеспечения большого усиления по напряжению или току и компенсации реактивной мощности в высокочастотной беспроводной передаче энергии (БПЭ). ) системы. Эта статья знакомит с…
ПОКАЗАНЫ 1-10 ИЗ 31 ССЫЛОК
СОРТИРОВАТЬ ПОРелевантность Наиболее влиятельные статьиНедавность
Емкостная система передачи мощности с компенсацией CLLC и большим воздушным зазором для приложений зарядки электромобилей
В этом документе предлагается емкостная система передачи энергии с компенсацией CLLC для приложений зарядки электромобилей. Четыре металлических пластины используются для формирования двух конденсаторов для передачи энергии через…
Емкостная беспроводная система передачи энергии с высокой плотностью передачи для зарядки электромобилей
В этом документе представлена емкостная система беспроводной передачи энергии (БПЭ) с большим воздушным зазором для зарядки электромобилей, которая обеспечивает плотность передачи энергии, превышающую уровень техники более чем на… схема передачи мощности с емкостной связью и автоматической регулировкой частоты
В этом документе описывается схема передачи мощности с емкостной связью (CCPT) для приложений с более высокой мощностью.
Схема имеет статический передатчик с питанием от сети и подвижный приемник. Два…Компромиссы при проектировании многомодульной емкостной беспроводной системы передачи энергии
В этом документе исследуются компромиссы, связанные с проектированием одного модуля в многомодульной масштабируемой емкостной беспроводной системе передачи энергии, подходящей для стационарных и движущихся электромобилей…
Адаптивный Сеть с согласованием импеданса на основе новой матрицы конденсаторов для беспроводной передачи энергии
В системе беспроводной передачи энергии (БПЭ) через магнитно-резонансную связь одной из наиболее сложных проблем проектирования является поддержание разумного уровня эффективности передачи мощности (PTE). ), даже когда…
Высокоэффективный резонансный преобразователь постоянного тока в постоянный, использующий схему компрессии сопротивления
В данной статье представлена новая топология высокоэффективного резонансного преобразователя мощности постоянного тока, в котором используется цепь сжатия сопротивления для обеспечения одновременного переключения при нулевом напряжении и почти нулевом…
Емкостная передача энергии для бесконтактной зарядки
Простота и низкая стоимость емкостных интерфейсов делают их очень привлекательными для беспроводных зарядных станций.
Основные преимущества включают низкое электромагнитное излучение и удобство комбинированного…Двухсторонняя емкостная система передачи энергии с LCLC-компенсацией для зарядки электромобилей
- F. Lu, Hua Zhang, H. Hofmann, C. Mi
Engineering, Physics
IEEE Transactions on Power Electronics
- 2
2015
Тахами, Дж. Кайра
Гибкий процесс проектирования класса…
Схема имеет статический передатчик с питанием от сети и подвижный приемник. Два…
Основные преимущества включают низкое электромагнитное излучение и удобство комбинированного…Предлагается двухсторонняя система LCLC-компенсации емкостной передачи энергии (CPT) для зарядки электромобилей. Две пары металлических пластин используются для формирования двух муфт…
Беспроводные системы питания для мобильных устройств, поддерживающие индуктивный и резонансный режимы работы
Показано, что возможно широкое разнообразие многорежимных устройств, позволяющих широко внедрять беспроводное питание даже при отсутствии единого унифицированного стандарта.
Беспроводная передача энергии для электромобилей
Беспроводная передача энергии (БПЭ) с использованием магнитного резонанса — это технология, которая может освободить человека от раздражающих проводов.
