Полное сопротивление – полное сопротивление электрической цепи — это… Что такое полное сопротивление электрической цепи?

Содержание

ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — это… Что такое ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ?


ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи: ,где r и x — активное и реактивное сопротивления. Измеряется в омах.

Большой Энциклопедический словарь. 2000.

  • ПОЛНОЕ СОБРАНИЕ РУССКИХ ЛЕТОПИСЕЙ
  • ПОЛНОЕ ТОВАРИЩЕСТВО

Смотреть что такое «ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ» в других словарях:

  • Полное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи, где r и x активное и реактивное сопротивления.… …   Википедия

  • полное сопротивление — Параметр пассивного двухполюсника, равный отношению действующего значения электрического напряжения на выводах этого двухполюсника к действующему значению электрического тока через двухполюсник при синусоидальных электрическом напряжении и… …   Справочник технического переводчика

  • ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — (6, м) …   Большая политехническая энциклопедия

  • полное сопротивление КЗ — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN closed end impedance …   Справочник технического переводчика

  • полное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи: , где r и х  активное и реактивное сопротивления.… …   Энциклопедический словарь

  • полное сопротивление — pilnutinė varža statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. impedance vok. Impedanz, f; Scheinwiderstand, m rus. полное сопротивление, n pranc. impédance, f …   Automatikos terminų žodynas

  • полное сопротивление — pilnutinė varža statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Visuminė elektrinės grandinės varža kintamajai srovei. atitikmenys: angl. apparent resistance; impedance vok. Impedanz, f; Scheinwiderstand, m rus. импеданс, m; полное… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • полное сопротивление — pilnutinė varža statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. impedance vok. Impedanz, f; Scheinwiderstand, m rus. импеданс, m; полное сопротивление, n pranc. impédance, f …   Fizikos terminų žodynas

  • ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

    — величина, характеризующая сопротивление электрич. цепи току. П. с. синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи: Z=U/I = корень из (r2 + х2), где r и х активное и реактивное сопротивления …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • полное сопротивление нулевой последовательности (трехфазной обмотки) — Полное сопротивление обмотки фазы в омах при номинальной частоте между соединенными вместе линейными выводами трехфазной обмотки, соединенной по схеме «звезда» или «зигзаг», и выводом ее нейтрали (МЭС 421 07 04).… …   Справочник технического переводчика


46. Полное сопротивление в цепи переменного тока.

Обычно цепь переменного тока включает в себя и активное сопротивление, и емкость, и индуктивность. Полное сопротивление (Z) — это векторная сумма всех сопротивлений: активного, емкостного и индуктивного. — полное сопротивление цепи.

— активное сопротивление. — индуктивное сопротивление. — полное сопротивление определяет силу тока в цепи по закону Ома. — емкостное сопротивление.

I — действующее значение силы тока (един.измер. А)

U— действующее значение напряжения(един.измер. В)

XL — индуктивное сопротивление(един.измер. Ом)

ω — циклическая частота переменного тока(един.измер. рад/с)

L – индуктивность(ед.из. Гн)

C – емкость (ед.из. Ф)

XC — индуктивное сопротивление (ед.из. Ом)

Z — полное сопротивление (Ом)

R — активное сопротивление (Ом)

ρ — удельное сопротивление проводника (Ом/м)

l — длина проводника (м)

S — площадь сечения проводника (м2

47.Импеданс тканей. Физические основы реографии.

Импеданс – основные понятия.

При прохождении через ткани переменного тока, изменяющегося по гармоническому закону

I(t) =I0 cos ωt,

падение напряжения на биологической ткани изменяется по закону

U (t)=Uo⋅cos (ωt+ϕ).

Величиной, определяющей соотношение между напряжением и силой переменного тока, является импеданс — полное электрическое сопротивление цепи переменному току.

На опыте напряжение отстает по фазе от тока (ϕ<0), что характерно для электрических цепей, состоящих из резисторов и конденсаторов.

Для биологического объекта импеданс носит составной (комплексный) характер Z=(R,X). Его активная составляющая R связана, в первую очередь, с проводимостью внутренних жидких сред, являющихся электролитами. Различные процессы в тканях, сопровождающиеся необратимыми потерями энергии, также дают вклад в величину активной составляющей импеданса. Реактивная компонента X определяется емкостными свойствами исследуемой ткани, в частности, емкостью биологических мембран. Кроме того, в емкостную составляющую импеданса дает вклад и область контакта стимулирующих электродов с биологическими тканями.

Абсолютная величина (модуль) электрического импеданса определяется выражением .22XRZ+=

На опыте величина импеданса может быть определена по измерениям амплитудных (или эффективных) значений напряжения Uo и силы тока Io

⏐Z⏐ = Uo/Io (или ⏐Z⏐ = Uэфф/Iэфф).

Фазовый сдвиг ϕ определяет отношение реактивной и активной составляющих импеданса

tg ϕ = X/R.

Значения угла сдвига фаз, полученные при частоте 1 кГц для различных биологических объектов, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Угол сдвига фаз (в градусах) для различных видов тканей.

Объект

ϕ , град.

Кожа человека, лягушки

Нерв лягушки

Мышцы кролика

-55

-64

-65

Составную (комплексную) величину Z принято изображать в виде векторной диаграммы, на которой ось абсцисс — величина активного сопротивления, ось ординат — величина реактивного сопротивления.

Абсолютная величина импеданса ⏐Z⏐ и фазовый сдвиг ϕ являются функциями частоты переменного тока. Зависимость электрического импеданса от частоты носит название дисперсии импеданса.

Физические основы реологии.

Величина импеданса тканей зависит от их физиологического состояния, в частности от их кровоснабжения. При кровенаполнении сосудов происходит изменение величины импеданса в такт с работой сердца. По величине изменений импеданса можно судить о состоянии сердечно-сосудистой системы.

Реология — диагностический метод, основанный на регистрации изменения величины импеданса тканей в процессе сердечной деятельности.

Величина импеданса тканей |Z| состоит из двух составляющих |Z| = |Zo| + |z(t)|: постоянной — |Zo| и изменяющейся во времени в соответствии с работой сердца – |z(t)|.

На практике, на исследуемый участок тела накладывают электроды площадью несколько см2 и пропускают переменный ток частотой ≈ 30 − 40 кГц. Выбор частоты определяется несколькими факторами: электробезопасностью, исключением влияния электродов и емкости их контакта с кожей, уменьшением зависимости величины импеданса от механических воздействий на исследуемую ткань. Наполнение сосудов кровью изменяет расстояния между отдельными участками ткани, что должно приводить к изменению ёмкостного сопротивления. Но вклад макроскопических объемов тканей в реактивную составляющую импеданса существенен только в области α- дисперсии. Следовательно, изменения импеданса во времени обусловлены влиянием притока и оттока крови на активную составляющую полного сопротивления.

При прохождении через ткани электрического тока I = Io⋅cos ωt величина напряжения будет изменяться по закону

U = Uο cos (ωt + ϕ) = Io⋅( ⏐Zo⏐ + ⏐z(t)⏐ )⋅cos (ωt +ϕ ).

Электрическими методами выделяют из регистрируемого сигнала составляющую, пропорциональную |z(t)|, содержащую информацию о состоянии кровоснабжения изучаемого участка тканей − реограмму.

Для парных анатомических образований проводят запись реограммы на правой и левой стороне тела.

Полное сопротивление Википедия

Электри́ческий импеда́нс (ко́мплексное электри́ческое сопротивле́ние[1]) (англ. impedance от лат. impedio «препятствовать») — комплексное сопротивление между двумя узлами цепи или двухполюсника для гармонического сигнала.

Это понятие и термин ввёл физик и математик О. Хевисайд в 1886 году[2][3].

Резистор — пассивный элемент, обладающий чисто активным сопротивлением. Реактивная составляющая комплексного сопротивления резистора равна нулю, так как соотношение между напряжением на резисторе и током через него не зависит от частоты тока/напряжения и является пассивным элементом, поскольку не содержит внутренних источников энергии. Если к его концам приложить некоторое напряжение

U (подсоединить источник напряжения), то через резистор пойдёт электрический ток I. Если через резистор пропустить электрический ток I (подсоединить источник тока), то между концами резистора возникнет падение напряжения U. Резистор характеризуется электрическим сопротивлением, которое равно отношению напряжения U, к току I (см. закон Ома для участка цепи):

R=UI.{\displaystyle R={\frac {U}{I}}.}

Применение понятия «электрическое сопротивление» к реактивным элементам (катушка индуктивности и конденсатор) при постоянном токе приводит к тому, что:

  • сопротивление идеальной катушки индуктивности стремится к нулю:
если пропустить через идеальную катушку индуктивности некоторый постоянный ток I, то при любом значении I, падение напряжения на катушке будет нулевым:
U=0;{\displaystyle U=0;}
R=UI=0I=0;{\displaystyle R={\frac {U}{I}}={\frac {0}{I}}=0;}
если приложить к конденсатору некоторое постоянное напряжение U, то при любом значении U, ток через конденсатор будет нулевым:
I=0;{\displaystyle I=0;}
R=UI=U0=∞.{\displaystyle R={\frac {U}{I}}={\frac {U}{0}}=\infty .}

Это справедливо лишь для постоянного тока и напряжения. В случае же приложения к реактивному элементу переменного тока и напряжения, свойства реактивных элементов существенно иные:

  • напряжение между выводами катушки индуктивности не равно нулю;
  • ток, протекающий через конденсатор, не будет равен нулю.

Такое поведение не может быть описано в терминах активного сопротивления для постоянного тока, поскольку активное сопротивление предполагает постоянное, не зависящее от времени соотношение тока и напряжения, то есть отсутствие фазовых сдвигов между током и напряжением.

Было бы удобно иметь некоторый параметр аналогичный активному сопротивлению и для реактивных элементов, который бы связывал ток и напряжение на них подобно активному сопротивлению в формуле закона Ома для постоянного тока.

Такую характеристику можно ввести, если рассмотреть свойства реактивных элементов при воздействиях на них гармонических сигналов. В этом случае ток и напряжение оказываются связаны некой константой (подобной в некотором смысле активному сопротивлению), которая и получила название «электрический импеданс» (или просто «импеданс»). При рассмотрении импеданса используется комплексное представление гармонических сигналов, поскольку именно в таком представлении одновременно учитывается и амплитудные, и фазовые характеристики гармонических сигналов и откликов систем на гармоническое воздействие.

Определение

Импедансом z^(jω){\displaystyle {\hat {z}}(j\omega )\;} называется отношение комплексной амплитуды напряжения гармонического сигнала, прикладываемого к двухполюснику, к комплексной амплитуде тока, протекающего через двухполюсник в установившемся режиме, то есть после завершения переходных процессов. Для линейных пассивных цепей с постоянными параметрами в установившемся режиме импеданс не зависит от времени. Если время t в математическом выражении для импеданса не сокращается, значит, для данного двухполюсника понятие импеданса неприменимо.

z^(jω)=u^(jω,t)i^(jω,t)=U(ω)ej(ωt+ϕu(ω))I(ω)ej(ωt+ϕi(ω))=U(ω)ejϕu(ω)I(ω)ejϕi(ω)=U^(jω)I^(jω){\displaystyle {\hat {z}}(j\omega )\;={\frac {{\hat {u}}(j\omega ,t)\;}{{\hat {i}}(j\omega ,t)\;}}={\frac {U(\omega )e^{j(\omega t+\phi _{u}(\omega ))}}{I(\omega )e^{j(\omega t+\phi _{i}(\omega ))}}}={\frac {U(\omega )e^{j\phi _{u}(\omega )}}{I(\omega )e^{j\phi _{i}(\omega )}}}={\frac {{\hat {U}}(j\omega )\;}{{\hat {I}}(j\omega )\;}}} (1)
Здесь:

Исторически сложилось, что в электротехнике обозначение импеданса, комплексных амплитуд и других комплексных функций частоты записывают как f(jω){\displaystyle f(j\omega )}, а не f(ω){\displaystyle f(\omega )}. Такое обозначение подчёркивает, что используются комплексные представления гармонических функций вида ejωt{\displaystyle e^{j\omega t}}. Кроме того, над символом, обозначающим комплексный сигнал или комплексный импеданс, обычно ставят «домик» или точку: U˙(jω){\displaystyle {\dot {U}}(j\omega )\;} чтобы отличать от соответствующих действительных величин.

Физический смысл

Алгебраическая форма

Если рассматривать комплексный импеданс как комплексное число в алгебраической форме, то действительная часть соответствует активному сопротивлению, а мнимая — реактивному. То есть двухполюсник с импедансом z^(jω){\displaystyle {\hat {z}}(j\omega )\;} можно рассматривать как последовательно соединенные резистор с сопротивлением ℜ(z^(jω)){\displaystyle \Re ({\hat {z}}(j\omega ))} и чисто реактивный элемент с импедансом ℑ(z^(jω)){\displaystyle \Im ({\hat {z}}(j\omega ))}

Рассмотрение действительной части полезно при расчёте мощности, выделяемой в двухполюснике, поскольку мощность выделяется только на активном сопротивлении.

Тригонометрическая форма

Если рассматривать импеданс как комплексное число в тригонометрической форме, то модуль соответствует отношению амплитуд напряжения и тока (сдвиг фаз не учитывается), а аргумент — сдвигу фазы между током и напряжением, то есть на сколько фаза тока отстаёт от фазы напряжения или опережает.

Ограничения

Понятие импеданса в классической форме применимо, если при приложении к двухполюснику гармонического напряжения, ток, вызванный этим напряжением, также гармонический той же частоты. Для этого необходимо и достаточно, чтобы двухполюсник был линейным и его параметры не менялись со временем и закончились переходные процессы. Если это условие не выполнено, то импеданс не может быть найден по следующей причине: невозможно получить выражение для импеданса, не зависящее от времени t, поскольку при вычислении импеданса множитель ejωt{\displaystyle e^{j\omega t}} в (1) не сокращается.

  • Однако и для линейных двухполюсников (для которых зависимость от времени сокращается) импеданс всё же зависит от частоты (за исключением случая когда двухполюсник сводится к схеме из одних резисторов и импеданс оказывается действительной величиной).

Практически это означает, что импеданс может быть вычислен для любого двухполюсника, состоящего из резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов, то есть из линейных пассивных элементов. Также импеданс хорошо применим для активных цепей, линейных в широком диапазоне входных сигналов (например, цепи на основе операционных усилителей). Для цепей, импеданс которых не может быть найден в силу указанного выше ограничения, бывает полезным найти импеданс в малосигнальном приближении — для бесконечно малой амплитуды сигнала для конкретной рабочей точки. Для этого необходимо перейти к эквивалентной схеме и искать импеданс для неё.

Обобщенный импеданс в s-плоскости и преобразование Лапласа

Импедансы, определённые через комплексную частоту jω{\displaystyle j\omega }, позволяют вычислять частотный отклик некоторой линейной цепи, возбуждаемой гармоническим сигналом, причём только в установившемся режиме. Для расчёта отклика цепи на сигнал, произвольно изменяющийся во времени применяется обобщенный импеданс — функции комплексной переменной s=σ+jω{\displaystyle s=\sigma +j\omega } и отклик цепи во временно́й области вычисляется через обратное преобразование Лапласа, причем в таких вычислениях возбуждающий сигнал fin(t){\displaystyle f_{in}(t)} из временного представления должен быть предварительно преобразован в комплексное представление Ft(s){\displaystyle F_{t}(s)} через прямое преобразование Лапласа:

Ft(s)=∫0∞fin(t)e−stdt.{\displaystyle F_{t}(s)=\int _{0}^{\infty }f_{in}(t)e^{-st}\,dt.}

Комплексный отклик системы выражается обычным способом через преобразованное комплексное представление возбуждающего сигнала и комплексную передаточную функцию системы H(s){\displaystyle H(s)}:

Ft,H(s)=H(s) Ft(s).{\displaystyle F_{t,H}(s)=H(s)\ F_{t}(s).}
Двухполюсник Обобщённый
импеданс
Резистор R{\displaystyle R\,}
Катушка
индуктивности
sL{\displaystyle sL\,}
Конденсатор 1sC{\displaystyle {\frac {1}{sC}}\,}

Комплексная передаточная функция вычисляется обычным методом расчёта электрических цепей, например, по правилам Кирхгофа, в формулы в качестве сопротивлений подставляются обобщённые импедансы. Обобщённые импедансы пассивных двухполюсников приведены в таблице. Например, обобщённый импеданс цепи, состоящей из последовательно включённых резистора и катушки индуктивности будет R+sL{\displaystyle R+sL}.

Отклик цепи во временно́й области вычисляется обратным преобразованием Лапласа:

fF,H(t)=L−1[H(s) Ft(s)]=12πi∫σ1−j⋅∞σ1+j⋅∞estH(s) Ft(s)ds,{\displaystyle f_{F,H}(t)={\mathcal {L}}^{-1}[H(s)\ F_{t}(s)]={\frac {1}{2\pi i}}\int \limits _{\sigma _{1}-j\cdot \infty }^{\sigma _{1}+j\cdot \infty }e^{st}H(s)\ F_{t}(s)\,ds,}
где σ1 {\displaystyle \sigma _{1}\ } — некоторое вещественное число, выбираемое из условий сходимости интеграла.
Пример вычисления временно́го отклика RC-фильтра нижних частот на ступенчатое возмущение
Пассивный RС-фильтр нижних частот 1-го порядка

Простейший фильтр нижних частот 1-го порядка изображён на рисунке и состоит из последовательно соединённых резистора и конденсатора, образующего делитель напряжения для входного сигнала где выходной сигнал снимается с конденсатора, обобщённый комплексный коэффициент передачи HRC(s){\displaystyle H_{RC}(s)} такого делителя:

HRC(s)=1/sCR+1/sC=1sRC+1=1sT+1,{\displaystyle H_{RC}(s)={\frac {1/sC}{R+1/sC}}={\frac {1}{sRC+1}}={\frac {1}{sT+1}},}
где обозначено T=RC{\displaystyle T=RC} — постоянная времени RС-цепи.

Ступенчатый входной сигнал можно выразить через функцию Хевисайда h(t){\displaystyle h(t)}:

Uin(t)=U0 h(t),{\displaystyle U_{in}(t)=U_{0}\ h(t),}
где U0{\displaystyle U_{0}} — амплитуда ступеньки.

Преобразование Лапласа входного сигнала:

Fin(s)=L[U0 h(t)]=∫0∞e−stU0h(t)dt=U0/s.{\displaystyle F_{in}(s)={\mathcal {L}}[U_{0}\ h(t)]=\int \limits _{0}^{\infty }e^{-st}\,U_{0}\,h(t)\,dt=U_{0}/s.}

Uout(t)=L−1[HRC(s) Fin(s)]=12πi∫σ1−j⋅∞σ1+j⋅∞est1sT+1⋅U0sds=U0(1−e−t/T).{\displaystyle U_{out}(t)={\mathcal {L}}^{-1}[H_{RC}(s)\ F_{in}(s)]={\frac {1}{2\pi i}}\int \limits _{\sigma _{1}-j\cdot \infty }^{\sigma _{1}+j\cdot \infty }e^{st}{\frac {1}{sT+1}}\cdot {\frac {U_{0}}{s}}\,ds=U_{0}(1-e^{-t/T}).}

Таким образом, получен отклик цепи при нулевом начальном условии (UC=0{\displaystyle U_{C}=0} при t=0{\displaystyle t=0}), такой же, как и при применении другого метода расчёта, например, из решения обыкновенного дифференциального уравнения.

Для практического применения расчета цепей (и других расчётов) составлены подробные таблицы прямого и обратного преобразования Лапласа многих часто встречающихся при расчётах функций.

Комбинируя преобразование Лапласа с использованием его свойств и интеграл Дюамеля обычно относительно легко найти отклики во временной области самых различных линейных электрических цепей.

Вычисление импеданса

Идеальные элементы

Резистор

Для резистора импеданс всегда равен его сопротивлению R и не зависит от частоты:

zR=R{\displaystyle z_{R}=R} (2)
Конденсатор

Ток и напряжение для конденсатора связаны соотношением:

i(t)=CdUdt.{\displaystyle i(t)=C{\frac {dU}{dt}}.} (3)

Отсюда следует, что при напряжении

u^(jω,t)=U(ω)ej(ωt+ϕu(ω)){\displaystyle {\hat {u}}(j\omega ,t)=U(\omega )e^{j(\omega t+\phi _{u}(\omega ))}} (4)

ток, текущий через конденсатор, будет равен:

i^(jω,t)=Cddt(U(ω)ej(ωt+ϕu(ω)))=jωCU(ω)ej(ωt+ϕu(ω)).{\displaystyle {\hat {i}}(j\omega ,t)=C{\frac {d}{dt}}\left(U(\omega )e^{j(\omega t+\phi _{u}(\omega ))}\right)=j\omega CU(\omega )e^{j(\omega t+\phi _{u}(\omega ))}.} (5)

После подстановки (4) и (5) в (1) получаем:

z^C(jω)=1jωC=−jωC.{\displaystyle {\hat {z}}_{C}(j\omega )={\frac {1}{j\omega C}}=-{\frac {j}{\omega C}}.} (6)
Катушка индуктивности

Аналогичное рассмотрение для катушки индуктивности приводит к результату:

z^L(jω)=jωL.{\displaystyle {\hat {z}}_{L}(j\omega )\;=j\omega L.} (7)

Общий случай

Для произвольного двухполюсника, состоящего из элементов с известным импедансом, нет необходимости производить приведенные выше вычисления с целью нахождения импеданса. Импеданс находится по обычным правилам расчёта сопротивления сложной цепи, то есть используются формулы для сопротивления при параллельном и последовательном соединении резисторов. При этом все математические операции производятся по правилам действий над комплексными числами. Например, импеданс идеальных последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки индуктивности будет равен:

Z^(jω) =R+1jωC+jωL=R−jωC+jωL=R+j(−1ωC+ωL).{\displaystyle {\hat {Z}}(j\omega )\ =R+{\frac {1}{j\omega C}}+j\omega L=R-{\frac {j}{\omega C}}+j\omega L=R+j\left(-{\frac {1}{\omega C}}+\omega L\right).} (8)

Экспериментальное измерение импеданса

Прямое измерение импеданса требует измерения амплитуд синусоидальных напряжения и тока изучаемого двухполюсника, и одновременного измерения сдвига фазы между ними.

Импеданс также часто измеряют компенсационными методами с помощью мостов переменного тока, подобными мосту Уитстона для постоянного тока, при таких измерениях мост балансируют изменением эталонных реактивного и активного элементов, по величине реактивного и активного сопротивления эталонных элементов, требуемого для балансировки моста, определяется измеряемый импеданс.

В силовых устройствах измерение импеданса может потребовать одновременного измерения и подачи питания на работающее устройство.

Измерение импеданса устройств и линий передач является практической задачей в радиотехнике и других областях.

Измерения импеданса обычно проводятся на одной частоте, но если требуется определить зависимость импеданса от частоты, то измерения проводят на нескольких частотах в нужном диапазоне частот.

Активная и реактивная составляющие импеданса обычно выражают в омах, но могут использоваться связанные с импедансом величины, например, в радиотехнике, линиях передачи, коэффициент стоячей волны или коэффициент отражения имеют бо́льшее удобство.

Сопротивление устройства можно рассчитать путем деления комплексных напряжения и тока. Полное сопротивление устройства рассчитывается путем подачи синусоидального напряжения на устройство последовательно с эталонным резистором и измерения напряжений на резисторе и на самом устройстве. Выполнение этого измерения на нескольких частотах тестирующего сигнала обеспечивает определение фазового сдвига и величины импеданса[5].

Измерение отклика исследуемой цепи на импульсный тестирующий сигнал можно использовать в сочетании с быстрым преобразованием Фурье для измерения импеданса различных электрических устройств[5].

LCR-измеритель (индуктивность L, емкость C и сопротивление R) или измеритель иммитанса — это устройство, обычно используемое для измерения индуктивности, сопротивления и ёмкости компонента. Из этих значений можно рассчитать полное сопротивление на любой частоте.

Применение понятия импеданса

Введение импеданса позволяет описывать поведение двухполюсника с реактивными свойствами при воздействии на него гармонического сигнала. Кроме того, в случае негармонического сигнала импеданс применяется столь же успешно. Для этого сигнал раскладывается на спектральные компоненты при помощи ряда Фурье или преобразования Фурье и рассматривается воздействие каждой спектральной компоненты. Вследствие линейности двухполюсника сумма откликов на спектральные компоненты равна отклику на исходный негармонический сигнал или применять преобразование Лапласа.

См. также

Примечания

Литература

  • Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. — 9-е изд. — М.: Высшая школа, 1996.
  • Графов Б. М., Укше Е. А. Электрохимические цепи переменного тока. — М.: Наука, 1983.

Полное сопротивление — это… Что такое Полное сопротивление?


Полное сопротивление

Полное сопротивление

Полное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи, где r и x — активное и реактивное сопротивления. Измеряется в омах.

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Полное затмение (фильм
  • Полномочный представитель Президента Российской Федерации в Межпарламентской ассамблее государств — участников СНГ

Смотреть что такое «Полное сопротивление» в других словарях:

  • ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи: ,где r и x активное и реактивное сопротивления.… …   Большой Энциклопедический словарь

  • полное сопротивление — Параметр пассивного двухполюсника, равный отношению действующего значения электрического напряжения на выводах этого двухполюсника к действующему значению электрического тока через двухполюсник при синусоидальных электрическом напряжении и… …   Справочник технического переводчика

  • ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — (6, м) …   Большая политехническая энциклопедия

  • полное сопротивление КЗ — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN closed end impedance …   Справочник технического переводчика

  • полное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи: , где r и х  активное и реактивное сопротивления.… …   Энциклопедический словарь

  • полное сопротивление — pilnutinė varža statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. impedance vok. Impedanz, f; Scheinwiderstand, m rus. полное сопротивление, n pranc. impédance, f …   Automatikos terminų žodynas

  • полное сопротивление — pilnutinė varža statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Visuminė elektrinės grandinės varža kintamajai srovei. atitikmenys: angl. apparent resistance; impedance vok. Impedanz, f; Scheinwiderstand, m rus. импеданс, m; полное… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • полное сопротивление — pilnutinė varža statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. impedance vok. Impedanz, f; Scheinwiderstand, m rus. импеданс, m; полное сопротивление, n pranc. impédance, f …   Fizikos terminų žodynas

  • ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — величина, характеризующая сопротивление электрич. цепи току. П. с. синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи: Z=U/I = корень из (r2 + х2), где r и х активное и реактивное сопротивления …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • полное сопротивление нулевой последовательности (трехфазной обмотки) — Полное сопротивление обмотки фазы в омах при номинальной частоте между соединенными вместе линейными выводами трехфазной обмотки, соединенной по схеме «звезда» или «зигзаг», и выводом ее нейтрали (МЭС 421 07 04).… …   Справочник технического переводчика


Полное сопротивление цепи переменного тока при последовательном соединении r, l и c

. (2.9)

Единицей измерения всех этих сопротивлений служит ом (Ом).

Индуктивное и емкостное сопротивления считаются реактивными. Это значит, что в них, в отличие от активных, не происходит превращение электрической энергии в другие виды энергии. Наличие тока в реактивном элементе объясняется периодическим обменом энергией между таким элементом и сетью.

Произведение мгновенных значений тока и напряжения есть мгновенная мощность цепи переменного тока и в общем случае, при синусоидальных токах и напряжениях, она определяется выражением

, (2.10)

где

φ

угол сдвига фаз между напряжением и током потребителя.

Формула для мгновенной мощности состоит из двух составляющих: постоянной, не зависящей от времени UIcosj, и переменной, изменяющейся во времени с двойной частотойUIcos(2wt –j).

Количество электрической энергии, превращающейся в потребителе в другой вид энергии, зависит от средней мощности Pза период переменного тока, которая называется активной мощностью, измеряется в ваттах (Вт) и может быть определена из выражения

. (2.11)

Сравнивая выражения (2.10) и (2.11), можно отметить, что постоянная составляющая мгновенной мощности равна активной мощности цепи. Измеряется активная мощность с помощью ваттметров.

Для характеристики скорости обмена энергией между реактивными элементами и сетью используется понятие реактивной мощности, под которой подразумевается амплитудное значение мгновенной мощности на этих элементах. Для определения реактивной мощности можно использовать следующие выражения:

, (2.12)

где

U, I

действующие значения напряжения и тока на участке цепи, для которого рассчитывается реактивная мощность;

j

угол сдвига фаз между напряжением и током на данном участке;

xL,xC

индуктивное и емкостное сопротивления рассматриваемого участка.

Единицей измерения реактивной мощности служит вольт-ампер реактивный (вар), а измеряется эта мощность варметрами.

Полная мощность цепи переменного тока

. (2.13)

Единицей измерения полной мощности служит вольт-ампер (ВА).

Некоторые цепи, несмотря на наличие реактивных элементов, ведут себя по отношению к источнику питания как чисто активное сопротивление. Такое явление в цепи переменного тока называется резонансом. При резонансе напряжение и ток, потребляемый такой цепью, совпадают по фазе, а реактивная мощность всей цепи равна нулю. Основными видами резонанса являются резонанс напряжений при последовательном и резонанс токов при параллельном соединении элементов с индуктивностью и емкостью.

При последовательном соединении катушки индуктивности с индуктивным сопротивлением xL и конденсатора с емкостным сопротивлениемxC резонанс напряжений возникает при равенстве между собой индуктивного и емкостного сопротивлений, xL = xC. Поэтому при данном резонансе полное сопротивление последовательной цепи

, (2.14)

где

r

активное сопротивление в рассматриваемой ветви, например, сопротивление провода, из которого намотана катушка индуктивности.

Анализируя выражение (2.14), можно отметить, что полное сопротивление последовательной цепи при резонансе достигает минимального значения, а ток максимален. С увеличением тока повышается напряжение на элементах цепи и при резонансе оно достигает максимума. Особенностью рассматриваемого резонанса является возможность появления перенапряжений на реактивных элементах цепи, когда напряжения на катушке индуктивности и конденсаторе во много раз превышают напряжение источника питания. Такой случай возможен при xL = xC>>r.

При параллельном соединении двух и более ветвей с различным типом реактивного сопротивления может возникать резонанс токов. Условием этого резонанса является равенство индуктивной и емкостной проводимостей ветвей, включённых параллельно, bL =bC.

Для двух ветвей, включённых параллельно, полная проводимость

,(2.15)

где

g1,g2

активные проводимости ветвей, включённых параллельно;

bL

реактивная проводимость ветви с индуктивным характером реактивности;

bC

реактивная проводимость ветви с емкостным характером реактивности.

Реактивная проводимость первой ветви, в которой эквивалентная реактивность носит индуктивный характер,

, (2.16)

где

xL

эквивалентное реактивное сопротивление рассматриваемой ветви;

r1

эквивалентное активное сопротивление данной ветви.

Реактивная проводимость второй ветви, в которой эквивалентная реактивность носит емкостной характер,

, (2.17)

где

xС

эквивалентное реактивное сопротивление рассматриваемой ветви;

r2

эквивалентное активное сопротивление данной ветви.

Активные проводимости ветвей:

, (2.18)

. (2.19)

В приведённых выше выражениях под эквивалентным реактивным сопротивлением ветви подразумевается разность между индуктивным сопротивлением катушки и емкостным сопротивлением конденсатора, которые включены последовательно в рассматриваемой ветви. Если в ветви индуктивное сопротивление больше емкостного, то её эквивалентное реактивное сопротивление носит индуктивный характер, в противном случае характер эквивалентного реактивного сопротивления меняется на емкостный.

Эквивалентное активное сопротивление ветви равно сумме активных сопротивлений элементов, включённых в неё последовательно.

Для ветвей, в которых включён только один элемент, эквивалентное сопротивление равно соответствующему сопротивлению данного элемента (активному или реактивному).

При резонансе токов полная проводимость цепи равна её активной проводимости, y=g1+g2=g.

Из выражения (2.15) следует, что при резонансе токов полная проводимость разветвлённой цепи минимальна и равна активной проводимости. По этой причине ток, подходящий к участку, на котором возник резонанс токов, становится минимальным. В это же время токи в параллельных ветвях могут достигать больших значений и во много раз превышать ток, подходящий к разветвлённому участку. Возникает такой режим, когдаbL =bC>>g.

Импеданс — это… Что такое Импеданс?

Электри́ческий импеда́нс — комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала. Это понятие ввёл физик и математик О. Хевисайд.

Аналогия с сопротивлением

В отличие от резистора, электрическое сопротивление которого характеризует соотношение напряжения и тока на нём, попытка применения термина электрическое сопротивление к реактивным элементам (катушка индуктивности и конденсатор) приводит к тому, что сопротивление идеальной катушки индуктивности стремится к нулю, а сопротивление идеального конденсатора — к бесконечности.

Сопротивление никак не описывает реактивные свойства элементов потому, что оно рассматривается на постоянном токе, то есть на нулевой частоте, когда реактивные свойства не проявляются. В то же время в случае переменного тока свойства реактивных элементов существенно иные: напряжение на катушке индуктивности и ток через конденсатор не равны нулю, однако это поведение сопротивлением уже не описывается[1]. Было бы удобно иметь некоторую характеристику и для реактивных элементов, которая бы при любых условиях связывала ток и напряжение на них подобно сопротивлению.

Такую характеристику можно ввести, если рассмотреть свойства реактивных элементов при гармонических воздействиях на них. В этом случае ток и напряжение оказываются связаны некоей стабильной константой (подобной в некотором смысле сопротивлению), которая и получила название электрический импеданс (или просто импеданс). При рассмотрении импеданса используется комплексное представление гармонических сигналов, поскольку именно оно позволяет одновременно учитывать и амплитудные, и фазовые характеристики сигналов и систем.

Определение

Импедансом \hat z(j \omega)\; называется отношение комплексной амплитуды напряжения гармонического сигнала, прикладываемого к двухполюснику, к комплексной амплитуде тока, протекающего через двухполюсник. При этом импеданс не должен зависеть от времени: если время t в выражении для импеданса не сокращается, значит для данного двухполюсника понятие импеданса не применимо.


     \hat z(j \omega)\;=
     \frac{\hat u(j \omega, t)\;}{\hat i(j \omega, t)\;} =
     \frac{U(\omega) e^{j(\omega t + \phi_u(\omega))}}{I(\omega) e^{j(\omega t + \phi_i(\omega))}} =
     \frac {U(\omega) e^{j\phi_u(\omega)}}{I(\omega) e^{j\phi_i(\omega)}} = 
     \frac{\hat U(j\omega)\;}{\hat I(j\omega)\;}
   (1)

Здесь

  • j — мнимая единица;
  • ω — циклическая частота;
  • U(ω), I(ω) — амплитуды напряжения и тока гармонического сигнала на частоте ω;
  • φu(ω), φi(ω) — фазы напряжения и тока гармонического сигнала на частоте ω;
  • \hat U(j\omega)\;, \hat I(j\omega)\; — Комплексные амплитуды напряжения и тока гармонического сигнала на частоте ω;

Исторически сложилось, что обозначение импеданса, комплексных амплитуд и других комплекснозначных функций частоты записывают как f(jω), а не f(ω). Такое обозначение показывает, что мы имеем дело с комплексными представлениями гармонических функций вида ejωt. Кроме того, над символом, обозначающим комплексный сигнал или комплексный импеданс, обычно ставят «домик» или точку: \hat U(j\omega)\; чтобы отличать от соответствующих действительных (некомплексных) величин.

Физический смысл

Алгебраическая форма

Если рассматривать комплексный импеданс как комплексное число в алгебраической форме, то действительная часть соответствует активному сопротивлению, а мнимая — реактивному. То есть двухполюсник с импедансом \hat z(j \omega)\; можно рассматривать как последовательно соединенные резистор с сопротивлением \Re(\hat z(j \omega)\;) и чисто реактивный элемент с импедансом \Im(\hat z(j \omega)\;)

Рассмотрение действительной части полезно при расчёте мощности, выделяемой в двухполюснике, поскольку мощность выделяется только на активном сопротивлении.

Тригонометрическая форма

Если рассматривать импеданс как комплексное число в тригонометрической форме, то модуль соответствует отношению амплитуд напряжения и тока (сдвиг фаз не учитывается), а аргумент — сдвигу фазы между током и напряжением, то есть на сколько ток отстаёт от напряжения.

Ограничения

Понятие импеданса применимо, если при приложении к двухполюснику гармонического напряжения, ток, вызванный этим напряжением, также гармонический той же частоты. Для этого необходимо и достаточно, чтобы двухполюсник был линейным. Если это условие не выполнено, то импеданс не может быть найден по следующей причине: невозможно получить выражение для импеданса, не зависящее от времени t, поскольку при вычислении импеданса множитель ejωt в (1) не сокращается. Однако, импеданс зависит от частоты (за исключением случая когда двухполюсник сводится к схеме из одних резисторов и импеданс оказывается действительной величиной).

Практически это означает, что импеданс может быть вычислен для любого двухполюсника, состоящего из резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов, то есть из линейных пассивных элементов. Также импеданс хорошо применим для активных цепей, линейных в широком диапазоне входных сигналов (например, цепи на основе операционных усилителей). Для цепей, импеданс которых не может быть найден в силу указанного выше ограничения, бывает полезным найти импеданс в малосигнальном приближении для конкретной рабочей точки. Для этого необходимо перейти к эквивалентной схеме и искать импеданс для нее.

Вычисление импеданса

Идеальные элементы

Резистор

Для резистора импеданс всегда равен его сопротивлению R и не зависит от частоты:

Конденсатор

Ток и напряжение для конденсатора связаны соотношением:

 i(t)=C \frac {dU}{dt} (3)

Отсюда следует, что при напряжении

 \hat u(j \omega, t)\;= U(\omega) e^{j(\omega t + \phi_u(\omega))} (4)

ток, текущий через конденсатор, будет равен:


     \hat i(j \omega, t)\;= C \frac {d}{dt} \left( U(\omega) e^{j(\omega t + \phi_u(\omega))} \right) =
     j \omega C U(\omega) e^{j(\omega t + \phi_u(\omega))}
   (5)

После подстановки (4) и (5) в (1) получаем:

 \hat z_C(j \omega)\;= \frac {1}{j \omega C} (6)
Катушка индуктивности

Аналогичное рассмотрение для катушки индуктивности приводит к результату:

 \hat z_L(j \omega)\;= j \omega L (7)

Общий случай

Для произвольного двухполюсника, состоящего из элементов с известным импедансом, нет необходимости производить приведенные выше вычисления с целью нахождения импеданса. Импеданс находится по обычным правилам расчёта сопротивления сложной цепи, то есть используются формулы для сопротивления при параллельном и последовательном соединении резисторов. При этом все математические операции производятся по правилам действий над комплексными числами. Например, импеданс последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки индуктивности будет равен:

 \hat z(j \omega)\;= R + \frac {1}{j \omega C} + j \omega L  

Экспериментальное измерение импеданса

Импеданс реальных элементов может быть измерен специальными приборами: измерителем RLC или анализатором импеданса. Эти приборы позволяют производить измерения в широком диапазоне частот и при различных напряжениях смещения.

Применение импеданса

Введение импеданса позволяет описывать поведение двухполюсника с реактивными свойствами при воздействии на него гармонического сигнала. Кроме того, в случае негармонического сигнала импеданс применяется столь же успешно. Для этого сигнал раскладывается на спектральные компоненты при помощи ряда Фурье или преобразования Фурье и рассматривается воздействие каждой спектральной компоненты. Вследствие линейности двухполюсника сумма откликов на спектральные компоненты равна отклику на исходный негармонический сигнал.

См. также

Внешние ссылки

Примечания

  1. Потому, что сопротивление предполагает постоянное, не зависящее от времени соотношение тока и напряжения, то есть отсутствие фазовых сдвигов тока и напряжения.

Wikimedia Foundation. 2010.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЛНОЕ — это… Что такое СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЛНОЕ?


СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЛНОЕ

электрическое — общее сопротивление электрич. цепи перем. тока, обладающей как активным (омическим) сопротивлением R, так и реактивным (ёмкостным Хс и индуктивным XL) сопротивлением. С. п. определяется векторной суммой отд. составляющих. Модуль С. п. равен

Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

  • СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ
  • СОПРОТИВЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЕ

Смотреть что такое «СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЛНОЕ» в других словарях:

  • Электрическое сопротивление полное — параметр пассивного двухполюсника, равный отношению действующего значения электрического напряжения на выводах этого двухполюсника к действующему значению электрического тока через двухполюсник при синусоидальных электрическом напряжении и… …   Официальная терминология

  • Полное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи, где r и x активное и реактивное сопротивления.… …   Википедия

  • ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — (6, м) …   Большая политехническая энциклопедия

  • СОПРОТИВЛЕНИЕ — (1) аэродинамическое (лобовое) сила, с которой газ действует на движущееся в нём тело. Оно всегда направлено в сторону, противоположную скорости движения тела, и является одной из составляющих аэродинамической силы; (2) С. гидравлическое… …   Большая политехническая энциклопедия

  • полное сопротивление нулевой последовательности (трехфазной обмотки) — Полное сопротивление обмотки фазы в омах при номинальной частоте между соединенными вместе линейными выводами трехфазной обмотки, соединенной по схеме «звезда» или «зигзаг», и выводом ее нейтрали (МЭС 421 07 04).… …   Справочник технического переводчика

  • полное сопротивление короткого замыкания пары обмоток — Сопротивление, равное Z = R + jХ, Ом, определяемое при номинальной частоте и расчетной температуре между выводами одной из обмоток пары, при замкнутой накоротко другой обмотке этой пары и разомкнутых остальных обмотках при их наличии. Для… …   Справочник технического переводчика

  • полное сопротивление контура — Zs Сумма полных сопротивлений токового контура, включающая в себя полное сопротивление источника тока, полное сопротивление фазного проводника от одного зажима источника тока до точки измерения и полное сопротивление обратного провода (например… …   Справочник технического переводчика

  • полное сопротивление относительно земли — Полное сопротивление (импеданс) между точкой системы или установки, или оборудования и относительной землей на данной частоте. [ГОСТ Р МЭК 60050 195 2005] полное сопротивление относительно земли Полное сопротивление между определенной точкой… …   Справочник технического переводчика

  • полное сопротивление переменного резистора — полное сопротивление Электрическое сопротивление между крайними выводами переменного резистора, измеренное на постоянном токе [ГОСТ 21414 75] Тематики резисторы Синонимы полное сопротивление EN total resistance DE Gesamtwiderstand FR résistance… …   Справочник технического переводчика

  • полное синхронное сопротивление синхронной машины — полное синхронное сопротивление Отношение векторной разности между электродвижущей силой и напряжением на выводах обмотки якоря синхронной машины к току этой обмотки в установившемся режиме. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические… …   Справочник технического переводчика


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *