راکتانس الکتریکی چیست؟ القایی سلفی و خازنی

در یک مدار الکتریکی راکتانس به عنوان واکنش یک عنصر مدار به جریان عبوری از آن به دلیل اندوکتانس و ظرفیت آن عنصر تعریف می شود. راکتانس منجر به ایجاد جریان های کوچکتر برای همان ولتاژ اعمال شده می شود. مفهموم راکتاتس مشابه مقاومت الکتریکی است، اما تفاوت هایی نیز دارد.

هنگامی که یک جریان متناوب از مدار یا عنصر الکتریکی عبور می کند، فاز و دامنه جریان تغییر می کند. راکتانس برای محاسبه این تغییر در فاز و اندازه شکل موج جریان و ولتاژ استفاده می شود.

هنگامی که یک جریان متناوب از عنصر عبور می کند، انرژی در عنصر حاوی راکتانس ذخیره می شود و این انرژی به شکل میدان الکتریکی یا مغناطیسی آزاد می شود. در میدان مغناطیسی راکتانس در برابر تغییر جریان و در میدان الکتریکی در برابر تغییر ولتاژ مقاومت می کند.

اگر راکتانس انرژی را به شکل میدان مغناطیسی آزاد کند القایی است. اگر انرژی را به شکل میدان الکتریکی آزاد کند راکتانس خازنی است. با افزایش فرکانس، راکتانس خازنی کاهش و راکتانس القایی افزایش می یابد.

یک مقاومت ایده آل دارای راکتانس صفر است، در حالی که سلف ها و خازن های ایده آل دارای مقاومت صفر هستند.

فرمول راکتانس

راکتانس را با “X” نشان می دهند. راکتانس کل مجموع راکتانس القایی (XL) و راکتانس خازنی (XC) است.

هنگامی که یک عنصر مدار فقط دارای راکتانس القایی باشد، راکتانس خازنی صفر و راکتانس کل برابر است با:

هنگامی که عنصر مدار فقط حاوی راکتانس خازنی باشد، راکتانس القایی صفر و راکتانس کل برابر می شود با:

واحد راکتانس مشابه واحد مقاومت و امپدانس است. راکتانس با اهم (Ω) اندازه گیری می شود.

راکتانس القایی چیست؟

زمانی که یک سلف در مدار AC به کار می رود، مقاومت الکتریکی آن را راکتانس القایی می گوییم. راکتانس القایی با XL نشان دادا می شود. عناصر القایی برای ذخیره موقت انرژی الکتریکی در قالب یک میدان مغناطیسی استفاده می شوند.

هنگامی که یک جریان AC از مدار عبور می کند، میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می شود. میدان مغناطیسی با جریان تغییر می کند.

تغییر در میدان مغناطیسی جریان الکتریکی دیگری را در همان مدار القا می کند. طبق قانون لنز جهت این جریان برخلاف جریان اصلی است.

بنابراین، راکتانس القایی با تغییر جریان از طریق عنصر مخالف است.

به دلیل راکتانس القایی، جریان جاری باعث ایجاد تاخیر می شود و اختلاف فاز بین شکل موج جریان و ولتاژ ایجاد می کند. برای یک مدار القایی، جریان از ولتاژ عقب می افتد (جریان نسبت به ولتاژ پسفاز است).

برای یک مدار القایی ایده آل، جریان 90 درجه نسبت به ولتاژ پس فاز است. با توجه به راکتانس القایی، ضریب توان نیز پسفاز است.  دیاگرام فازور مدار القایی ایده آل مطابق شکل زیر است.

فرمول راکتانس القایی

راکتانس القایی با فرکانس نسبت مستقیم دارد. بنابراین، اگر فرکانس افزایش یابد، راکتانس القایی نیز افزایش می یابد.

راکتانس القایی به فرکانس منبع تغذیه و اندوکتانس آن عنصر بستگی دارد. فرمول راکتانس القایی به صورت زیر است:

واحد راکتانس القایی همان واحد راکتانس است OHM (Ω) می باشد.

راکتانس خازنی چیست؟

زمانی که‌ یک خازن در یک مدار AC به کار می رود، مقاومت الکتریکی آن را راکتانس خازنی می گوییم. راکتانس خازنی با XC نشان داده می شود. عناصر خازنی برای ذخیره موقت انرژی الکتریکی به شکل میدان الکتریکی استفاده می شوند.

به دلیل وجود راکتانس خازنی، اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ ایجاد می شود. برای مدار خازنی، ولتاژ از جریان عقب می افتد (جریان نسبت به ولتاژ پیش فاز است). برای مدار خازنی ایده آل، ولتاژ 90 درجه نسبت به جریان پس فاز است. با توجه به راکتانس خازنی، ضریب توان سیستم یا مدار پیشفاز است. دیاگرام فازور مدار خازنی ایده آل مطابق شکل زیر است:

فرمول راکتانس خازنی

راکتانس خازنی با فرکانس منبع تغذیه و ظرفیت آن عنصر نسبت معکوس دارد. بنابراین، اگر فرکانس منبع تغذیه افزایش یابد، ظرفیت خازن کاهش می یابد. فرمول ظرفیت خازنی به صورت زیر است:

واحد راکتانس خازنی OHM (Ω) است.

 مقایسه راکتانس و امپدانس

راکتانس (X) بخشی از امپدانس (Z) است. جدول زیر مقایسه بین هر دو عبارت را نشان می دهد.

راکتانس در مقابل مقاومت

جدول زیر مقایسه ای بین راکتانس و مقاومت را نشان می دهد.

راکتانس خط انتقال

در یک سیستم قدرت الکتریکی، خط انتقال بهترین مثال برای یادگیری راکتانس است.  زیرا هر دو راکتانس القایی و خازنی را دارد.

خط انتقال نیز به عنوان مدار LC در نظر گرفته می شود که دارای اندوکتانس و ظرفیت خازنی است. به دلیل وجود راکتانس در خط انتقال، ولتاژ و جریان هم فاز نیستند و اختلاف فاز وجود دارد. این تفاوت فاز باعث ایجاد تلفات توان به صورت توان راکتیو می شود.

در یک شبکه قدرت، بیشتر بار ماهیت القایی دارد. بنابراین، برای کاهش زاویه فاز بین شکل موج جریان و ولتاژ، از خازن یا سایر روش های جبران ساز استفاده می شود تا اختلاف فاز تا حد امکان پایین نگه داشته‌‌ شود.

به دلیل ماهیت القایی، ضریب توان انتقال در اکثر شرایط پسفاز است. هنگامی که یک خط انتقال کم بار می شود، در این شرایط، ضریب توان نزدیک به یک است.

کاربرد راکتانس در مهندسی برق

راکتانس الکترونیکی یکی از مفاهیم کلیدی در تحلیل مدارهای AC است که نشان‌دهنده میزان مخالفت عناصر مداری مانند خازن و سلف در برابر عبور جریان متناوب می‌باشد. برخلاف مقاومت که صرفاً انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می‌کند، راکتانس انرژی را به صورت موقت در میدان الکتریکی یا مغناطیسی ذخیره کرده و سپس آزاد می‌کند. به همین دلیل، درک درست آن برای طراحی و تحلیل مدارهای قدرت، مخابراتی و الکترونیکی ضروری است.

کاربرد اصلی فرمول‌های مربوط به راکتانس القایی و راکتانس خازنی در تعیین رفتار مدار در فرکانس‌های مختلف است. به عنوان مثال، با افزایش فرکانس، مقدار راکتانس القایی بیشتر می‌شود، در حالی که راکتانس خازنی کاهش پیدا می‌کند. این موضوع نقش مهمی در طراحی فیلترها، منابع تغذیه سوئیچینگ و سیستم‌های مخابراتی دارد.

تفاوت بین راکتانس و امپدانس نیز باید در نظر گرفته شود. امپدانس ترکیبی از مقاومت و راکتانس است که به صورت عدد مختلط بیان می‌شود و تصویر کامل‌تری از رفتار مدار AC ارائه می‌دهد. از طرفی، مقایسه راکتانس با مقاومت نشان می‌دهد که مقاومت مستقل از فرکانس عمل می‌کند، در حالی که راکتانس وابسته به فرکانس است.

یکی دیگر از مباحث مهم، راکتانس در خطوط انتقال است. در سیستم‌های قدرت، راکتانس خط باعث افت ولتاژ و تغییر زاویه توان می‌شود و در طراحی شبکه برق باید به‌طور دقیق محاسبه شود. مهندسان با استفاده از این محاسبات می‌توانند انتقال انرژی را بهینه کرده و تلفات سیستم را کاهش دهند.

به طور خلاصه، شناخت و درک عمیق از راکتانس نه تنها برای دانشجویان بلکه برای مهندسان حرفه‌ای برق و الکترونیک یک ضرورت است. این مفهوم پایه‌ای، امکان طراحی مدارهای کارآمد و مطمئن را فراهم می‌کند.

راکتانس چیست؟

راکتانس (Reactance) یک مفهوم در الکترونیک و مهندسی برق است که به مقاومت یک عنصر الکتریکی در برابر تغییرات جریان الکتریکی اشاره دارد.

فرمول راکتانس چیست؟

فرمول راکتانس X = 2(pi)fL است.