Impedancja jest miarą odporności na prąd przemienny. Jednostką są omy. Aby obliczyć impedancję, musisz znać sumę wszystkich rezystancji, a także impedancje wszystkich cewek indukcyjnych i kondensatorów, które dadzą zmienną wartość rezystancji prądu w zależności od zmian prądu. Impedancję można obliczyć za pomocą prostego wzoru matematycznego.
Podsumowanie formuły
- Impedancja Z = R lub XL lub XC (jeśli tylko jeden jest znany)
- Impedancja w serii Z = (R2 + X2) (jeśli R i jedno z X są znane)
- Impedancja w serii Z = (R2 + (|XL - XC|)2) (jeśli R, XLi XC w pełni znany)
- Impedancja we wszystkich rodzajach sieci = R + jX (j jest liczbą urojoną (-1))
- Rezystancja R = I / V
- Reaktancja indukcyjna XL = 2πƒL = L
- Reaktancja pojemnościowa XC = 1 / 2πƒL = 1 / L
Krok
Część 1 z 2: Obliczanie oporu i reaktancji
Oblicz impedancję Krok 1 Krok 1. Definicja impedancji
Impedancja jest oznaczona symbolem Z i ma jednostki omów (Ω). Możesz zmierzyć impedancję dowolnego obwodu lub elementu elektrycznego. Wyniki pomiarów powiedzą Ci, jak bardzo obwód blokuje przepływ elektronów (prąd). Istnieją dwa różne efekty, które spowalniają przepływ prądu, z których oba przyczyniają się do impedancji:
- Rezystancja (R) lub rezystancja to spowolnienie prądu spowodowane przez materiał i kształt elementu. Efekt ten jest największy w rezystorach, chociaż wszystkie elementy muszą mieć przynajmniej pewną rezystancję.
- Reaktancja (X) to spowolnienie prądu spowodowane polami elektrycznymi i magnetycznymi, które są odporne na zmiany prądu lub napięcia. Ten efekt jest najbardziej znaczący dla kondensatorów i cewek indukcyjnych.
Oblicz impedancję Krok 2 Krok 2. Sprawdź opór
Rezystancja jest podstawowym pojęciem w dziedzinie badań elektrycznych. Możesz to zobaczyć w prawie Ohma: V = I * R. To równanie pozwala obliczyć wartości tych zmiennych, o ile znasz co najmniej dwie z trzech zmiennych. Na przykład, aby obliczyć opór, zapisz wzór jako R = I / V. Możesz również łatwo obliczyć opór za pomocą multimetru.
- V to napięcie, jednostka to wolty (V). Ta zmienna jest również nazywana różnicą potencjalną.
- I to prąd, jednostką jest amper (A).
- R to rezystancja, jednostką jest Ohm (Ω).
Oblicz impedancję Krok 3 Krok 3. Ustal typ reaktancji do obliczenia
Reaktancja występuje tylko w obwodach prądu przemiennego (AC). Podobnie jak rezystancja, reaktancja ma jednostki omów (Ω). W różnych komponentach elektrycznych występują dwa rodzaje reaktancji:
- Reaktancja indukcyjna XL wytwarzany przez cewkę indukcyjną, znaną również jako cewka lub reaktor. Elementy te wytwarzają pole magnetyczne, które opiera się zmianom kierunku w obwodzie prądu przemiennego. Im szybciej następuje zmiana kierunku, tym większa jest wartość reaktancji indukcyjnej.
- Reaktancja pojemnościowa XC generowane przez kondensator, który przechowuje ładunek elektryczny. Gdy przepływ prądu w obwodzie prądu przemiennego zmienia kierunek, kondensator będzie wielokrotnie ładował się i rozładowywał. Im dłużej kondensator musi się ładować, tym bardziej będzie odporny na prąd. Dlatego im szybciej następuje zmiana kierunku, tym niższa wypadkowa wartość reaktancji pojemnościowej.
Oblicz impedancję Krok 4 Krok 4. Oblicz reaktancję indukcyjną
Jak opisano powyżej, reaktancja indukcyjna wzrośnie wraz ze zmianą kierunku prądu lub częstotliwości obwodu. Ta częstotliwość jest oznaczona symbolem, a jej jednostki to herce (Hz). Pełny wzór na obliczenie reaktancji indukcyjnej to xL = 2πƒL, gdzie L jest indukcyjnością z jednostkami Henry (H).
- Indukcyjność L zależy od charakterystyki zastosowanej cewki indukcyjnej, takiej jak liczba cewek. Możesz również zmierzyć indukcyjność bezpośrednio.
- Jeśli rozpoznasz koło jednostkowe, wyobraź sobie prąd przemienny reprezentowany przez koło i jeden pełny obrót radianów 2π reprezentujący jeden cykl. Kiedy pomnożysz to przez co w hercach (jednostkach na sekundę), otrzymasz wynik w radianach na sekundę. Jest to prędkość kątowa obwodu i może być zapisana małymi literami jako omega. Możesz napisać wzór na reaktancję indukcyjną w XL=ωL
Oblicz impedancję Krok 5 Krok 5. Oblicz reaktancję pojemnościową
Ten wzór jest podobny do wzoru na znajdowanie reaktancji indukcyjnej, ale reaktancja pojemnościowa jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Reaktancja pojemnościowa xC = 1 / 2πƒC. C to wartość pojemności kondensatora w Faradach (F).
- Możesz zmierzyć pojemność za pomocą multimetru i kilku podstawowych obliczeń.
- Jak wyjaśniono powyżej, tę zmienną można zapisać w 1 / L.
Część 2 z 2: Obliczanie całkowitej impedancji
Oblicz impedancję Krok 6 Krok 1. Zsumuj rezystancje w tym samym obwodzie
Całkowita impedancja jest łatwa do obliczenia, gdy obwód ma kilka rezystorów bez cewek lub kondensatorów. Najpierw zmierz wartość rezystancji każdego rezystora (lub dowolnego elementu, który ma rezystancję) lub spójrz na schemat obwodu dla części oznaczonych rezystancją (Ω). Dodaj zgodnie z typem obwodu między komponentami:
- Rezystory połączone w obwód szeregowy (którego końce są połączone linią jednożyłową) można sumować. Całkowity opór staje się R = R1 + R2 + R3…
- Rezystory połączone równolegle (każdy rezystor ma inny przewód, ale podłączone w tym samym obwodzie) są sumowane w odwrotnej kolejności. Całkowity opór staje się R = 1 / r1 + 1 / r2 + 1 / r3 …
Oblicz impedancję krok 7 Krok 2. Zsumuj wartości reaktancji w tym samym obwodzie
Gdy w obwodzie znajdują się tylko cewki indukcyjne lub same kondensatory, całkowita impedancja jest równa całkowitej reaktancji. Oblicz w następujący sposób:
- Cewka szeregowo: Xcałkowity = XL1 + XL2 + …
- Kondensatory szeregowo: Ccałkowity = XC1 + XC2 + …
- Cewka w obwodzie równoległym: Xcałkowity = 1 / (1/XL1 + 1/XL2 …)
- Kondensator w obwodzie równoległym: Ccałkowity = 1 / (1/XC1 + 1/XC2 …)
Oblicz impedancję Krok 8 Krok 3. Odejmij reaktancję indukcyjną przez reaktancję pojemnościową, aby uzyskać całkowitą reaktancję
Ponieważ efekt jednej reaktancji wzrasta wraz ze spadkiem efektu drugiej reaktancji, dwie reaktancje mają tendencję do wzajemnego zmniejszania się efektu. Aby znaleźć wartość całkowitą, odejmij większą wartość reaktancji od mniejszej wartości reaktancji.
Ten sam wynik uzyskasz ze wzoru Xcałkowity = |XC - XL|
Oblicz impedancję Krok 9 Krok 4. Oblicz impedancję rezystancji i reaktancji w obwodzie szeregowym
Nie możesz ich do siebie dodać, ponieważ te dwie wartości są w różnych fazach. Oznacza to, że ich wartości zmieniają się w czasie w ramach cyklu AC, ale osiągają szczyt w różnym czasie. Na szczęście, gdy wszystkie elementy są połączone szeregowo (jest tylko jeden przewód), możemy skorzystać z prostego wzoru Z = (R2 + X2).
Obliczenia stojące za tym wzorem obejmują „wskaźniki”, chociaż wydają się również być związane z geometrią. Możemy przedstawić dwie składowe R i X jako dwa boki trójkąta prostokątnego, z impedancją Z jako stroną prostopadłą
Oblicz impedancję krok 10 Krok 5. Oblicz impedancję rezystancji i reaktancji w obwodzie równoległym
Jest to powszechny sposób obliczania impedancji, ale wymaga zrozumienia liczb zespolonych. Jest to jedyny sposób obliczenia całkowitej impedancji obwodu równoległego obejmującego rezystancję i reaktancję.
- Z = R + jX, gdzie j jest składnikiem urojonym: (-1). Użyj j zamiast i, aby uniknąć pomyłek z I reprezentującym prąd.
- Nie możesz połączyć tych dwóch liczb. Na przykład impedancja może być zapisana jako 60Ω + j120Ω.
- Jeśli masz dwa takie obwody w szeregu, możesz osobno dodać składniki liczb rzeczywistych i składniki urojone. Na przykład, jeśli Z1 = 60Ω + j120Ω i połączone szeregowo z rezystorem o Z2 = 20Ω, to Zcałkowity = 80Ω + j120Ω.
