Co to jest impedancja elektryczna?

W obwodach prądu stałego rezystancja R odgrywa ważną rolę. Jeśli chodzi o sinusoidalne obwody prądu przemiennego, nie można tego zrobić tylko z jedną aktywną rezystancją. W rzeczywistości, jeśli w obwodach prądu stałego pojemności i indukcyjności są zauważalne tylko podczas procesów przejściowych, to w obwodach prądu przemiennego składowe te przejawiają się znacznie bardziej.

Dlatego w celu odpowiedniego obliczenia obwodów prądu przemiennego wprowadzono termin „impedancja elektryczna” - Z lub złożona (całkowita) rezystancja sieci dwubiegunowej na sygnał harmoniczny. Czasami mówią po prostu „impedancja”, pomijając słowo „elektryczny”.

Pojęcie impedancji pozwala na zastosowanie Prawo Ohma dla odcinków obwodów sinusoidalnych prądu przemiennego... Manifestacja składowej indukcyjnej dwustronnej (ładującej) prowadzi do opóźnienia prądu od napięcia przy danej częstotliwości, a manifestacja składowej pojemnościowej - do opóźnienia napięcia od prądu. Składnik aktywny nie powoduje opóźnienia między prądem a napięciem, działając zasadniczo w taki sam sposób, jak w obwodzie prądu stałego.

Składowa impedancji zawierająca składową pojemnościową i indukcyjną nazywana jest składową reaktywną X. Graficznie składową czynną R impedancji można wykreślić na osi oX, a składową reaktywną na osi oY, wtedy impedancja jako całość będzie reprezentowana w postaci liczby zespolonej, gdzie j jest jednostką urojoną (jednostka urojona do kwadratu to minus 1).

W tym przypadku wyraźnie widać, że składową reaktywną X można rozłożyć na składową pojemnościową i indukcyjną, które mają przeciwny kierunek, czyli mają przeciwny wpływ na fazę prądu: przy przewadze składowej indukcyjnej impedancja obwodu jako całości będzie dodatni, to znaczy prąd w obwodzie będzie opóźniał się z napięciem, ale jeśli dominuje składnik pojemnościowy, wówczas napięcie będzie opóźniać się z prądem.

Schematycznie ta dwuterminalna sieć w podanej postaci jest przedstawiona w następujący sposób:

W zasadzie każdy liniowy schemat sieci z dwoma portami można zredukować do podobnej postaci. Tutaj możesz określić składową czynną R, która nie zależy od częstotliwości prądu, oraz składową reaktywną X, która obejmuje składowe pojemnościowe i indukcyjne.

Z modelu graficznego, w którym rezystancje reprezentowane są przez wektory, widać wyraźnie, że moduł impedancji dla danej częstotliwości prądu sinusoidalnego oblicza się jako długość wektora, która jest sumą wektorów X i R. Impedancja jest mierzony w omach.

Praktycznie w opisach sinusoidalnych obwodów prądu przemiennego pod względem impedancji można spotkać określenia takie jak „aktywno-indukcyjny charakter obciążenia” lub „obciążenie czynno-pojemnościowe” lub „obciążenie czysto aktywne”. Oznacza to, co następuje:

• Jeżeli w obwodzie przeważa wpływ indukcyjności L, wówczas składowa reaktywna X jest dodatnia, natomiast składowa czynna R jest niewielka — jest to obciążenie indukcyjne. Przykładem obciążenia indukcyjnego jest cewka indukcyjna.

• Jeżeli w obwodzie przeważa wpływ pojemności C, wówczas składowa reaktywna X jest ujemna, natomiast składowa czynna R jest mała — jest to obciążenie pojemnościowe. Przykładem obciążenia pojemnościowego jest kondensator.

• Jeżeli rezystancja czynna R przeważa w obwodzie, podczas gdy składowa reaktywna X jest mała, jest to obciążenie czynne. Przykładem aktywnego obciążenia jest żarówka.

• Jeżeli aktywny składnik R w obwodzie jest znaczący, ale składnik indukcyjny przeważa nad elementem pojemnościowym, to znaczy składnik reaktywny X jest dodatni, obciążenie nazywa się aktywnym indukcyjnym. Przykładem aktywnego obciążenia indukcyjnego jest silnik indukcyjny.

• Jeżeli składowa czynna R w obwodzie jest znacząca, a składowa pojemnościowa przeważa nad składową indukcyjną, to znaczy składowa reaktywna X jest ujemna, obciążenie nazywamy czynno-pojemnościowym. Przykładem obciążenia pojemnościowo-aktywnego jest zasilanie świetlówki.

Zobacz też:Co to jest współczynnik mocy (cosinus phi)