Impedans är ett mått på resistans mot växelström. Enheten är ohm. För att beräkna impedans måste du känna till summan av alla motstånd såväl som impedanserna för alla induktorer och kondensatorer som ger en varierande mängd motstånd mot ström beroende på strömförändringar. Du kan beräkna impedans med en enkel matematisk formel.
Formel Sammanfattning
- Impedans Z = R eller XL eller XC (om bara en är känd)
- Impedans i serie Z = (R2 + X2) (om R och ett av X är kända)
- Impedans i serie Z = (R2 + (| XL - XC|)2) (om R, XLoch XC fullt känt)
- Impedans i alla typer av nätverk = R + jX (j är ett tänkt tal (-1))
- Motstånd R = I / V
- Induktiv reaktans XL = 2πƒL = L
- Kapacitiv reaktans XC = 1 / 2πƒL = 1 / L
Steg
Del 1 av 2: Beräkning av motstånd och reaktans
Beräkna impedans Steg 1 Steg 1. Definition av impedans
Impedans markeras med symbolen Z och har enheter på Ohm (Ω). Du kan mäta impedansen för alla kretsar eller elektriska komponenter. Mätresultaten kommer att berätta hur mycket kretsen blockerar flödet av elektroner (ström). Det finns två distinkta effekter som sänker strömhastigheten, som båda bidrar till impedans:
- Motstånd (R) eller motstånd är saktningen av strömmen som orsakas av komponentens material och form. Denna effekt är störst i motstånd, även om alla komponenter måste ha åtminstone något motstånd.
- Reaktans (X) är en långsammare ström på grund av elektriska och magnetiska fält som motstår förändringar i ström eller spänning. Denna effekt är mest signifikant för kondensatorer och induktorer.
Beräkna impedans Steg 2 Steg 2. Granska motstånd
Motstånd är ett grundläggande begrepp inom elektriska studier. Du kan se detta i Ohms lag: V = I * R. Denna ekvation låter dig beräkna värdena för dessa variabler så länge du känner till minst två av de tre variablerna. Till exempel, för att beräkna motstånd, skriv formeln som R = I / V. Du kan också enkelt beräkna motstånd med en multimeter.
- V är spänning, enheten är volt (V). Denna variabel kallas också potentialskillnaden.
- I är strömmen, enheten är Ampere (A).
- R är motstånd, enheten är Ohm (Ω).
Beräkna impedans Steg 3 Steg 3. Räkna ut vilken typ av reaktans som ska beräknas
Reaktans sker endast i växelströmskretsar. Liksom resistans har reaktansen enheter Ohm (Ω). Det finns två typer av reaktans i olika elektriska komponenter:
- Induktiv reaktans XL producerad av induktorn, även känd som spolen eller reaktorn. Dessa komponenter producerar ett magnetfält som motstår riktningsförändringar i en växelströmskrets. Ju snabbare riktningsändringen inträffar, desto högre värde är den induktiva reaktansen.
- Kapacitiv reaktans XC genereras av en kondensator som lagrar en elektrisk laddning. När strömflödet i en växelströmskrets ändrar riktning, laddas och laddas kondensatorn upprepade gånger. Ju längre kondensatorn måste ladda desto mer motstår kondensatorn ström. Ju snabbare riktningsändringen sker, desto lägre blir det resulterande kapacitiva reaktansvärdet.
Beräkna impedans Steg 4 Steg 4. Beräkna den induktiva reaktansen
Såsom beskrivits ovan kommer den induktiva reaktansen att öka med förändringstakten i strömriktningen eller kretsens frekvens. Denna frekvens betecknas med symbolen och har enheter av Hertz (Hz). Den fullständiga formeln för att beräkna induktiv reaktans är XL = 2πƒL, där L är induktansen med enheter av Henry (H).
- Induktansen L beror på egenskaperna hos induktorn som används, såsom antalet spolar. Du kan också mäta induktans direkt.
- Om du känner igen enhetscirkeln, föreställ dig en växelström representerad av en cirkel och en fullständig rotation av 2π radianer som representerar en cykel. När du multiplicerar detta med vilket är i Hertz (enheter per sekund) får du resultatet i radianer per sekund. Detta är kretsens vinkelhastighet och kan skrivas med små bokstäver som omega. Du kan skriva formeln för induktiv reaktans i XL= ωL
Beräkna impedans Steg 5 Steg 5. Beräkna den kapacitiva reaktansen
Denna formel liknar formeln för att hitta induktiv reaktans, men kapacitiv reaktans är omvänt proportionell mot frekvens. Kapacitiv reaktans XC = 1 / 2πƒC. C är kondensatorns kapacitansvärde i Farads (F).
- Du kan mäta kapacitans med hjälp av en multimeter och några grundläggande beräkningar.
- Som förklarats ovan kan denna variabel skrivas in 1 / L.
Del 2 av 2: Beräkning av total impedans
Beräkna impedans Steg 6 Steg 1. Lägg ihop motstånden i samma krets
Den totala impedansen är lätt att beräkna när en krets har flera motstånd utan induktorer eller kondensatorer. Mät först motståndsvärdet för varje motstånd (eller någon komponent som har motstånd), eller titta på kretsschemat för de delar som är märkta med motstånds Ohm (Ω). Lägg till enligt kretstypen mellan komponenterna:
- Motstånd anslutna i en seriekrets (vars ändar är anslutna i en enda trådledning) kan summeras tillsammans. Det totala motståndet blir R = R1 + R2 + R3…
- Resistorer anslutna parallellt (varje motstånd har en annan tråd men ansluten i samma krets) läggs ihop i omvänd ordning. Den totala mängden motstånd blir R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 …
Beräkna impedans Steg 7 Steg 2. Lägg ihop reaktansvärdena i samma krets
När det bara finns induktorer i en krets, eller bara kondensatorer, är den totala impedansen lika med den totala reaktansen. Beräkna enligt följande:
- Induktor i serie: Xtotal = XL1 + XL2 + …
- Kondensatorer i serie: Ctotal = XC1 + XC2 + …
- Induktor i parallellkrets: Xtotal = 1 / (1 / XL1 + 1/XL2 …)
- Kondensator i parallellkrets: Ctotal = 1 / (1 / XC1 + 1/XC2 …)
Beräkna impedans Steg 8 Steg 3. Subtrahera den induktiva reaktansen med den kapacitiva reaktansen för att få den totala reaktansen
Eftersom effekten av en reaktans ökar när effekten av den andra reaktansen minskar, tenderar de två reaktanserna att minska varandras effekt. För att hitta det totala värdet, subtrahera det större reaktansvärdet med det mindre reaktansvärdet.
Du får samma resultat från formeln Xtotal = | XC - XL|
Beräkna impedans Steg 9 Steg 4. Beräkna impedansen för motståndet och reaktansen i en seriekrets
Du kan inte lägga ihop dem eftersom de två värdena är i olika faser. Det vill säga, deras värden förändras över tiden som en del av växelströmscykeln, men de toppar vid olika tidpunkter. Lyckligtvis, när alla komponenter är i serie (det finns bara en tråd), kan vi använda den enkla formeln Z = (R2 + X2).
Beräkningarna bakom denna formel innefattar "fasorer", även om de också verkar vara relaterade till geometri. Vi kan representera de två komponenterna R och X som de två sidorna av en höger triangel, med impedansen Z som den vinkelräta sidan
Beräkna impedans Steg 10 Steg 5. Beräkna resistansen och reaktansen i en parallellkrets
Detta är ett vanligt sätt att beräkna impedans, men kräver förståelse för komplexa tal. Detta är det enda sättet att beräkna den totala impedansen för en parallellkrets som involverar motstånd och reaktans.
- Z = R + jX, med j som den imaginära komponenten: (-1). Använd j istället för i för att undvika förvirring med att I representerar ström.
- Du kan inte kombinera dessa två nummer. Till exempel kan en impedans skrivas som 60Ω + j120Ω.
- Om du har två sådana kretsar i en serie kan du lägga till komponenterna i reella tal och imaginära komponenter separat. Till exempel, om Z1 = 60Ω + j120Ω och seriekopplad med ett motstånd med Z2 = 20Ω, sedan Ztotal = 80Ω + j120Ω.
