Cum se calculează impedanța: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-19 22:14

Impedanța este o măsură a rezistenței la curent alternativ. Unitatea este în ohmi. Pentru a calcula impedanța, trebuie să știți suma tuturor rezistențelor, precum și impedanțele tuturor inductoarelor și condensatoarelor, care vor da o cantitate variabilă de rezistență la curent, în funcție de modificările curentului. Puteți calcula impedanța utilizând o formulă matematică simplă.

Rezumatul formulei

1. Impedanță Z = R sau X_L sau X_C (dacă se cunoaște doar unul)
2. Impedanță în serie Z = (R² + X²) (dacă R și unul dintre X sunt cunoscuți)
3. Impedanță în serie Z = (R² + (| X_L - X_C|)²) (dacă R, X_Lși X_C pe deplin cunoscut)
4. Impedanță în tot felul de rețele = R + jX (j este un număr imaginar (-1))
5. Rezistența R = I / V
6. Reactanța inductivă X_L = 2πƒL = L
7. Reactanța capacitivă X_C = ¹ / _2πƒL = ¹ / _L

   Etapa

   Partea 1 din 2: Calcularea rezistenței și reactanței

   

   Pasul 1. Definiția impedanței

   Impedanța este notată cu simbolul Z și are unități de ohmi (Ω). Puteți măsura impedanța oricărui circuit sau componentă electrică. Rezultatele măsurătorii vă vor spune cât de mult circuitul blochează fluxul de electroni (curent). Există două efecte distincte care încetinesc rata curentului, ambele contribuind la impedanță:

   • Rezistența (R) sau rezistența este încetinirea curentului cauzată de materialul și forma componentei. Acest efect este cel mai mare la rezistențe, deși toate componentele trebuie să aibă cel puțin o rezistență.
   • Reactanța (X) este încetinirea curentului datorită câmpurilor electrice și magnetice care rezistă schimbărilor de curent sau tensiune. Acest efect este cel mai semnificativ pentru condensatori și inductoare.

   

   Pasul 2. Revizuirea rezistenței

   Rezistența este un concept de bază în domeniul studiilor electrice. Puteți vedea acest lucru în legea lui Ohm: V = I * R. Această ecuație vă permite să calculați valorile acestor variabile atâta timp cât cunoașteți cel puțin două dintre cele trei variabile. De exemplu, pentru a calcula rezistența, scrieți formula ca R = I / V. De asemenea, puteți calcula cu ușurință rezistența cu un multimetru.

   • V este tensiune, unitatea este Volți (V). Această variabilă este denumită și diferența de potențial.
   • I este curentul, unitatea este Ampere (A).
   • R este rezistență, unitatea este Ohm (Ω).

   

   Pasul 3. Descoperiți tipul de reactanță de calculat

   Reactanța are loc numai în circuitele de curent alternativ (AC). La fel ca rezistența, reactanța are unități de Ohmi (Ω). Există două tipuri de reactanțe prezente în diferite componente electrice:

   • Reactanța inductivă X_L produs de inductor, cunoscut și sub numele de bobină sau reactor. Aceste componente produc un câmp magnetic care rezistă schimbărilor de direcție într-un circuit de curent alternativ. Cu cât are loc schimbarea de direcție mai rapidă, cu atât este mai mare valoarea reactanței inductive.
   • Reactanța capacitivă X_C generat de un condensator care stochează o încărcare electrică. Pe măsură ce fluxul de curent într-un circuit de curent alternativ schimbă direcția, condensatorul se va încărca și descărca în mod repetat. Cu cât condensatorul trebuie să se încarce mai mult, cu atât condensatorul va rezista mai mult la curent. Prin urmare, cu cât schimbarea direcției are loc mai repede, cu atât este mai mică valoarea reactanței capacitive rezultate.

   

   Pasul 4. Calculați reactanța inductivă

   Așa cum s-a descris mai sus, reactanța inductivă va crește odată cu rata de schimbare a direcției curentului sau a frecvenței circuitului. Această frecvență este notată prin simbol și are unități de Hz (Hz). Formula completă pentru calcularea reactanței inductive este X_L = 2πƒL, unde L este inductanța cu unitățile lui Henry (H).

   • Inductanța L depinde de caracteristicile inductorului utilizat, cum ar fi numărul de bobine. De asemenea, puteți măsura direct inductanța.
   • Dacă recunoașteți cercul unității, imaginați-vă un curent alternativ reprezentat de un cerc și o rotație completă de 2π radiani reprezentând un ciclu. Când înmulțiți acest lucru cu care este în Hertz (unități pe secundă), obțineți rezultatul în radiani pe secundă. Aceasta este viteza unghiulară a circuitului și poate fi scrisă cu litere mici ca omega. Puteți scrie formula pentru reactanța inductivă în X_L= ωL

   

   Pasul 5. Calculați reactanța capacitivă

   Această formulă este similară cu formula pentru găsirea reactanței inductive, dar reactanța capacitivă este invers proporțională cu frecvența. Reactanța capacitivă X_C = ¹ / _2πƒC. C este valoarea capacității condensatorului, în Farads (F).

   • Puteți măsura capacitatea utilizând un multimetru și câteva calcule de bază.
   • După cum sa explicat mai sus, această variabilă poate fi scrisă în ¹ / _L.

   Partea 2 din 2: Calcularea impedanței totale

   

   Pasul 1. Adăugați rezistențele din același circuit

   Impedanța totală este ușor de calculat atunci când un circuit are mai multe rezistențe fără inductori sau condensatori. Mai întâi, măsurați valoarea rezistenței fiecărui rezistor (sau a oricărei componente care are rezistență) sau căutați pe schema circuitului piesele etichetate cu ohmi de rezistență (Ω). Adăugați în funcție de tipul de circuit dintre componente:

   • Rezistoarele conectate într-un circuit de serie (ale căror capete sunt conectate într-o singură linie de sârmă) pot fi însumate împreună. Rezistența totală devine R = R₁ + R₂ + R₃…
   • Rezistoarele conectate în paralel (fiecare rezistor are un fir diferit, dar conectat în același circuit) sunt adunate în sens invers. Cantitatea totală de rezistență devine R = ¹ / _{R1 + ¹ / R2 + ¹ / R3 …}

   

   Pasul 2. Adăugați valorile reactanței în același circuit

   Când există doar inductoare într-un circuit sau doar condensatoare, impedanța totală este egală cu reactanța totală. Calculați după cum urmează:

   • Inductor în serie: X_total = X_L1 + X_L2 + …
   • Condensatoare în serie: C_total = X_C1 + X_C2 + …
   • Inductor în circuit paralel: X_total = 1 / (1 / X_L1 + 1 / X_L2 …)
   • Condensator în circuit paralel: C_total = 1 / (1 / X_C1 + 1 / X_C2 …)

   

   Pasul 3. Se scade reactanța inductivă prin reactanța capacitivă pentru a obține reactanța totală

   Deoarece efectul unei reactanțe crește pe măsură ce efectul celeilalte reactanțe scade, cele două reactanțe tind să-și reducă efectul reciproc. Pentru a găsi valoarea totală, scădeți valoarea reactanței mai mare cu valoarea reactanței mai mică.

   Veți obține același rezultat din formula X_total = | X_C - X_L|

   

   Pasul 4. Calculați impedanța rezistenței și reactanței într-un circuit de serie

   Nu le puteți adăuga împreună, deoarece cele două valori sunt în faze diferite. Adică, valorile lor se schimbă în timp, ca parte a ciclului de curent alternativ, dar ating vârfuri în momente diferite. Din fericire, când toate componentele sunt în serie (există un singur fir), putem folosi formula simplă Z = (R² + X²).

   Calculele din spatele acestei formule implică „fazori”, deși par, de asemenea, că sunt legate de geometrie. Putem reprezenta cele două componente R și X ca cele două laturi ale unui triunghi dreptunghi, cu impedanța Z ca latură perpendiculară

   

   Pasul 5. Calculați impedanța rezistenței și reactanței într-un circuit paralel

   Acesta este un mod obișnuit de a calcula impedanța, dar necesită înțelegerea numerelor complexe. Acesta este singurul mod de a calcula impedanța totală a unui circuit paralel care implică rezistență și reactanță.

   • Z = R + jX, cu j ca componentă imaginară: (-1). Folosiți j în loc de i pentru a evita confuzia cu I reprezentând curent.
   • Nu puteți combina aceste două numere. De exemplu, o impedanță poate fi scrisă ca 60Ω + j120Ω.
   • Dacă aveți două astfel de circuite într-o serie, puteți adăuga separat componentele numerelor reale și ale componentelor imaginare. De exemplu, dacă Z₁ = 60Ω + j120Ω și conectat în serie cu un rezistor având Z₂ = 20Ω, apoi Z_total = 80Ω + j120Ω.