Sähköinen impedanssi: Mikä se on?
Mikä on sähköinen impedanssi?
Sähkötekniikassa sähköinen impedanssi on mittari, joka ilmaisee, kuinka paljon piiri vastustaa virtaan, kun jännitte sovelletaan. Impedanssi laajentaa vastuksen käsitettä vaihtovirtapiireihin (AC). Impedanssilla on sekä suuruus että vaihe, kun taas vastuksella on vain suuruus.
Erilaisesti kuin sähköinen vastus, sähköisen impedanssin vastustus virtaalle riippuu piirin taajuudesta. Vastusta voidaan ajatella impedanssina, jonka vaihekulma on nolla.
Piirissä, jossa virta viipyy 90° (sähköisesti) sovellettua jännitettä vasten puhtaasti induktiivisessa piirissä. Piirissä, jossa virta johtaa 90° (sähköisesti) sovellettua jännitettä vasten puhtaasti kapasitiivisessa piirissä. Piirissä, jossa virta ei viipeydy eikä johtaa sovellettua jännitettä vasten puhtaasti resistiivisessä piirissä. Kun piiri ajetaan suoraan virtalla (DC), ei ole eroa impedanssin ja vastuksen välillä.
Käytännössä piirissä, jossa molemmat induktiivinen reaktanssi ja kapasitiivinen reaktanssi ovat läsnä yhdessä vastuksen kanssa tai joko kapasitiivinen tai induktiivinen reaktanssi on läsnä yhdessä vastuksen kanssa, virta tulee näyttämään etenevän tai viipeytyvän riippuen piirin reaktanssin ja vastuksen arvoista.
Vaihtovirtapiirissä reaktanssin ja vastuksen kumulatiivinen vaikutus kutsutaan impedanssiksi. Impedanssi merkitään yleensä englanninkielisellä kirjaimella Z. Impedanssin arvo esitetään seuraavasti
Missä R on piirin vastuksen arvo ja X on piirin reaktanssin arvo.
Jännitteen ja virran välinen kulma on
Induktiivinen reaktanssi otetaan positiivisena ja kapasitiivinen reaktanssi negatiivisena.
Impedanssi voidaan esittää kompleksimuodossa. Tämä on
Kompleksisen impedanssin reaaliosa on vastus ja imaginaariosa on piirin reaktanssi.
Sovelletaan sini-kuvaajan muotoista jännitettä Vsinωt puhtaaseen induktoriin induktanssilta L Henry.
Induktorin kautta kulkevan virran lauseke on
Virran aaltoformasta induktorin kautta on selvää, että virta viipyy sovellettua jännitettä 90° (sähköisesti).
Nyt sovellamme samaa sini-kuvaajan muotoista jännitettä Vsinωt puhtaaseen kapasitoriin kapasitanssilta C farad.
Kapasitorin kautta kulkevan virran lauseke on
Virran aaltoformasta kapasitorin kautta on selvää, että virta johtaa sovellettua jännitettä 90° (sähköisesti).
Yhdistämme saman jännitelähteen nyt puhtaaseen vastuksiin, jonka arvo on R ohm.
Tässä vastuksen kautta kulkevan virran lauseke olisi
Tästä lausekkeesta voidaan päätellä, että virta on samassa vaiheessa sovellettun kanssa.
Sarjavirtapiirin impedanssi
Johdamme sarjavirtapiirin impedanssin lausekkeen. Tässä vastus R ja induktanssi L yhdistetään sarjana. Induktorin reaktanssin arvo on ωL. Siksi impedanssin kompleksimuotoinen lauseke on
Reaktanssin numeerinen arvo tai mod-arvo on
Sarjavirtapiirin impedanssi
