Elektrisk impedans: Hva er det?
Hva er elektrisk impedans?
Innen elektrisk ingeniørfag er elektrisk impedans et mål for motstand en krets viser mot strøm når det påføres en spenning. Impedans utvider begrepet motstand til vekselstrømskretser (AC). Impedans har både størrelse og fase, imidlertid har motstand bare størrelse.
I motsetning til elektrisk motstand, avhenger den elektriske impedansens motstand mot strøm av frekvensen i kretsen. Motstand kan betraktes som impedans med en fasevinkel på null.
I en ren induktiv krets ligger strømmen 90° (elektrisk) bak den påførte spenningen. I en ren kapasitiv krets leder strømmen 90° (elektrisk) for den påførte spenningen. I en ren resistiv krets ligger strømmen ikke bak eller foran den påførte spenningen. Når en krets drives med gjennomstrøm (DC), er det ingen forskjell mellom impedans og motstand.
I en praktisk krets der både induktiv reaktivitet og kapasitiv reaktivitet forekommer sammen med motstand, eller enten kapasitiv eller induktiv reaktivitet forekommer sammen med motstand, vil det være en forhånds- eller etterhånds-effekt på strømmen i kretsen, avhengig av verdien av reaktivitet og motstand i kretsen.
I en vekselskrets kalles den samlede effekten av reaktivitet og motstand for impedans. Impedansen betegnes vanligvis med bokstaven Z. Verdien av impedans representeres som
Der R er verdien av kretsens motstand og X er verdien av kretsens reaktivitet.
Vinkelen mellom påført spenning og strøm er
Den induktive reaktiviteten tas som positiv, mens den kapasitive reaktiviteten tas som negativ.
Impedans kan representeres i kompleks form. Dette er
Det virkelige delen av en kompleks impedans er motstand, og det imaginære delen er reaktivitet i kretsen.
La oss bruke en sinusformet spenning Vsinωt over en ren induktor med inductanse L henry.
Uttrykket for strøm gjennom induktoren er
Fra uttrykket for strømformen gjennom induktoren er det klart at strømmen ligger 90° (elektrisk) bak den påførte spenningen.
La oss nå bruke samme sinusformet spenning Vsinωt over en ren kapasitor med kapasitans C farad.
Uttrykket for strøm gjennom kapasitoren er
Fra uttrykket for strømformen gjennom kapasitoren er det klart at strømmen leder den påførte spenningen med 90° (elektrisk).
Nå kobler vi samme spenningskilde over en ren motstand med verdi R ohm.
Her blir uttrykket for strøm gjennom motstanden
Av dette uttrykket kan man konkludere med at strømmen har samme fase som den påførte spenningen.
Impedans i en serie RL-krets
La oss utlede uttrykket for impedansen i en serie RL-krets. Her er motstand med verdi R og induktans med verdi L koblet i serie. Verdi av reaktiviteten til induktoren er ωL. Derfor blir uttrykket for impedans i kompleks form
Den numeriske verdien eller modverdien av reaktiviteten er
Impedans i en serie RC-krets
La oss koble en motstand med verdi R ohm i serie med en kapasitor med
