Električni impedans: Šta je to?

Šta je električna impedanca?

U elektrotehnici, električna impedanca predstavlja meru otpora koji se čini strujnom toku kada se struja primeni. Impedanca proširuje koncept otpora na izmjenični strujni tok (AC) krugove. Impedanca ima i magnitudu i fazu, dok otpor ima samo magnitudu.

Na razliku od električnog otpora, električna impedanca zavisi od frekvencije kruga. Opor se može smatrati impedancom sa faznim uglom od nula.

U čistom induktivnom krugu, struja zaostaje 90° u odnosu na primijenjenu naponu. U čistom kapacitivnom krugu, struja vodi 90° u odnosu na primijenjenu naponu. U čistom rezistivnom krugu, struja ne zaostaje niti vodi u odnosu na primijenjenu naponu. Kada se krug pokreće jednosmjerne strujom (DC), ne postoji razlika između impedanci i otpora.

U praktičnom krugu gde su prisutne i induktivna reaktivnost i kapacitivna reaktivnost uz otpor ili jedna od njih uz otpor, doći će do efekta vodjenja ili zaostajanja struje u odnosu na primijenjeni napon, ovisno o vrijednosti reaktivnosti i otpora kruga.

U AC krugu, kumulativni efek reaktivnosti i otpornosti naziva se impedancija. Impedancija obično se označava engleskim slovom Z. Vrijednost impedancije predstavljena je kao

Gdje je R vrijednost otpora kruga, a X vrijednost reaktivnosti kruga.
Fazni ugao između primijenjenog napona i struje je

Induktivna reaktivnost se uzima kao pozitivna, a kapacitivna reaktivnost kao negativna.

Impedancija se može predstaviti u kompleksnoj formi. To je

Realni deo kompleksne impedancije je otpor, a imaginarni deo reaktivnost kruga.

Neka primijenimo sinusni napon Vsinωt na čisti induktor induktivnosti L Henry.

Izraz za struju kroz induktor je

Iz izraza valne forme struje kroz induktor jasno je da struja zaostaje za 90° (električki) u odnosu na primijenjeni napon.

Sada primijenimo isti sinusni napon Vsinωt na čist kapacitor kapacitivnosti C farad.

Izraz za struju kroz kapacitor je

Iz izraza valne forme struje kroz kapacitor jasno je da struja vodi za 90° (električki) u odnosu na primijenjeni napon.

Sada spojimo isti naponski izvor na čist otpor od vrijednosti R ohm.

Ovdje izraz za struju kroz otpor bi bio

Iz tog izraza može se zaključiti da struja ima istu fazu s primijenjenim naponom.

Impedancija serijskog RL kruga

Neka izvedemo izraz za impedanciju serijskog RL kruga. Ovdje su spojeni otpor vrijednosti R i induktivnost vrijednosti L u seriju. Vrijednost reaktivnosti induktora je ωL. Stoga izraz za impedanciju u kompleksnoj formi glasi

Numerička vrijednost ili mod vrijednost reaktivnosti je

Impedancija serijskog RC kruga

Spojimo jedan otpor vrijednosti R ohm u seriju s kapacitivnim elementom kapacitivnosti C farad. Reactivnost kapacitivnog elementa je 1 / ωC. Otpor R i reaktivnost kapacitivnog elementa su u seriji, pa se izraz za impedanciju može napisati kao

Mod vrijednost impedancije serijskog RC kruga je