Elektrisk impedans: Vad är det?

Vad är elektrisk impedans?

Inom elektricitetslära är elektrisk impedans ett mått på motståndet som en krets erbjuder en ström när en spänning tillämpas. Impedans utvidgar konceptet resistans till växelströmskretsar (AC). Impedans har både magnitud och fas, vilket skiljer sig från resistans som endast har magnitud.

Till skillnad från elektrisk resistans beror den elektriska impedansens motstånd mot ström på frekvensen i kretsen. Resistans kan ses som impedans med en fasvinkel på noll.

I en ren induktiv krets följer strömmen 90° (elektriskt) efter den tillämpade spänningen. I en ren kapacitiv krets leder strömmen 90° (elektriskt) för den tillämpade spänningen. I en ren resistiv krets följer inte strömmen efter eller leder för den tillämpade spänningen. När en krets drivs med direktström (DC) finns det ingen skillnad mellan impedans och resistans.

I en praktisk krets där både induktiv reaktans och kapacitiv reaktans samt resistans eller antingen kapacitiv eller induktiv reaktans tillsammans med resistans finns, kommer det att finnas en ledande eller försenade effekt på kretsens ström beroende på reaktansens och resistansens värden i kretsen.

I en AC-krets kallas den samlade effekten av reaktans och resistans för impedans. Impedansen betecknas normalt med engelska bokstaven Z. Värdet av impedans representeras som

Där R är värdet av kretsens resistans och X är värdet av kretsens reaktans.
Vinkeln mellan den tillämpade spänningen och strömmen är

Den induktiva reaktansen tas som positiv och den kapacitiva reaktansen tas som negativ.

Impedans kan representeras i komplex form. Detta är

Det reella delen av en komplex impedans är resistans och den imaginära delen är reaktans i kretsen.

Låt oss applicera en sinusformad spänning Vsinωt över en ren induktor med induktans L Henry.

Uttrycket för ström genom induktorn är

Från uttrycket för strömförloppet genom induktorn är det tydligt att strömmen följer den tillämpade spänningen med 90° (elektriskt).

Nu låt oss applicera samma sinusformade spänning Vsinωt över en ren kapacitator med kapacitans C farad.

Uttrycket för ström genom kapacitatorn är

Från uttrycket för strömförloppet genom kapacitatorn är det tydligt att strömmen leder den tillämpade spänningen med 90° (elektriskt).

Nu ansluter vi samma spänningskälla över en ren resistor med värdet R ohm.

Här blir uttrycket för ström genom resistorn

Från detta uttryck kan man dra slutsatsen att strömmen har samma fas som den tillämpade spänningen.

Impedans i en serie RL-krets

Låt oss härleda uttrycket för impedans i en serie RL-krets. Här är resistans med värdet R och induktans med värdet L anslutna i serie. Värdet av reaktansen för induktorn är ωL. Därför blir uttrycket för impedans i komplex form

Det numeriska värdet eller modulvärdet av reaktansen är

Impedans i en serie RC-krets

Låt oss ansluta en resistor med värdet R ohm i serie med en kapacitator med