Sådan beregnes impedans: 10 trin (med billeder)

2024 Forfatter: Jason Gerald | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-19 22:11

Impedans er et mål for modstand mod vekselstrøm. Enheden er ohm. For at beregne impedans skal du kende summen af alle modstande samt impedanserne for alle induktorer og kondensatorer, hvilket vil give en varierende mængde modstand mod strøm afhængigt af ændringer i strøm. Du kan beregne impedans ved hjælp af en simpel matematisk formel.

Formel Resumé

1. Impedans Z = R eller X_L eller X_C (hvis kun en kendes)
2. Impedans i serier Z = (R² + X²) (hvis R og et af X er kendt)
3. Impedans i serier Z = (R² + (| X_L - X_C|)²) (hvis R, X_Log X_C fuldt kendt)
4. Impedans i alle slags netværk = R + jX (j er et imaginært tal (-1))
5. Modstand R = I / V
6. Induktiv reaktans X_L = 2πƒL = L
7. Kapacitiv reaktans X_C = ¹ / _2πƒL = ¹ / _L

   Trin

   Del 1 af 2: Beregning af modstand og reaktans

   

   Trin 1. Definition af impedans

   Impedans er angivet med symbolet Z og har enheder på Ohm (Ω). Du kan måle impedansen for ethvert kredsløb eller en elektrisk komponent. Måleresultaterne fortæller dig, hvor meget kredsløbet blokerer strømmen af elektroner (strøm). Der er to forskellige effekter, der sænker strømhastigheden, som begge bidrager til impedans:

   • Modstand (R) eller modstand er forsinkelsen af strømmen forårsaget af komponentens materiale og form. Denne effekt er størst i modstande, selvom alle komponenter skal have mindst en vis modstand.
   • Reaktans (X) er langsommere strøm på grund af elektriske og magnetiske felter, der modstår ændringer i strøm eller spænding. Denne effekt er mest signifikant for kondensatorer og induktorer.

   

   Trin 2. Gennemgå modstand

   Modstand er et grundlæggende begreb inden for elektriske studier. Du kan se dette i Ohms lov: V = I * R. Denne ligning giver dig mulighed for at beregne værdierne for disse variabler, så længe du kender mindst to af de tre variabler. For eksempel for at beregne modstand skal du skrive formlen som R = I / V. Du kan også nemt beregne modstand med et multimeter.

   • V er spænding, enheden er volt (V). Denne variabel kaldes også potentialeforskellen.
   • I er strømmen, enheden er Ampere (A).
   • R er modstand, enheden er Ohm (Ω).

   

   Trin 3. Find ud af hvilken type reaktans der skal beregnes

   Reaktans forekommer kun i vekselstrøm (AC) kredsløb. Ligesom modstand har reaktans enheder på Ohm (Ω). Der er to typer reaktans til stede i forskellige elektriske komponenter:

   • Induktiv reaktans X_L produceret af induktoren, også kendt som spolen eller reaktoren. Disse komponenter producerer et magnetfelt, der modstår ændringer i retningen i et vekselstrømskredsløb. Jo hurtigere retningsændringen sker, desto større værdi er den induktive reaktans.
   • Kapacitiv reaktans X_C genereret af en kondensator, der gemmer en elektrisk ladning. Da strømmen i et vekselstrømskredsløb ændrer retning, oplades og aflades kondensatoren gentagne gange. Jo længere kondensatoren skal oplades, jo mere vil kondensatoren modstå strøm. Jo hurtigere retningsændringen sker, desto lavere er den resulterende kapacitive reaktansværdi.

   

   Trin 4. Beregn den induktive reaktans

   Som beskrevet ovenfor vil den induktive reaktans stige med ændringshastigheden i strømretningen eller kredsløbets frekvens. Denne frekvens er angivet med symbolet og har enheder i Hertz (Hz). Den komplette formel til beregning af induktiv reaktans er x_L = 2πƒL, hvor L er induktansen med enheder af Henry (H).

   • Induktansen L afhænger af egenskaberne ved den anvendte induktor, såsom antallet af spoler. Du kan også måle induktans direkte.
   • Hvis du genkender enhedscirklen, skal du forestille dig en vekselstrøm repræsenteret af en cirkel og en komplet rotation af 2π radianer, der repræsenterer en cyklus. Når du gange dette med som er i Hertz (enheder pr. Sekund), får du resultatet i radianer pr. Sekund. Dette er kredsløbets vinkelhastighed og kan skrives med små bogstaver som omega. Du kan skrive formlen for induktiv reaktans i X_L= ωL

   

   Trin 5. Beregn den kapacitive reaktans

   Denne formel ligner formlen til at finde induktiv reaktans, men kapacitiv reaktans er omvendt proportional med frekvensen. Kapacitiv reaktans x_C = ¹ / _2πƒC. C er kondensatorens kapacitansværdi i Farads (F).

   • Du kan måle kapacitans ved hjælp af et multimeter og nogle grundlæggende beregninger.
   • Som forklaret ovenfor kan denne variabel skrives ind ¹ / _L.

   Del 2 af 2: Beregning af total impedans

   

   Trin 1. Tilføj modstandene i det samme kredsløb

   Den samlede impedans er let at beregne, når et kredsløb har flere modstande uden induktorer eller kondensatorer. Mål først modstandsværdien for hver modstand (eller en hvilken som helst komponent, der har modstand), eller se på kredsløbsdiagrammet for de dele, der er mærket med modstandsohm (Ω). Tilføj sammen i henhold til typen af kredsløb mellem komponenterne:

   • Modstande forbundet i et seriekredsløb (hvis ender er forbundet i en enkelt ledning) kan summeres sammen. Den samlede modstand bliver R = R₁ + R₂ + R₃…
   • Modstande, der er forbundet parallelt (hver modstand har en anden ledning, men forbundet i det samme kredsløb) lægges sammen i omvendt rækkefølge. Den samlede mængde modstand bliver R = ¹ / _{R1 + ¹ / R2 + ¹ / R3 …}

   

   Trin 2. Tilføj reaktansværdierne i det samme kredsløb

   Når der kun er induktorer i et kredsløb, eller kun kondensatorer, er den samlede impedans lig med den samlede reaktans. Beregn som følger:

   • Induktor i serie: X_{i alt} = X_L1 + X_L2 + …
   • Kondensatorer i serie: C_{i alt} = X_C1 + X_C2 + …
   • Induktor i parallel kredsløb: X_{i alt} = 1 / (1 / X_L1 + 1/X_L2 …)
   • Kondensator i parallel kredsløb: C_{i alt} = 1 / (1 / X_C1 + 1/X_C2 …)

   

   Trin 3. Træk den induktive reaktans fra den kapacitive reaktans for at få den samlede reaktans

   Da effekten af den ene reaktans stiger, når effekten af den anden reaktans falder, har de to reaktanser tendens til at reducere hinandens effekt. For at finde den samlede værdi trækkes den større reaktansværdi med den mindre reaktansværdi.

   Du får det samme resultat fra formlen X_{i alt} = | X_C - X_L|

   

   Trin 4. Beregn impedansen af modstanden og reaktansen i et seriekredsløb

   Du kan ikke tilføje dem sammen, fordi de to værdier er i forskellige faser. Det vil sige, at deres værdier ændrer sig over tid som en del af AC -cyklussen, men de topper på forskellige tidspunkter. Heldigvis, når alle komponenterne er i serie (der er kun en ledning), kan vi bruge den enkle formel Z = (R² + X²).

   Beregningerne bag denne formel involverer "fasorer", selvom de også ser ud til at være relateret til geometri. Vi kan repræsentere de to komponenter R og X som de to sider af en højre trekant, med impedansen Z som den vinkelrette side

   

   Trin 5. Beregn modstandens og reaktansens impedans i et parallelt kredsløb

   Dette er en almindelig måde at beregne impedans på, men kræver en forståelse af komplekse tal. Dette er den eneste måde at beregne den totale impedans af et parallelt kredsløb, der involverer modstand og reaktans.

   • Z = R + jX, med j som den imaginære komponent: (-1). Brug j i stedet for i for at undgå forvirring med I, der repræsenterer strøm.
   • Du kan ikke kombinere disse to tal. For eksempel kan en impedans skrives som 60Ω + j120Ω.
   • Hvis du har to sådanne kredsløb i en serie, kan du tilføje komponenterne i reelle tal og imaginære komponenter separat. For eksempel, hvis Z₁ = 60Ω + j120Ω og serieforbundet med en modstand med Z₂ = 20Ω, derefter Z_{i alt} = 80Ω + j120Ω.