Hvordan beregne impedans: 10 trinn (med bilder)

2025 Forfatter: Jason Gerald | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 12:42

Impedans er et mål på motstand mot vekselstrøm. Enheten er ohm. For å beregne impedans må du kjenne summen av alle motstander, så vel som impedansene til alle induktorer og kondensatorer som vil gi en varierende mengde motstand mot strøm, avhengig av endringer i strøm. Du kan beregne impedans ved hjelp av en enkel matematisk formel.

Formelsammendrag

1. Impedans Z = R eller X_L eller X_C (hvis bare en er kjent)
2. Impedans i serier Z = (R² + X²) (hvis R og ett av X er kjent)
3. Impedans i serier Z = (R² + (| X_L - X_C|)²) (hvis R, X_Log X_C fullt kjent)
4. Impedans i alle slags nettverk = R + jX (j er et tenkt tall (-1))
5. Motstand R = I / V
6. Induktiv reaktans X_L = 2πƒL = L
7. Kapasitiv reaktans X_C = ¹ / _2πƒL = ¹ / _L

   Steg

   Del 1 av 2: Beregning av motstand og reaktans

   

   Trinn 1. Definisjon av impedans

   Impedans er angitt med symbolet Z og har enheter på Ohm (Ω). Du kan måle impedansen til en hvilken som helst krets eller elektrisk komponent. Måleresultatene vil fortelle deg hvor mye kretsen blokkerer strømmen av elektroner (strøm). Det er to forskjellige effekter som senker strømhastigheten, som begge bidrar til impedans:

   • Motstand (R) eller motstand er bremsing av strømmen forårsaket av komponentens materiale og form. Denne effekten er størst i motstander, selv om alle komponenter må ha minst motstand.
   • Reaktans (X) er å redusere strømmen på grunn av elektriske og magnetiske felt som motstår endringer i strøm eller spenning. Denne effekten er mest signifikant for kondensatorer og induktorer.

   

   Trinn 2. Gjennomgå motstand

   Motstand er et grunnleggende konsept innen elektriske studier. Du kan se dette i Ohms lov: V = I * R. Denne ligningen lar deg beregne verdiene til disse variablene så lenge du kjenner minst to av de tre variablene. For eksempel, for å beregne motstand, skriver du formelen som R = I / V. Du kan også enkelt beregne motstand med et multimeter.

   • V er spenning, enheten er volt (V). Denne variabelen kalles også potensialforskjellen.
   • I er strømmen, enheten er Ampere (A).
   • R er motstand, enheten er Ohm (Ω).

   

   Trinn 3. Finn ut hvilken type reaktans du skal beregne

   Reaktans forekommer bare i vekselstrøm (AC) kretser. I likhet med motstand har reaktansen enheter Ohm (Ω). Det er to typer reaktans tilstede i forskjellige elektriske komponenter:

   • Induktiv reaktans X_L produsert av induktoren, også kjent som spolen eller reaktoren. Disse komponentene produserer et magnetfelt som motstår endringer i retningen i en vekselstrømskrets. Jo raskere retningsendringen skjer, desto større verdi er den induktive reaktansen.
   • Kapasitiv reaktans X_C generert av en kondensator som lagrer en elektrisk ladning. Etter hvert som strømmen i en vekselstrømskrets endrer retning, vil kondensatoren lades og tømmes gjentatte ganger. Jo lenger kondensatoren må lade, desto mer vil kondensatoren motstå strøm. Derfor, jo raskere retningsendringen skjer, desto lavere blir den resulterende kapasitive reaktansverdien.

   

   Trinn 4. Beregn den induktive reaktansen

   Som beskrevet ovenfor vil den induktive reaktansen øke med endringshastigheten i strømretningen eller kretsens frekvens. Denne frekvensen er angitt med symbolet, og har enheter på Hertz (Hz). Den komplette formelen for å beregne induktiv reaktans er X_L = 2πƒL, hvor L er induktansen med enheter av Henry (H).

   • Induktansen L avhenger av egenskapene til induktoren som brukes, for eksempel antall spoler. Du kan også måle induktans direkte.
   • Hvis du gjenkjenner enhetssirkelen, tenk deg en vekselstrøm representert av en sirkel, og en fullstendig rotasjon av 2π radianer som representerer en syklus. Når du multipliserer dette med som er i Hertz (enheter per sekund), får du resultatet i radianer per sekund. Dette er vinkelhastigheten til kretsen og kan skrives med små bokstaver som omega. Du kan skrive formelen for induktiv reaktans i X_L= ωL

   

   Trinn 5. Beregn den kapasitive reaktansen

   Denne formelen ligner formelen for å finne induktiv reaktans, men kapasitiv reaktans er omvendt proporsjonal med frekvensen. Kapasitiv reaktans X_C = ¹ / _2πƒC. C er kondensatorens kapasitansverdi i Farads (F).

   • Du kan måle kapasitans ved hjelp av et multimeter og noen grunnleggende beregninger.
   • Som forklart ovenfor kan denne variabelen skrives inn ¹ / _L.

   Del 2 av 2: Beregning av total impedans

   

   Trinn 1. Legg opp motstandene i samme krets

   Den totale impedansen er lett å beregne når en krets har flere motstander uten induktorer eller kondensatorer. Mål først motstandsverdien til hver motstand (eller hvilken som helst komponent som har motstand), eller se på kretsdiagrammet for delene merket med motstands -ohm (Ω). Legg sammen i henhold til kretstypen mellom komponentene:

   • Motstander koblet i en seriekrets (hvis ender er koblet til en enkelt ledning) kan summeres sammen. Den totale motstanden blir R = R₁ + R₂ + R₃…
   • Motstander koblet parallelt (hver motstand har en annen ledning, men tilkoblet i samme krets) legges sammen i revers. Den totale mengden motstand blir R = ¹ / _{R1 + ¹ / R2 + ¹ / R3 …}

   

   Trinn 2. Legg sammen reaktansverdiene i samme krets

   Når det bare er induktorer i en krets, eller bare kondensatorer, er den totale impedansen lik den totale reaktansen. Beregn som følger:

   • Induktor i serie: X_Total = X_L1 + X_L2 + …
   • Kondensatorer i serie: C_Total = X_C1 + X_C2 + …
   • Induktor i parallellkrets: X_Total = 1 / (1 / X_L1 + 1/X_L2 …)
   • Kondensator i parallellkrets: C_Total = 1 / (1 / X_C1 + 1/X_C2 …)

   

   Trinn 3. Trekk fra den induktive reaktansen med den kapasitive reaktansen for å få den totale reaktansen

   Siden effekten av den ene reaktansen øker når effekten av den andre reaktansen avtar, har de to reaktansene en tendens til å redusere hverandres effekt. For å finne den totale verdien, trekker du den større reaktansverdien med den mindre reaktansverdien.

   Du vil få det samme resultatet fra formelen X_Total = | X_C - X_L|

   

   Trinn 4. Beregn impedansen til motstanden og reaktansen i en seriekrets

   Du kan ikke legge dem sammen fordi de to verdiene er i forskjellige faser. Det vil si at verdiene deres endres over tid som en del av vekselstrømssyklusen, men de topper på forskjellige tidspunkter. Heldigvis, når alle komponentene er i serie (det er bare en ledning), kan vi bruke den enkle formelen Z = (R² + X²).

   Beregningene bak denne formelen involverer "fasorer", selv om de også ser ut til å være relatert til geometri. Vi kan representere de to komponentene R og X som de to sidene i en høyre trekant, med impedansen Z som den vinkelrette siden

   

   Trinn 5. Beregn impedansen til motstanden og reaktansen i en parallell krets

   Dette er en vanlig måte å beregne impedans på, men krever forståelse av komplekse tall. Dette er den eneste måten å beregne den totale impedansen til en parallell krets som involverer motstand og reaktans.

   • Z = R + jX, med j som den imaginære komponenten: (-1). Bruk j i stedet for i for å unngå forvirring med I som representerer strøm.
   • Du kan ikke kombinere disse to tallene. For eksempel kan en impedans skrives som 60Ω + j120Ω.
   • Hvis du har to slike kretser i en serie, kan du legge til komponentene i reelle tall og imaginære komponenter separat. For eksempel, hvis Z₁ = 60Ω + j120Ω og seriekoblet med en motstand som har Z₂ = 20Ω, deretter Z_Total = 80Ω + j120Ω.