Impedantie is een maat voor de weerstand tegen wisselstroom. De eenheid is ohm. Om de impedantie te berekenen, moet u de som van alle weerstanden kennen, evenals de impedanties van alle inductoren en condensatoren die een variërende hoeveelheid weerstand tegen stroom zullen geven, afhankelijk van veranderingen in stroom. U kunt de impedantie berekenen met behulp van een eenvoudige wiskundige formule.
Formule samenvatting
- Impedantie Z = R of XL of XC (als er maar één bekend is)
- Impedantie in series Z = (R2 + X2) (als R en een van X bekend zijn)
- Impedantie in series Z = (R2 + (|XL - XC|)2) (als R, XL, en XC volledig bekend)
- Impedantie in allerlei netwerken = R + jX (j is een denkbeeldig getal (-1))
- Weerstand R = I / V
- Inductieve reactantie XL = 2πƒL = L
- Capacitieve reactantie XC = 1 / 2πƒL = 1 / L
Stap
Deel 1 van 2: Weerstand en reactantie berekenen
Bereken Impedantie Stap 1 Stap 1. Definitie van impedantie
Impedantie wordt aangegeven met het symbool Z en heeft eenheden van Ohm (Ω). U kunt de impedantie van elk circuit of elektrisch onderdeel meten. De meetresultaten zullen u vertellen hoeveel het circuit de stroom van elektronen blokkeert (stroom). Er zijn twee verschillende effecten die de stroomsnelheid vertragen, die beide bijdragen aan de impedantie:
- Weerstand (R) of weerstand is de vertraging van de stroom veroorzaakt door het materiaal en de vorm van het onderdeel. Dit effect is het grootst bij weerstanden, hoewel alle componenten op zijn minst enige weerstand moeten hebben.
- Reactantie (X) is de vertraging van de stroom als gevolg van elektrische en magnetische velden die weerstand bieden aan veranderingen in stroom of spanning. Dit effect is het meest significant voor condensatoren en inductoren.
Bereken Impedantie Stap 2 Stap 2. Bekijk weerstand
Weerstand is een basisconcept op het gebied van elektrische studies. Dit zie je terug in de wet van Ohm: V = I * R. Met deze vergelijking kun je de waarden van deze variabelen berekenen zolang je tenminste twee van de drie variabelen kent. Om bijvoorbeeld weerstand te berekenen, schrijft u de formule als R = ik / V. Je kunt de weerstand ook eenvoudig berekenen met een multimeter.
- V is spanning, de eenheid is Volt (V). Deze variabele wordt ook wel het potentiaalverschil genoemd.
- I is de stroom, de eenheid is Ampere (A).
- R is weerstand, de eenheid is Ohm (Ω).
Bereken Impedantie Stap 3 Stap 3. Zoek uit welk type reactantie moet worden berekend
Reactantie komt alleen voor in wisselstroomcircuits (AC). Net als weerstand heeft reactantie eenheden van Ohm (Ω). Er zijn twee soorten reactantie aanwezig in verschillende elektrische componenten:
- Inductieve reactantie XL geproduceerd door de inductor, ook wel de spoel of reactor genoemd. Deze componenten produceren een magnetisch veld dat bestand is tegen richtingsveranderingen in een wisselstroomcircuit. Hoe sneller de richtingsverandering plaatsvindt, hoe groter de waarde van de inductieve reactantie.
- Capacitieve reactantie XC gegenereerd door een condensator die een elektrische lading opslaat. Als de stroom in een AC-circuit van richting verandert, zal de condensator herhaaldelijk opladen en ontladen. Hoe langer de condensator moet opladen, hoe meer de condensator stroom zal weerstaan. Daarom, hoe sneller de richtingsverandering optreedt, hoe lager de resulterende capacitieve reactantiewaarde.
Bereken Impedantie Stap 4 Stap 4. Bereken de inductieve reactantie
Zoals hierboven beschreven, zal de inductieve reactantie toenemen met de veranderingssnelheid in de richting van de stroom of frequentie van het circuit. Deze frequentie wordt aangegeven met het symbool, en heeft eenheden van Hertz (Hz). De volledige formule voor het berekenen van inductieve reactantie is: xL = 2πƒL, waarbij L de inductantie is met eenheden van Henry (H).
- De inductantie L hangt af van de eigenschappen van de gebruikte inductor, zoals het aantal spoelen. U kunt de inductie ook rechtstreeks meten.
- Als je de eenheidscirkel herkent, stel je dan een wisselstroom voor die wordt weergegeven door een cirkel, en een volledige rotatie van 2π radialen die een cyclus vertegenwoordigt. Als je dit vermenigvuldigt met wat in Hertz is (eenheden per seconde), krijg je het resultaat in radialen per seconde. Dit is de hoeksnelheid van het circuit en kan in kleine letters worden geschreven als omega. Je kunt de formule voor inductieve reactantie schrijven in XL=ωL
Bereken Impedantie Stap 5 Stap 5. Bereken de capacitieve reactantie
Deze formule is vergelijkbaar met de formule voor het vinden van inductieve reactantie, maar capacitieve reactantie is omgekeerd evenredig met de frequentie. Capacitieve reactantie xC = 1 / 2πƒC. C is de capaciteitswaarde van de condensator, in Farads (F).
- U kunt de capaciteit meten met behulp van een multimeter en enkele basisberekeningen.
- Zoals hierboven uitgelegd, kan deze variabele worden geschreven in 1 / L.
Deel 2 van 2: Totale impedantie berekenen
Bereken Impedantie Stap 6 Stap 1. Tel de weerstanden in hetzelfde circuit op
De totale impedantie is eenvoudig te berekenen wanneer een schakeling meerdere weerstanden heeft zonder spoelen of condensatoren. Meet eerst de weerstandswaarde van elke weerstand (of elk onderdeel dat weerstand heeft), of kijk in het schakelschema voor de onderdelen die zijn gelabeld met weerstand ohm (Ω). Tel op volgens het type circuit tussen de componenten:
- Weerstanden die in een serieschakeling zijn aangesloten (waarvan de uiteinden zijn verbonden in een enkele draadlijn) kunnen bij elkaar worden opgeteld. De totale weerstand wordt R = R1 + R2 + R3…
- Weerstanden die parallel zijn geschakeld (elke weerstand heeft een andere draad maar is in hetzelfde circuit aangesloten) worden omgekeerd opgeteld. De totale hoeveelheid weerstand wordt R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 …
Bereken Impedantie Stap 7 Stap 2. Tel de reactantiewaarden in hetzelfde circuit op
Wanneer er alleen spoelen in een circuit zijn, of alleen condensatoren, is de totale impedantie gelijk aan de totale reactantie. Bereken als volgt:
- Spoel in serie: Xtotaal = XL1 + XL2 + …
- Condensatoren in serie: Ctotaal = XC1 + XC2 + …
- Spoel in parallelschakeling: Xtotaal = 1 / (1/XL1 + 1/XL2 …)
- Condensator in parallelschakeling: Ctotaal = 1 / (1/XC1 + 1/XC2 …)
Bereken Impedantie Stap 8 Stap 3. Trek de inductieve reactantie af van de capacitieve reactantie om de totale reactantie te krijgen
Aangezien het effect van de ene reactantie toeneemt naarmate het effect van de andere reactantie afneemt, hebben de twee reactanties de neiging elkaars effect te verminderen. Om de totale waarde te vinden, trekt u de grotere reactantiewaarde af van de kleinere reactantiewaarde.
U krijgt hetzelfde resultaat van de formule Xtotaal = |XC - XL|
Bereken Impedantie Stap 9 Stap 4. Bereken de impedantie van de weerstand en reactantie in een serieschakeling
Je kunt ze niet bij elkaar optellen omdat de twee waarden in verschillende fasen zitten. Dat wil zeggen, hun waarden veranderen in de loop van de tijd als onderdeel van de AC-cyclus, maar ze pieken op verschillende tijdstippen. Gelukkig kunnen we, wanneer alle componenten in serie staan (er is maar één draad), de eenvoudige formule gebruiken: Z = (R2 + X2).
De berekeningen achter deze formule hebben betrekking op 'phasors', hoewel ze ook gerelateerd lijken te zijn aan geometrie. We kunnen de twee componenten R en X voorstellen als de twee zijden van een rechthoekige driehoek, met de impedantie Z als de loodrechte zijde
Bereken Impedantie Stap 10 Stap 5. Bereken de impedantie van de weerstand en reactantie in een parallelle schakeling
Dit is een gebruikelijke manier om impedantie te berekenen, maar vereist begrip van complexe getallen. Dit is de enige manier om de totale impedantie van een parallelle schakeling met weerstand en reactantie te berekenen.
- Z = R + jX, met j als imaginaire component: (-1). Gebruik j in plaats van i om verwarring te voorkomen met I dat stroom vertegenwoordigt.
- U kunt deze twee nummers niet combineren. Een impedantie kan bijvoorbeeld worden geschreven als 60Ω + j120Ω.
- Als u twee van dergelijke circuits in een reeks hebt, kunt u de componenten van reële getallen en denkbeeldige componenten afzonderlijk toevoegen. Als Z. bijvoorbeeld1 = 60Ω + j120Ω en in serie geschakeld met een weerstand met Z2 = 20Ω, dan Ztotaal = 80Ω + j120Ω.
