Newsletter Subscribe
Enter your email address below and subscribe to our newsletter
ByRedakcja
Impedancja w obwodach prądu przemiennego: Wszystko, co powinieneś wiedzieć
Share your love
Impedancja opisuje zależność między natężeniem prądu i napięciem w obwodach prądu przemiennego. Rozszerza pojęcie rezystancji znane z obwodów prądu stałego. Wzór podstawowy wygląda tak: Z = R + jX, gdzie R oznacza rezystancję, a X reaktancję. Jednostką impedancji jest om (Ω), tak samo jak zwykłego oporu elektrycznego. Termin wprowadził w 1892 roku angielski fizyk Oliver Heaviside – wywodzi się od angielskiego impede, czyli wstrzymywać lub utrudniać.
W tym artykule przeczytasz o:
Rezystancja i reaktancja – dwie składowe impedancji
Impedancja to wielkość zespolona zbudowana z dwóch elementów. Rezystancja, czyli część rzeczywista, to opór, jaki materiał przewodnika stawia prądowi – taki sam dla obwodów prądu stałego i przemiennego. Reaktancja, część urojona, pojawia się dopiero wtedy, gdy w obwodzie są cewki lub kondensatory. Odpowiada za przesunięcie fazowe między prądem a napięciem.
Reaktancja ma dwa rodzaje. Cewki wytwarzają reaktancję indukcyjną XL, która rośnie proporcjonalnie do częstotliwości według wzoru XL = 2·π·f·L. Kondensatory wytwarzają z kolei reaktancję pojemnościową XC, malejącą wraz ze wzrostem częstotliwości: XC = 1/(2·π·f·C). W obwodzie zbudowanym wyłącznie z rezystorów impedancja równa się rezystancji. Gdy dojdą elementy reaktywne, impedancja rośnie i dopiero wtedy w pełni opisuje zachowanie całego obwodu.
Jak obliczyć impedancję
Moduł impedancji, nazywany też zawadą, liczy się ze wzoru |Z| = √(R² + X²). Prawo Ohma dla prądu przemiennego zapisuje się jako U = I × Z. W praktyce impedancję da się wyznaczyć też pośrednio: zmierzyć napięcie skuteczne Usk i natężenie skuteczne Isk, a potem policzyć Z = Usk / Isk.
Przy łączeniu elementów obowiązują zasady podobne do tych znanych z rezystorów. Dla połączenia szeregowego impedancja zastępcza to suma impedancji składowych: Zs = Z1 + Z2 + … + Zn. Dla połączenia równoległego wygodniej posłużyć się admitancją Y, czyli odwrotnością impedancji, wyrażaną w simensach [S]: 1/Zp = 1/Z1 + 1/Z2 + … + 1/Zn.
Rezonans w obwodach RLC
W szeregowym obwodzie RLC – rezystor, cewka i kondensator razem – impedancja osiąga minimum równe rezystancji R przy częstości rezonansowej ωr = 1/√(LC). Przy tej częstości prąd w obwodzie osiąga maksimum. To właśnie rezonans. Zjawisko to leży u podstaw działania filtrów elektrycznych i obwodów dostrojonych, wykorzystywanych między innymi w technice radiowej.
Dopasowanie impedancji w sprzęcie audio
W sprzęcie hi-fi impedancja sama w sobie nie mówi o jakości urządzenia. Jest za to ważnym parametrem przy doborze głośników do wzmacniacza – chodzi o techniczne dopasowanie, dzięki któremu oba urządzenia współpracują efektywnie. Jedna z zasad stosowanych przy projektowaniu torów audio mówi, że impedancja wejściowa wzmacniacza powinna być co najmniej dziesięć razy większa od impedancji źródła sygnału.
Pomiar impedancji w praktyce
Do pomiaru impedancji służą mierniki LCR oraz analizatory impedancji – precyzyjnie określają charakterystykę badanego obwodu. Osobną kategorią jest pomiar impedancji pętli zwarcia (IPZ) w instalacjach elektrycznych: to całkowity opór obwodu, przez który popłynie prąd w chwili zwarcia, od transformatora przez przewód fazowy, przez miejsce zwarcia i z powrotem przewodem ochronnym. Dla popularnego wyłącznika B16 impedancja pętli zwarcia nie może przekraczać 2,87 Ω zgodnie z normą PN-HD 60364-4-41. Elektryk mierzy ją specjalistycznym miernikiem IPZ metodą spadku napięć, a do podpisania protokołu potrzebuje uprawnień SEP grupy G1.
Najczęściej zadawane pytania
Czym różni się impedancja od rezystancji?
Rezystancja to opór, jaki materiał przewodnika stawia prądowi – dotyczy obwodów prądu stałego i przemiennego, ale nie uwzględnia przesunięcia fazowego. Impedancja jest pojęciem szerszym: łączy rezystancję (część rzeczywistą) z reaktancją (część urojoną). W obwodzie złożonym wyłącznie z rezystorów impedancja równa się rezystancji. Gdy pojawią się cewki lub kondensatory, impedancja robi się od niej większa.
Jak się liczy impedancję?
Moduł impedancji liczy się ze wzoru |Z| = √(R² + X²), gdzie R to rezystancja, a X reaktancja. Można też wyznaczyć ją pośrednio ze wzoru Z = Usk / Isk, mierząc napięcie i natężenie skuteczne w obwodzie prądu przemiennego.
Jaka jest maksymalna impedancja pętli zwarcia B16?
Dla wyłącznika nadprądowego typu B16 impedancja pętli zwarcia nie może przekraczać 2,87 Ω. Wymaga tego norma PN-HD 60364-4-41 – zabezpieczenie musi zadziałać w czasie nie dłuższym niż 0,4 sekundy od chwili zwarcia.
Źródła:
