Mi az elektromos impedancia?
Az egyenáramú áramkörökben az R ellenállás fontos szerepet játszik. Ami a szinuszos váltóáramú áramköröket illeti, akkor ez nem lehetséges egyetlen aktív ellenállással. Valójában, ha az egyenáramú áramkörökben a kapacitások és az induktivitások csak tranziens folyamatok során észlelhetők, akkor az AC áramkörökben ezek az összetevők sokkal jelentősebben jelentkeznek.
Ezért a váltakozó áramú áramkörök megfelelő kiszámításához bevezetik az "elektromos impedancia" kifejezést - Z vagy egy kétvégű hálózat komplex (teljes) ellenállását a harmonikus jellel szemben. Néha csak azt mondják, hogy „impedancia”, elhagyva az „elektromos” szót.
Az impedancia fogalma lehetővé teszi az alkalmazást Ohm törvénye a váltakozó áramú szinuszos áramkörök szakaszaira... A kétvégű (terheléses) induktív komponens megnyilvánulása az áram késleltetéséhez vezet a feszültségtől egy adott frekvencián, a kapacitív komponens megnyilvánulása pedig - a feszültség lemaradásához az áramtól. Az aktív komponens nem okoz késleltetést az áram és a feszültség között, lényegében ugyanúgy működik, mint egy egyenáramú áramkörben.
A kapacitív és induktív komponenseket tartalmazó impedanciakomponenst X reaktív komponensnek nevezzük. Grafikusan az impedancia R aktív komponense ábrázolható az oX tengelyen, a reaktív komponens pedig az oY tengelyen, ekkor az impedancia egésze egy komplex számot ábrázol, ahol j a képzeletbeli egység (a képzetes egység négyzetében mínusz 1).
Ebben az esetben jól látható, hogy az X reaktív komponens kapacitív és induktív komponensekre bontható, amelyek ellentétes irányúak, azaz ellenkező hatást fejtenek ki az áramfázisra: az induktív komponens túlsúlyával az impedancia Az áramkör egésze pozitív lesz, vagyis az áramkörben lévő áram lemarad a feszültségtől, de ha a kapacitív komponens dominál, akkor a feszültség elmarad az áramerősségtől.
Sematikusan ezt a két terminálos hálózatot az adott formában a következőképpen ábrázoljuk:
Elvileg bármilyen lineáris, kétportos hálózati diagram redukálható hasonló formára. Itt határozható meg az R aktív komponens, amely nem függ az áramfrekvenciától, és az X reaktív komponens, amely a kapacitív és induktív komponenseket tartalmazza.
A grafikus modellből, ahol az ellenállásokat vektorok ábrázolják, jól látható, hogy az impedancia modulusát egy adott frekvenciájú szinuszos áramhoz a vektor hosszaként számítjuk ki, amely az X és R vektorok összege. Impedancia ohmban mérik.
Gyakorlatilag a szinuszos váltakozóáramú áramkörök impedancia szerinti leírásaiban olyan kifejezések találhatók, mint a "terhelés aktív-induktív jellege" vagy "aktív-kapacitív terhelés" vagy "tisztán aktív terhelés". Ez a következőket jelenti:
-
Ha az L induktivitás hatása érvényesül az áramkörben, akkor az X reaktív komponens pozitív, míg az R aktív komponens kicsi - ez induktív terhelés. Az induktív terhelésre példa az induktor.
-
Ha az áramkörben a C kapacitás befolyása dominál, akkor az X reaktív komponens negatív, míg az R aktív komponens kicsi - ez kapacitív terhelés. A kapacitív terhelésre példa a kondenzátor.
-
Ha az R aktív ellenállás dominál az áramkörben, miközben az X reaktív komponens kicsi, akkor aktív terhelésről van szó. Az aktív terhelésre példa az izzólámpa.
-
Ha az áramkörben az R aktív komponens jelentős, de az induktív komponens érvényesül a kapacitív komponenssel szemben, vagyis az X reaktív komponens pozitív, akkor a terhelést aktív-induktívnak nevezzük. Az aktív-induktív terhelésre példa az indukciós motor.
-
Ha az áramkörben az aktív R komponens jelentős, miközben a kapacitív komponens az induktív komponenssel szemben érvényesül, vagyis az X reaktív komponens negatív, akkor a terhelést aktív-kapacitívnak nevezzük. Az aktív-kapacitív terhelésre példa a fénycső táplálása.