Av S. Hussain Ather , Uppdaterad 24 mars 2022
Bildkredit:Kbarzycki/iStock/GettyImages
Likström (DC) flyter i en enda, konstant riktning. Växelström (AC) vänder periodiskt om riktningen och producerar en sinusformad vågform som kan beskrivas av dess frekvens.
I en DC-krets beskrivs förhållandet mellan spänning (V), ström (I) och resistans (R) av Ohms lag:V =IR . Samma lag gäller för AC, men motståndet ersätts av impedans (Z), som fångar både resistiva och reaktiva effekter.
Impedans kan uttryckas som ett komplext tal:Z =R + jX , där R är det verkliga motståndet och X är reaktansen som induktorer och kondensatorer bidrar med.
För sinusformade källor är den momentana strömmen I =I_msin(ωt + θ) , där I_m är toppströmmen, ω =2πf är vinkelfrekvensen och θ är fasförskjutningen. Motsvarande spänning är V =V_msin(ωt) .
Att dividera spänning med ström ger impedansen:
Z =V_msin(ωt) / (I_msin(ωt + θ))
Reaktanser definieras som:
Induktiv reaktans: X_L =2πfL (i ohm, där L är induktans i henries).
Kapacitiv reaktans: X_C =1 / (2πfC) (i ohm, där C är kapacitans i farads).
Storleken på den totala impedansen för vanliga konfigurationer är:
I en parallell RLC-krets är den totala strömmen från källan lika med vektorsumman av strömmarna genom varje gren:
I_S² =I_R² + (I_L – I_C)²
Varje grens impedans kan beräknas utifrån dess spänning:R =V / I_R , X_L =V / I_L , X_C =V / I_C . Den totala antagningen (Y =1/Z ) är då:
Y =√[(1/R)² + (1/X_L – 1/X_C)²]
I en serie RLC flyter samma ström genom alla komponenter. Spänningsfall över varje element adderar algebraiskt till matningsspänningen:
V_S – V_R – V_L – V_C =0
Där V_R =IR , V_L =IX_Lsin(ωt + 90°) , och V_C =IX_Csin(ωt – 90°) . Fasförhållandena visar att induktorer leder spänningen med 90°, medan kondensatorer släpar efter med 90°.
Att förstå skillnaden mellan DC-resistans och AC-impedans är viktigt för att designa kraftdistributionssystem, välja komponenter för elektroniska kretsar och felsöka elektriska problem. Noggranna impedansberäkningar gör det möjligt för ingenjörer att förutsäga spänningsfall, effektförluster och fasförskjutningar i verkliga tillämpningar.
Medan den underliggande fysiken för elektriska kretsar förblir densamma, introducerar närvaron av alternerande signaler reaktiva element som förändrar hur vi beräknar motstånd. Genom att tillämpa Ohms lag på impedans och använda rätt formler för induktiv och kapacitiv reaktans, kan ingenjörer exakt modellera både DC- och AC-kretsar för optimal prestanda.
