Was ist elektrische Impedanz?

In Gleichstromkreisen spielt der Widerstand R eine wichtige Rolle. Bei sinusförmigen Wechselstromkreisen ist dies nicht mit nur einem aktiven Widerstand möglich. Während in Gleichstromkreisen die Kapazitäten und Induktivitäten nur bei transienten Vorgängen spürbar sind, treten diese Komponenten in Wechselstromkreisen deutlich stärker in Erscheinung.

Für eine adäquate Berechnung von Wechselstromkreisen wird daher der Begriff „elektrische Impedanz“ eingeführt – Z oder der komplexe (Gesamt-)Widerstand eines zweiseitigen Netzwerks gegenüber einem harmonischen Signal. Manchmal sagen sie einfach „Impedanz“ und lassen das Wort „elektrisch“ weg.

Das Konzept der Impedanz ermöglicht die Anwendung Ohmsches Gesetz auf Abschnitte von Wechselstrom-Sinusstromkreisen... Die Manifestation der doppelseitigen (ladenden) induktiven Komponente führt zu einer Verzögerung des Stroms gegenüber der Spannung bei einer bestimmten Frequenz und die Manifestation der kapazitiven Komponente - zur Verzögerung der Spannung gegenüber dem Strom. Die aktive Komponente verursacht keine Verzögerung zwischen Strom und Spannung und wirkt im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie in einem Gleichstromkreis.

Die Impedanzkomponente, die die kapazitiven und induktiven Komponenten enthält, wird als Blindkomponente dargestellt in Form einer komplexen Zahl, wobei j die imaginäre Einheit ist (die imaginäre Einheit zum Quadrat ist minus 1).

Dabei ist deutlich zu erkennen, dass sich der Blindanteil Der Strom im Stromkreis wird als Ganzes positiv sein, das heißt, der Strom im Stromkreis wird der Spannung nacheilen, aber wenn die kapazitive Komponente vorherrscht, dann wird die Spannung dem Strom nacheilen.

Schematisch ist dieses Zwei-Terminal-Netzwerk in der gegebenen Form wie folgt dargestellt:

Im Prinzip kann jedes lineare Zweitor-Netzwerkdiagramm auf eine ähnliche Form reduziert werden. Hier können Sie den Wirkanteil R, der nicht von der Stromfrequenz abhängt, und den Blindanteil X, der den kapazitiven und induktiven Anteil umfasst, bestimmen.

Aus dem grafischen Modell, in dem die Widerstände durch Vektoren dargestellt werden, geht hervor, dass der Modul der Impedanz für eine gegebene Frequenz eines Sinusstroms als Länge des Vektors berechnet wird, der die Summe der Vektoren X und R ist. Impedanz wird in Ohm gemessen.

In der Praxis finden sich in der Beschreibung sinusförmiger Wechselstromkreise hinsichtlich der Impedanz Begriffe wie „aktiv-induktiver Charakter der Last“ oder „aktiv-kapazitive Last“ oder „rein aktive Last“. Das bedeutet Folgendes:

• Überwiegt im Stromkreis der Einfluss der Induktivität L, dann ist der Blindanteil X positiv, während der Wirkanteil R klein ist – es handelt sich um eine induktive Last. Ein Beispiel für eine induktive Last ist ein Induktor.

• Wenn im Stromkreis der Einfluss der Kapazität C überwiegt, ist der Blindanteil X negativ, während der Wirkanteil R klein ist – es handelt sich um eine kapazitive Last. Ein Beispiel für eine kapazitive Last ist ein Kondensator.

• Überwiegt im Stromkreis der Wirkwiderstand R, während der Blindanteil X klein ist, handelt es sich um eine Wirklast. Ein Beispiel für eine aktive Last ist eine Glühlampe.

• Wenn die aktive Komponente R im Stromkreis von Bedeutung ist, die induktive Komponente jedoch gegenüber der kapazitiven Komponente überwiegt, das heißt, die reaktive Komponente X positiv ist, wird die Last als aktiv-induktiv bezeichnet. Ein Beispiel für eine aktiv-induktive Last ist ein Induktionsmotor.

• Wenn der aktive R-Anteil im Stromkreis signifikant ist, während der kapazitive Anteil gegenüber dem induktiven Anteil überwiegt, also der Blindanteil X negativ ist, wird die Last als aktiv-kapazitiv bezeichnet. Ein Beispiel für eine aktiv-kapazitive Last ist die Stromversorgung einer Leuchtstofflampe.

Siehe auch:Was ist der Leistungsfaktor (Cosinus Phi)?