インピーダンスとは何か




「インピーダンスとは何か」ということを、一言でいえば「交流回路の電圧と電流の比」になります。ちなみに、直流回路の「電圧と電流の比」は、抵抗ということになります。

ここでは、交流回路におけるインピーダンスについて説明します。


インピーダンスとは電圧と電流の比

交流の電源にモーターやテレビなどの電気製品をつなぐと、当然ですが回路に電流が流れます。このときの回路の電圧と電流の比を インピーダンス といいます。

インピーダンスは、交流回路において電流の流れを妨げる働きするものと言えます。
つまり、電流の流れにくさを表しています。

●インピーダンスにはカタチがない

インピーダンスとは 電圧と電流の比 のことであり、抵抗やコイルのように形(カタチ)があるものではありません。

一般的に交流回路の負荷は \(\dot{Z}\) を使って負荷インピーダンスを表します。

\(\dot Z\)

記号の上に・(ドット)があるときは \(\dot Z\) はベクトルであることを表していて、ドットが無い \(Z\) のときは数値などのスカラー量を表します。スカラー量は、大きさのみで方向を持ちません。

具体的に回路を考えてみましょう

次の図のように、抵抗、コイル、コンデンサが直列になっている(RLC直列回路)負荷を、交流電源 \(\dot{E}\quad[\rm V]\) に、接続した回路の負荷端子電圧を \(\dot{V}\quad[\rm V]\) 、電流を \(\dot{I}\quad[\rm A]\) とします。

このときの、電圧 \(\dot{V}\) と電流 \(\dot{I}\) の比を、インピーダンスといいます。

このときの負荷のインピダンスを図にすると、次のようになります。この回路では、誘導性リアクタンスが大きいので遅れ力率になります。

力率を改善するためのものとして、進相コンデンサ を使用することがあります。

容量性リアクタンスが大きい場合は、図のように下向きの三角形になります。リアクタンス \(X\) は負になりますので、進み力率になります。

力率を改善するためのものとして、分路リアクトル を使用することがあります。

●インピーダンスの記号と単位

インピーダンスの記号には \(Z\) を使い、単位には抵抗と同じようにオーム \([Ω]\) を使います。

●交流回路においても、オームの法則が成立します

オームの法則は交流回路でも使うことができます。次の式を見れば分かる通り、抵抗  \(R\) の部分がインピーダンス \(Z\) に変わっただけです。

\(\dot{Z}=\cfrac{\dot{V}}{\dot{I}}\quad[Ω]\cdots\)インピーダンス

\(\dot{V}=\dot{Z}\dot{I}\quad[\rm V]\cdots\)電圧

\(\dot{I}=\cfrac{\dot{V}}{\dot{Z}}\quad[\rm A] \cdots\)電流

●インピーダンス \(\dot{Z}\) は、複素数で次のように表されます

\(\dot{Z}=R+jX\quad[Ω]\)

実数部は、抵抗 \(R\)
虚数部は、リアクタンス \(X\) とします。

また、リアクタンスは
 誘導性リアクタンス \(X_L\) と
 容量性リアクタンス \(X_C\) からなっています。

コイルのリアクタンスのことを誘導性リアクタンスと呼び \(X_L\) で表わします。

誘導性リアクタンス
\(X_L=jωL\quad[Ω]\)

コンデンサのリアクタンスのことを容量性リアクタンスと呼び \(X_C\) で表わします。

容量性リアクタンス
\(X_C=\cfrac{1}{jωC}=-j\cfrac{1}{ωC}\quad[Ω]\)

●インピーダンスの大きさを求める場合

\(Z=\sqrt{R^2+X^2}\quad[Ω]\) から求めることができます。

以上で「インピーダンスとは何か」の説明を終わります。




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