Determinarea Experimentală a Impedanțelor Electrice

În lucrare sunt prezentate metoda voltampermetrică, metoda celor trei volmetre, a măsurării lui U, I şi P, precum şi punţii de c.a. pentru măsurarea impedanţelor.

Consideraţii generale

Impedanţa Z se defineşte ca raportul dinte tensiunea aplicată şi curentul ce trece prin circuit, între punctele considerate. Circuitele de c.c. conţin rezistoare, caracterizate prin rezistenţă electrică R; cele de c.a. conţin rezistoare, bobine, condensatoare, ce sunt caracterizate global prin impedanţă.

Modulul impedanţei este relaţie în care U este valoarea efectivă a tensiunii, I valoarea efectivă a curentului, R este rezistenţa (componenta activă a impedanţei) iar X este reactanţa (componenta reactivă a impedanţei). Totodată reactanţa este: , relaţie în care XL=ωL reprezintă reactanţa inductivă a unei bobine de inductivitate L, iar reprezintă reactanţa capacitivă a unui condensator de capacitate C, în ambele expresii ω reprezentând pulsaţia curentului alternativ (ω=2πf). Din relaţia de definiţie a impedanţei rezultă unitatea ei de măsură: ohmul [V/A].

Argumentul (unghiul de fază) al impedanţei este:

În complex, expresia impedanţei este Z=R+jX.

O bobină fizică este caracterizată prin inductivitate L şi rezistenţă RB, iar global, prin impedanţa Z. Inductivitatea (inductanţa) bobinei se măsoară în henry (H). Măsurarea impedanţei Z a bobinei se face indirect, prin metoda voltampermetrică (fig.1),

Dacă alimentăm acelaşi circuit în c.c., putem determina rezistenţa RB a bobinei din legea lui Ohm. Ne va rezulta valoarea inductivităţii:.

În laborator, frecvenţa f a curentului alternativ este 50 Hz.

Inductivitatea bobinei se mai poate determina indirect, măsurând tensiunea, curentul şi puterea activă din circuit (fig.2)

Pentru a determina parametrii unei bobine se poate folosi şi metoda celor trei voltmetre, măsurând căderile de tensiune pe un rezistor (UR) şi bobină (UZ), precum şi tensiunea la borne U (fig.3). Din teorema a doua a lui Kirchoff se obţine (suma geometrică). Construind grafic triunghiul tensiunilor (fig.4), ne rezultă căderea de tensiune rezistivă pe bobină URB, respectiv inductivă UXB, iar parametrii bobinei se determină prin calcul.