Trở kháng là gì? Công thức và phương pháp đo trở kháng

Trong mạch điện xoay chiều, dòng điện không chỉ bị cản trở bởi điện trở mà còn chịu ảnh hưởng của điện dung và điện cảm. Tất cả những yếu tố này kết hợp lại tạo thành một đại lượng được gọi là trở kháng. Vậy trở kháng là gì, công thức tính và phương pháp đo trở kháng trong thực tế như thế nào?

Hãy cùng Dianyo Powergen đơn vị chuyên cung cấp máy phát điện công nghiệp tìm hiểu chi tiết về trong bài viết dưới đây.

Trở kháng là gì? 

Trở kháng (tiếng Anh: Impedance) là một đại lượng vật lý thể hiện mức độ cản trở dòng điện của mạch điện khi có một hiệu điện thế được đặt vào. Trở kháng chính là điện trở tổng hợp trong mạch điện xoay chiều, bao gồm cả điện trở (R) và phản kháng (X) yếu tố chịu ảnh hưởng của điện cảm và điện dung.

Trở kháng được ký hiệu bằng chữ Z và đơn vị đo là Ω (Ohm). Trong mạch điện một chiều (DC), trở kháng chỉ bao gồm điện trở thuần. Tuy nhiên, trong mạch xoay chiều (AC), trở kháng còn thể hiện độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện, giúp mô tả chính xác hơn hành vi thực tế của dòng điện trong các thiết bị điện.

Công thức tính trở kháng chi tiết nhất

Để hiểu rõ trở kháng là gì, việc nắm vững công thức tính trở kháng là rất quan trọng. Thông qua đó, người kỹ sư hoặc kỹ thuật viên có thể đánh giá chính xác khả năng dẫn điện và cách điện của mạch điện trong thực tế.

Công thức tổng quát để tính trở kháng là: Z = R + X

Trong đó:

• R: là điện trở (Resistance)

• X: là điện kháng (Reactance)

Tùy vào loại dòng điện một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC) công thức tính trở kháng sẽ có sự khác nhau.

1. Trở kháng trong dòng điện một chiều (DC)

Với dòng điện một chiều, tụ điện có trở kháng rất lớn do cấu tạo gồm hai bản dẫn song song được ngăn cách bởi lớp cách điện. Trong khi đó, cuộn cảm có trở kháng gần như bằng không, hoạt động như một dây dẫn thông thường.

Giá trị trở kháng trong mạch điện một chiều được xác định bởi điện trở thực tế của các linh kiện: Z = R

2. Trở kháng trong dòng điện xoay chiều (AC)

Trong dòng điện xoay chiều là loại dòng điện phổ biến trong dân dụng và sản xuất hiện nay, tại đó trở kháng phức tạp hơn so với dòng điện một chiều do xuất hiện sự lệch pha giữa điện áp và dòng điện.

- Tụ điện (C): Dòng điện sớm pha π/2 so với hiệu điện thế.

- Cuộn cảm (L): Dòng điện trễ pha π/2 so với hiệu điện thế.

- Điện trở (R): Dòng điện cùng pha với hiệu điện thế.

Giá trị trở kháng của từng phần tử được tính như sau: 

- Điện trở

Công thức tính điện trở kháng là: ZR = R.

- Tụ điện

Công thức tính trở kháng là: ZC = RC + XC

Trong đó:

• RC là điện kháng của tụ điện.

• Trong đó, ω là tần số góc của dòng điện xoay chiều (ω = 2πf).

- Cuộn dây

Trở kháng của cuộn cảm được tính bằng tổng điện kháng ứng kết hợp với điện ứng của cuộn dây: ZL = RL + XL

Trong đó:

• RL được biến đến là điện kháng của cuộn dây.

• XL là điện ứng của cuộn dây (XL = ωL, L là điện cảm Inductance của cuộn dây).

Các phương pháp đo trở kháng phổ biến

Một số thiết bị đo phổ biến gồm máy đo trở kháng, máy đo LCR và máy phân tích trở kháng. Dưới đây là các phương pháp đo trở kháng phổ biến nhất:

Phương pháp đo trở kháng cầu nối

Phương pháp cầu nối (Bridge Method) là phương pháp sử dụng mạch cầu điện để xác định giá trị trở kháng khi chưa biết rõ điện trở của mạch. Trong quá trình đo, người vận hành cần điều chỉnh mạch để đạt trạng thái cân bằng điện thế, thông qua điện kế mang lại độ chính xác cao, thích hợp trong các phép đo cần sai số nhỏ. Tuy nhiên không phù hợp với phép đo tốc độ cao hoặc trong các mạch có tín hiệu thay đổi nhanh.

Phương pháp đo trở kháng IV

Phương pháp IV (Current - Voltage Method) hoạt động dựa trên nguyên tắc đo đồng thời dòng điện (I) và điện áp (V) trong mạch để tính ra trở kháng theo công thức: Z = V / I

Phương pháp này sử dụng để đo trở kháng của mạch nối đất, giúp xác định mức độ ổn định và an toàn trong hệ thống điện. Tuy nhiên, khi giá trị trở kháng tăng cao, độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi đặc tính của vôn kế đo.

Phương pháp đo trở kháng RF-IV

Phương pháp RF-IV là phiên bản mở rộng của phương pháp IV, áp dụng trong các phép đo tần số cao.

Cách đo này sử dụng mạch phù hợp trở kháng đồng trục cùng đầu nối đồng trục tần số cao, giúp đo chính xác trở kháng trong các mạch băng rộng hoặc mạch cao tần.

Tuy nhiên, băng tần đo có thể bị giới hạn bởi máy biến áp của đầu thử nghiệm, nên phương pháp này thường chỉ được dùng trong phòng thí nghiệm hoặc hệ thống kỹ thuật cao cấp.

Sử dụng máy đo trở kháng

Ngoài các phương pháp truyền thống, việc sử dụng máy đo trở kháng chuyên dụng đang ngày càng phổ biến trong công nghiệp.

Thiết bị này giúp đo nhanh - chính xác - tiện lợi, đồng thời cung cấp nhiều thông số điện khác nhau chỉ trong một phép đo.

Máy đo trở kháng hiện đại thường được tích hợp các tính năng nổi bật như:

• Đo được cả điện trở, điện cảm và điện dung trong cùng một thiết bị.

• Cho phép đo liên tục, độ chính xác cao và sai số thấp.

• Thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng, hoạt động bền bỉ trong môi trường công nghiệp.

Kết luận

Việc hiểu rõ trở kháng là gì và sử dụng đúng máy đo trở kháng không chỉ giúp đảm bảo an toàn điện mà còn duy trì hiệu suất ổn định của hệ thống điện cũng như máy phát điện công nghiệp. Đây là một bước quan trọng trong quy trình kiểm tra, bảo trì định kỳ mà bất kỳ kỹ thuật viên hay doanh nghiệp nào vận hành máy phát điện công suất lớn nào cũng cần nắm vững. Mọi vướng mắc xin vui lòng liên hệ với Dianyo Powergen  để được tư vấn và giải đáp nhanh chóng.