Předměty:
- Sériové a paralelní obvody obecně
- Sériové zapojení v praxi
- Sériové připojení: vypočítat náhradní odpor
- Sériové zapojení: výpočet proudu a částečného napětí
- Paralelní připojení: výpočet náhradního odporu
- Paralelní zapojení: výpočet dílčích proudů
- Kombinovaný obvod
- Kombinované kruhové cvičení
Sériové a paralelní obvody obecně:
Na této stránce se podíváme na sériové obvody, paralelní obvody a kombinované obvody, které se používají v automobilové technice. Znalosti o základní elektronika je k tomu zapotřebí.
Sériové připojení:
Následující obvod ukazuje obvod s 12V baterií, pojistkou (F), sepnutým spínačem (S) a dvěma kontrolkami (L1 a L2). Záporný vodič lampy L1 je připojen ke kladnému vodiči lampy L2. Říkáme tomu sériové zapojení.
Proud oběma lampami je stejný. Napětí je rozložené. Protože byly v příkladu použity dvě lampy se stejným výkonem, napětí baterie 12 voltů se rozdělí na 6 voltů na lampu. Z tohoto důvodu nejsou výbojky v automobilové technice řazeny do série. Pokud se navíc vyskytne jedna vadná lampa, přeruší se celý obvod, což způsobí, že druhá lampa již nebude hořet.
Paralelní připojení:
V automobilové technice se téměř vždy zabýváme paralelními obvody. Následující obvod ukazuje obvod, ve kterém mají obě lampy L1 a L2 svůj vlastní kladný a zemnící vodič. Napětí na každém spotřebiči se rovná napětí baterie; to lze vidět na měření napětí. V tomto příkladu jsou použity stejné žárovky jako v sériovém zapojení; Zde však hoří jasněji, protože lampy nyní dostávají více napětí a proudu.
Další vlastností paralelního obvodu je, že pokud je jedna lampa vadná, neovlivňuje to činnost druhé lampy.
Sériové zapojení v praxi:
Jak je popsáno v předchozím odstavci, v automobilové technice téměř vždy jednáme se spotřebiteli připojenými paralelně. Koneckonců chceme co největší napětí a proud, aby spotřebitelé mohli pracovat, a co nejmenší riziko přerušení, pokud jeden ze spotřebitelů selže.
V praxi najdeme spotřebitele, které jsou umístěny v sériích, aby plnily svůj úkol. Jako příklad uvádíme motor vnitřního ventilátoru / topení. Pro regulaci otáček ventilátoru je v uzemňovacím spojení mezi elektromotorem a zemnícím bodem sériově umístěn odpor. Říkáme tomu také sériový rezistor.
Umístěním jednoho nebo více rezistorů do série se ztráta zvýší a napětí na elektromotoru se sníží.
Přečtěte si o tom více na stránce: sériový odpor ventilátoru prostoru pro cestující.
Může také dojít k nechtěnému sériovému připojení; například přechodový odpor v kladném nebo zemním spojení vedoucí ke ztrátě napětí (viz strana „měřit multimetrem").
Sériové připojení: vypočítat náhradní odpor:
Každý elektrický spotřebič má svůj vnitřní odpor. Vysoký odpor má za následek nízký proud; jinými slovy: odpor určuje sílu proudu. Dodávané napětí se rovná napětí zdroje (Ub nebo napětí baterie).
V tomto příkladu jsou spotřebiče (R1 a R2) zapojeny do série. Zápor R1 je spojen s kladným pólem R2. Proud přes odpory je stejný. Abychom vypočítali proud a nakonec i dílčí napětí pomocí Ohmova zákona, můžeme začít výpočtem náhradního odporu. Hodnoty odporu jsou následující:
- R1 = 15 Ω
- R2 = 10 Ω
Pro výpočet náhradního odporu nahradíme odpory R1 a R2 ve schématu Rv.
V sériovém obvodu můžeme sčítat hodnoty odporu dohromady. Vzorec a účinek jsou uvedeny níže.
Výsledek výpočtu nám ukazuje, že náhradní odpor je 25 Ohm. V následujících příkladech můžeme dále počítat s Rv.
Sériové zapojení: výpočet proudu a dílčích napětí:
V této části vypočítáme celkový proud a dílčí napětí na rezistorech R1 a R2. Pro začátek potřebujeme zdroj napětí (Ub). V tomto příkladu výpočtu je toto napětí 14 voltů.
Se známým napětím zdroje (Ub) a náhradním odporem (Rv) můžeme vypočítat celkový proud (I). Určujeme já s Ohmův zákon:
Proud v sériovém obvodu je stejný přes každý odpor. Zelená šipka na obrázku ukazuje směr proudění. Proud je 560 miliampérů.
Nyní, když je známý proud, můžeme vypočítat dílčí napětí. Používáme to k určení, kolik napětí každý rezistor „spotřebovává“.
- Napětí (U) na rezistoru R1 je označováno jako: UR1. Pomocí Ohmova zákona vynásobíme intenzitu proudu hodnotou odporu. Napětí na rezistoru je 8,4 V.
- Vypočítáme UR2 se stejným proudem, ale nyní s hodnotou odporu R2; toto napětí je 5,6 voltů.
Pro kontrolu můžete sečíst dílčí napětí a porovnat je s napětím zdroje. Sečteme UR1 a UR2 dohromady: to je 14 voltů. To se rovná napětí zdroje. Pokud dospějete k jiné odpovědi, může to být způsobeno malou odchylkou způsobenou mezizaokrouhlením nebo chybou ve výpočtu.
Paralelní připojení: vypočítat náhradní odpor:
V tomto příkladu jsou R1 a R2 zapojeny paralelně. Nyní již není mínus jednoho spotřebitele spojeno s plusem druhého. Napětí na rezistorech se nyní rovná napětí baterie. Proud je distribuován přes rezistory. Při stejných hodnotách odporu se celkový proud (I total, zkráceně It) dělí dvěma. Abychom ji vypočítali, musíme nejprve určit náhradní odpor. Opět nahradíme R1 a R2 jedním rezistorem, zvaným Rv. Dostaneme pak stejnou situaci jako v příkladu se sériovým zapojením. Hodnoty odporu jsou:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
V paralelním obvodu nemůžeme sčítat hodnoty odporu. Obecný vzorec je:
Zadáme hodnoty odporu R1 a R2:
Způsob 1: Vypočítáme výsledek desetiny a dvacátého a sečteme hodnoty dohromady.
Způsob 2: Dalším způsobem je výpočet náhradního odporu ve formě zlomků. Do rovnice opět zadáme hodnoty R1 a R2. Pod dělicími čarami (jmenovateli) jsou nerovná čísla; nemůžeme sečíst jmenovatele dohromady. Nejprve je proto učiníme eponymními. V tomto příkladu je to snadné: desetina přechází do dvacátého dvakrát, takže celou desetinu vynásobíme dvěma. Pak dostaneme dvě dvacetiny. V poměru je to stejné jako jedna desetina. Se stejnými jmenovateli můžeme sečíst zlomek: výsledkem jsou tři dvacetiny. Abychom vypočítali náhradní odpor, musíme zlomek obrátit: 2/RV se změní na RV/1 (můžeme pak odškrtnout /1) a tři dvacetiny se stanou 1 děleno 20. Výsledek 3 Ohm se rovná výsledku způsobu 6,67 .
Paralelní zapojení: výpočet dílčích proudů:
Celkový proud (It) můžeme vypočítat vydělením Ub a Rv navzájem:
Současný Itotaal bude rozdělen na I1 a I2. Přes R1 teče jiný proud než přes R2. Na přechodu se dílčí proudy opět spojí a proudí zpět k zápornému pólu baterie.
V paralelním zapojení se napětí na každém spotřebiči rovná napětí zdroje:
Do vzorců pro UR1 a UR2 zadáme stejnou hodnotu jako napětí baterie: v tomto případě 14 voltů. Vydělíme napětí hodnotami odporu a získáme dílčí proudy. Rezistorem R1 protéká proud 1,4 ampéru a odporem R2 700 miliampérů.
Když sečteme dva dílčí proudy dohromady, dostaneme celkový proud 2,1 ampéru.
Kombinovaný obvod:
U kombinovaného obvodu máme co do činění se sériovým a paralelním obvodem v jednom obvodu. Na obrázku vidíme, že odpor R1 je v sérii s paralelně zapojenými odpory R2 a R3. V praxi se s tím můžeme setkat u špatného kladného vodiče ke dvěma žárovkám: R1 je v tomto případě přechodový odpor, R2 a R3 jsou žárovky.
Proudy a napětí vypočítáme na základě následujících údajů:
- Ub = 12 voltů;
- R1 = 0,5 Ω
- R2 = 15 Ω
- R3 = 15 Ω
V paralelním obvodu víme, že napětí na rezistorech se rovná napětí zdroje. Protože nyní máme co do činění s kombinovaným obvodem, toto již neplatí; část zabírá R1. Napětí na R2 a R3 jsou však stejná.
Pro přehlednost rozdělujeme výpočty do 5 kroků.
1. Určete Rv paralelního zapojení:
R2 a R3 nahradíme Rv a pro usnadnění vypočítáme Rv ve formě zlomků.
Nyní je zde sériové zapojení: R1 samozřejmě zůstává 0,5 Ω a Rv je nyní 7,5 Ω
2. Určete Rv sériového zapojení:
V kroku 1 byl stanoven náhradní odpor R2 a R3. Náhradní rezistor byl v sérii s rezistorem R1.
V tomto kroku sečteme hodnoty odporu R1 a Rv dohromady, abychom znovu vypočítali náhradní odpor, ale nyní sériový obvod. Tento náhradní rezistor nazýváme: Rv' (s přízvukem), protože je to „druhý“ Rv v obvodu.
3. Vypočítejte celkovou částku:
Celkový proud je 1,5 A a protéká rezistorem R1 a náhradním rezistorem Rv'.
4. Vypočítejte dílčí napětí:
Přestavujeme schéma krok za krokem; dáme R1 a Rv do série, abychom vypočítali dílčí napětí UR1 a URv s celkovými hodnotami proudu a odporu.
Pro kontrolu: dílčí napětí sečtená dohromady odpovídají napětí zdroje: (UR1 + URv = Ub), takže zatím nedošlo k žádným chybám ve výpočtu.
5. Vypočítejte toky:
Opět dokončujeme harmonogram. V kroku 4 jsme určili, že napětí na rezistoru R1 je 0,75 voltu. Napětí na náhradním rezistoru Rv je 11,25 voltů. Protože v paralelním obvodu je napětí na spotřebičích stejné, víme, že napětí na obou R2 a R3 je 11,25 voltů.
Výsledky výpočtů ukazují, že celkový proud protéká přes R1 a proud je pak distribuován přes R2 a R3. Při nestejných hodnotách odporu se tyto proudy od sebe liší.
Kombinované kruhové cvičení:
V této části si můžete sami procvičit výpočet kombinovaného obvodu. Abyste si to usnadnili, můžete postupovat podle kroků 1 až 5 z předchozího odstavce. Rozšiřte plán krok za krokem o krok 6 pro výpočet dílčích napětí R4 a R5.
Datum:
- Ub = 10 voltů
- R1 = 1 Ω
- R2 = 10 Ω
- R3 = 4 Ω
- R4 = 5 Ω
- R5 = 15 Ω
Chtěl:
- Všechna dílčí napětí (UR1 až UR5)
- Všechny dílčí proudy.
Související stránky:
