emner:
- Serie- og parallelkredsløb generelt
- Serieforbindelse i praksis
- Serieforbindelse: beregn udskiftningsmodstand
- Serieforbindelse: Beregn strøm og delspænding
- Parallelforbindelse: Beregn udskiftningsmodstand
- Parallelforbindelse: Beregn delstrømme
- Kombineret kredsløb
- Kombineret kredsløbsøvelse
Serie- og parallelkredsløb generelt:
På denne side ser vi på seriekredsløb, parallelle kredsløb og kombinerede kredsløb, der bruges i bilteknologi. Kendskabet til grundlæggende elektronik er påkrævet hertil.
Serieforbindelse:
Følgende kredsløb viser et kredsløb med et 12 volt batteri, en sikring (F), lukket kontakt (S) og to lamper (L1 og L2). Den negative ledning af lampe L1 er forbundet med den positive ledning af lampe L2. Vi kalder dette en serieforbindelse.
Strømmen gennem begge lamper er den samme. Spændingen er fordelt. Fordi der blev brugt to lamper med samme effekt i eksemplet, deler batterispændingen på 12 volt sig i 6 volt pr. lampe. Af denne grund er lamper i bilteknologi ikke placeret i serie. Desuden, hvis en defekt lampe opstår, vil hele kredsløbet blive afbrudt, hvilket får den anden lampe til ikke længere at brænde.
Parallel forbindelse:
Inden for bilteknologi beskæftiger vi os næsten altid med parallelle kredsløb. Følgende kredsløb viser kredsløbet, hvor lamperne L1 og L2 begge har deres egen positive og jordede ledning. Spændingen over hver forbruger er lig med batterispændingen; dette kan ses på voltmålingen. I dette eksempel anvendes de samme lamper som i serieforbindelsen; Men her brænder de kraftigere, fordi lamperne nu får mere spænding og strøm.
En anden egenskab ved et parallelkredsløb er, at hvis en lampe er defekt, påvirker det ikke den anden lampes funktion.
Serieforbindelse i praksis:
Som beskrevet i det foregående afsnit har vi i bilteknologi næsten altid at gøre med forbrugere, der er forbundet parallelt. Vi ønsker jo så meget spænding og strøm som muligt for at give forbrugerne mulighed for at arbejde, og så lille risiko for forstyrrelser som muligt, hvis en af forbrugerne svigter.
I praksis finder vi forbrugere, der er sat i serier for at udføre deres opgave. Vi tager den indvendige blæser/varmemotor som eksempel. For at regulere blæserens hastighed placeres en modstand i serie i jordforbindelsen mellem elmotoren og jordpunktet. Vi kalder dette også en seriemodstand.
Ved at placere en eller flere modstande i serie, øges tabet, og spændingen over elmotoren falder.
Læs mere om dette på siden: seriemodstand for kabineventilatoren.
Der kan også være en uønsket serieforbindelse; for eksempel en overgangsmodstand i en positiv eller jordforbindelse, der resulterer i spændingstab (se siden "mål med multimeteret").
Serieforbindelse: beregn udskiftningsmodstand:
Hver elektrisk forbruger har en intern modstand. En høj modstand resulterer i en lav strøm; med andre ord: modstanden bestemmer strømstyrken. Den leverede spænding er lig med kildespændingen (Ub eller batterispændingen).
I eksemplet er forbrugerne (R1 og R2) forbundet i serie. Den negative af R1 er forbundet med den positive af R2. Strømmen gennem modstandene er ens. For at beregne strømmen og i sidste ende partialspændingerne ved hjælp af Ohms lov, kan vi starte med at beregne erstatningsmodstanden. Modstandsværdierne er som følger:
- R1 = 15 Ω
- R2 = 10 Ω
For at beregne udskiftningsmodstanden erstatter vi modstandene R1 og R2 i diagrammet med Rv.
I et seriekredsløb kan vi lægge modstandsværdierne sammen. Formlen og effekten er vist nedenfor.
Resultatet af beregningen viser os, at udskiftningsmodstanden er 25 Ohm. I de følgende eksempler kan vi yderligere beregne med Rv.
Serieforbindelse: Beregn strøm- og delspændinger:
I dette afsnit beregner vi den samlede strøm og delspændingerne over modstandene R1 og R2. Til at starte med har vi brug for en kildespænding (Ub). I dette regneeksempel er denne spænding 14 volt.
Med en kendt kildespænding (Ub) og erstatningsmodstand (Rv) kan vi beregne den samlede strøm (I). Vi bestemmer jeg'et med Ohms lov:
Strømmen i et seriekredsløb er den samme gennem hver modstand. Den grønne pil i figuren angiver strømningsretningen. Strømmen er 560 milliampere.
Nu hvor strømmen er kendt, kan vi beregne delspændingerne. Vi bruger dette til at bestemme, hvor meget spænding hver modstand "forbruger".
- Spændingen (U) over modstanden R1 omtales som: UR1. Ved at bruge Ohms lov multiplicerer vi strømintensiteten med modstandsværdien. Spændingen over modstanden er 8,4 volt.
- Vi beregner UR2 med samme strøm, men nu med modstandsværdien R2; denne spænding er 5,6 volt.
For at kontrollere kan du lægge delspændingerne sammen og sammenligne dem med kildespændingen. Vi lægger UR1 og UR2 sammen: dette er 14 volt. Dette er lig med kildespændingen. Kommer du frem til et andet svar, kan det skyldes en lille afvigelse på grund af mellemafrunding eller en fejl i beregningen.
Parallelforbindelse: beregn udskiftningsmodstand:
I dette eksempel er R1 og R2 forbundet parallelt. Nu er minus for den ene forbruger ikke længere forbundet med den andens plus. Spændingen over modstandene er nu lig med batterispændingen. Strømmen fordeles over modstandene. Med ens modstandsværdier divideres den samlede strøm (I total, forkortet som It) med to. For at beregne det skal vi først bestemme udskiftningsmodstanden. Endnu en gang erstatter vi R1 og R2 med en modstand, kaldet Rv. Vi får så samme situation som i eksemplet med serieforbindelsen. Modstandsværdierne er:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
I et parallelkredsløb kan vi ikke tilføje modstandsværdierne. Den generelle formel er:
Vi indtaster modstandsværdierne for R1 og R2:
Vej 1: Vi beregner resultatet af en tiendedel og en tyvendedel og lægger værdierne sammen.
Vej 2: En anden måde er at beregne erstatningsmodstanden i brøkform. Vi indtaster igen værdierne af R1 og R2 i ligningen. Under skillelinjerne (nævnerne) er der ulige tal; vi kan ikke lægge nævnerne sammen. Vi gør dem derfor først eponyme. I dette eksempel er det nemt: en tiendedel går ind i en tyvendedel to gange, så vi ganger en hel tiendedel med 2. Vi får så to tyvendedele. I forhold er det det samme som en tiendedel. Med de samme nævnere kan vi tilføje brøken: dette resulterer i tre tyvendedele. For at beregne erstatningsmodstanden skal vi vende brøken: 1/RV bliver RV/1 (vi kan så krydse /1 ud) og tre tyvendedele bliver 20 divideret med 3. Resultatet af 6,67 Ohm er lig med resultatet af måde 1 .
Parallelforbindelse: Beregn delstrømme:
Vi kan beregne den samlede strøm (It) ved at dividere Ub og Rv med hinanden:
Det nuværende Itotaal vil blive opdelt i I1 og I2. En anden strøm løber gennem R1 end gennem R2. Ved krydset kommer delstrømmene sammen igen, og det løber tilbage til batteriets minus.
I en parallelforbindelse er spændingen over hver forbruger lig med kildespændingen:
Vi indtaster den samme værdi som batterispændingen i formlerne for UR1 og UR2: i dette tilfælde 14 volt. Vi deler spændingen med modstandsværdierne og opnår delstrømmene. En strøm på 1 ampere strømmer gennem modstand R1,4 og 2 milliampere gennem R700.
Når vi lægger de to delstrømme sammen, får vi den samlede strøm på 2,1 ampere.
Kombineret kredsløb:
Med et kombineret kredsløb har vi at gøre med et serie- og parallelkredsløb i ét kredsløb. På figuren ser vi, at modstanden R1 er i serie med de parallelforbundne modstande R2 og R3. I praksis kunne vi støde på dette med en dårlig positiv ledning til to lamper: R1 er i så fald overgangsmodstanden, R2 og R3 er lamperne.
Vi vil beregne strømme og spændinger baseret på følgende data:
- Ub = 12 volt;
- R1 = 0,5 Ω
- R2 = 15 Ω
- R3 = 15 Ω
I et parallelkredsløb ved vi, at spændingen over modstandene er lig med kildespændingen. Fordi vi nu har at gøre med et kombineret kredsløb, gælder dette ikke længere; del optages af R1. Spændingerne over R2 og R3 er dog ens.
For klarhedens skyld opdeler vi beregningerne i 5 trin.
1. Bestem Rv for parallelforbindelsen:
Vi erstatter R2 og R3 med Rv og beregner Rv i brøkform for nemheds skyld.
Nu er der en serieforbindelse: R1 forbliver åbenbart 0,5 Ω og Rv er nu 7,5 Ω
2. Bestem Rv for serieforbindelsen:
I trin 1 blev erstatningsmodstanden for R2 og R3 bestemt. Udskiftningsmodstanden var i serie med modstand R1.
I dette trin lægger vi modstandsværdierne for R1 og Rv sammen for at beregne udskiftningsmodstanden igen, men nu den for seriekredsløbet. Vi kalder denne erstatningsmodstand: Rv' (med en accent), fordi den er en "anden" Rv i kredsløbet.
3. Beregn totalen:
Den samlede strøm er 1,5 A og løber gennem modstanden R1 og udskiftningsmodstanden Rv'.
4. Beregn delspændinger:
Vi genopbygger ordningen trin for trin; vi sætter R1 og Rv i serie for at beregne delspændingerne UR1 og URv med de samlede strøm- og modstandsværdier.
For at kontrollere: delspændingerne lagt sammen svarer til kildespændingen: (UR1 + URv = Ub), så der er indtil videre ikke lavet beregningsfejl.
5. Beregn flows:
Vi er ved at færdiggøre skemaet igen. I trin 4 bestemte vi, at spændingen over modstanden R1 er 0,75 volt. Spændingen over udskiftningsmodstanden Rv er 11,25 volt. Fordi i et parallelkredsløb er spændingen over forbrugerne den samme, ved vi, at spændingen over både R2 og R3 er 11,25 volt.
Resultaterne af beregningerne viser, at den samlede strøm løber gennem R1, og strømmen fordeles derefter over R2 og R3. Med ulige modstandsværdier adskiller disse strømme sig fra hinanden.
Kombineret kredsløbsøvelse:
I dette afsnit kan du selv øve dig i at beregne det kombinerede kredsløb. For at gøre det nemt for dig selv kan du følge trin 1 til 5 fra forrige afsnit. Udvid trin-for-trin-planen med trin 6 for at beregne delspændingerne for R4 og R5.
Datum:
- Ub = 10 volt
- R1 = 1 Ω
- R2 = 10 Ω
- R3 = 4 Ω
- R4 = 5 Ω
- R5 = 15 Ω
spurgte:
- Alle delspændinger (UR1 til UR5)
- Alle understrømme.
