Μαθήματα:
- Σειρές και παράλληλα κυκλώματα γενικά
- Σύνδεση σειράς στην πράξη
- Σύνδεση σειράς: υπολογίστε την αντίσταση αντικατάστασης
- Σύνδεση σειράς: υπολογισμός ρεύματος και μερικής τάσης
- Παράλληλη σύνδεση: υπολογίστε την αντίσταση αντικατάστασης
- Παράλληλη σύνδεση: υπολογισμός μερικών ρευμάτων
- Συνδυασμένο κύκλωμα
- Συνδυασμένη κυκλική άσκηση
Σειρές και παράλληλα κυκλώματα γενικά:
Σε αυτή τη σελίδα εξετάζουμε κυκλώματα σειράς, παράλληλα κυκλώματα και συνδυασμένα κυκλώματα που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία αυτοκινήτων. Η γνώση των βασικά ηλεκτρονικά απαιτείται για αυτό.
Σύνδεση σειράς:
Το παρακάτω κύκλωμα δείχνει ένα κύκλωμα με μπαταρία 12 volt, ασφάλεια (F), κλειστό διακόπτη (S) και δύο λαμπτήρες (L1 και L2). Το αρνητικό καλώδιο της λάμπας L1 συνδέεται με το θετικό καλώδιο της λάμπας L2. Αυτό το ονομάζουμε σύνδεση σειρών.
Το ρεύμα και στους δύο λαμπτήρες είναι το ίδιο. Η ένταση κατανέμεται. Επειδή στο παράδειγμα χρησιμοποιήθηκαν δύο λαμπτήρες με την ίδια ισχύ, η τάση της μπαταρίας των 12 βολτ διαιρείται σε 6 βολτ ανά λάμπα. Για το λόγο αυτό, οι λαμπτήρες στην τεχνολογία του αυτοκινήτου δεν τοποθετούνται σε σειρά. Επιπλέον, εάν παρουσιαστεί μια ελαττωματική λυχνία, ολόκληρο το κύκλωμα θα διακοπεί, με αποτέλεσμα η άλλη λάμπα να μην καίγεται πλέον.
Παράλληλη σύνδεση:
Στην τεχνολογία του αυτοκινήτου έχουμε σχεδόν πάντα να κάνουμε με παράλληλα κυκλώματα. Το ακόλουθο κύκλωμα δείχνει το κύκλωμα στο οποίο οι λαμπτήρες L1 και L2 έχουν και οι δύο το δικό τους θετικό καλώδιο και καλώδιο γείωσης. Η τάση σε κάθε καταναλωτή είναι ίση με την τάση της μπαταρίας. αυτό φαίνεται στη μέτρηση βολτ. Σε αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιούνται οι ίδιοι λαμπτήρες όπως στη σύνδεση σειράς. Ωστόσο, εδώ καίγονται πιο έντονα γιατί οι λάμπες πλέον δέχονται περισσότερη τάση και ρεύμα.
Μια άλλη ιδιότητα ενός παράλληλου κυκλώματος είναι ότι εάν ένας λαμπτήρας είναι ελαττωματικός, δεν επηρεάζει τη λειτουργία του άλλου λαμπτήρα.
Σύνδεση σειράς στην πράξη:
Όπως περιγράφηκε στην προηγούμενη παράγραφο, στην τεχνολογία της αυτοκινητοβιομηχανίας σχεδόν πάντα έχουμε να κάνουμε με καταναλωτές που συνδέονται παράλληλα. Σε τελική ανάλυση, θέλουμε όσο το δυνατόν περισσότερη τάση και ρεύμα για να επιτρέψουμε στους καταναλωτές να λειτουργούν και όσο το δυνατόν λιγότερο κίνδυνο διαταραχών σε περίπτωση βλάβης ενός από τους καταναλωτές.
Στην πράξη, βρίσκουμε καταναλωτές που τοποθετούνται σε σειρά για να εκτελέσουν το έργο τους. Παίρνουμε ως παράδειγμα τον κινητήρα εσωτερικού ανεμιστήρα/καλοριφέρ. Για τη ρύθμιση της ταχύτητας του ανεμιστήρα, τοποθετείται μια αντίσταση σε σειρά στη σύνδεση γείωσης μεταξύ του ηλεκτροκινητήρα και του σημείου γείωσης. Το ονομάζουμε επίσης αντίσταση σειράς.
Τοποθετώντας μία ή περισσότερες αντιστάσεις σε σειρά, η απώλεια αυξάνεται και η τάση στον ηλεκτροκινητήρα μειώνεται.
Διαβάστε περισσότερα για αυτό στη σελίδα: αντίσταση σειράς του ανεμιστήρα του χώρου επιβατών.
Μπορεί επίσης να υπάρχει μια ανεπιθύμητη σύνδεση σε σειρά. για παράδειγμα, αντίσταση μετάβασης σε θετική ή γείωση που οδηγεί σε απώλεια τάσης (δείτε τη σελίδα "μετρήστε με το πολύμετρο").
Σύνδεση σειράς: υπολογίστε την αντίσταση αντικατάστασης:
Κάθε καταναλωτής ηλεκτρικού ρεύματος έχει έναν εσωτερικό αντίσταση. Μια υψηλή αντίσταση έχει ως αποτέλεσμα χαμηλό ρεύμα. Με άλλα λόγια: η αντίσταση καθορίζει την ένταση του ρεύματος. Η παρεχόμενη τάση είναι ίση με την τάση της πηγής (Ub ή την τάση της μπαταρίας).
Στο παράδειγμα, οι καταναλωτές (R1 και R2) συνδέονται σε σειρά. Το αρνητικό του R1 συνδέεται με το θετικό του R2. Το ρεύμα μέσω των αντιστάσεων είναι ίσο. Για να υπολογίσουμε το ρεύμα και τελικά τις μερικές τάσεις χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm, μπορούμε να ξεκινήσουμε υπολογίζοντας την αντίσταση αντικατάστασης. Οι τιμές αντίστασης είναι οι εξής:
- R1 = 15 Ω
- R2 = 10 Ω
Για να υπολογίσουμε την αντίσταση αντικατάστασης, αντικαθιστούμε τις αντιστάσεις R1 και R2 στο διάγραμμα με Rv.
Σε ένα κύκλωμα σειράς μπορούμε να προσθέσουμε τις τιμές αντίστασης μαζί. Ο τύπος και το αποτέλεσμα φαίνονται παρακάτω.
Το αποτέλεσμα του υπολογισμού μας δείχνει ότι η αντίσταση αντικατάστασης είναι 25 Ohm. Στα ακόλουθα παραδείγματα μπορούμε να υπολογίσουμε περαιτέρω με το Rv.
Σύνδεση σειράς: υπολογισμός ρεύματος και μερικών τάσεων:
Σε αυτή την ενότητα υπολογίζουμε το συνολικό ρεύμα και τις μερικές τάσεις στις αντιστάσεις R1 και R2. Αρχικά, χρειαζόμαστε μια τάση πηγής (Ub). Σε αυτό το παράδειγμα υπολογισμού, αυτή η τάση είναι 14 βολτ.
Με γνωστή τάση πηγής (Ub) και αντίσταση αντικατάστασης (Rv) μπορούμε να υπολογίσουμε το συνολικό ρεύμα (I). Καθορίζουμε το εγώ με το Νόμος του Ohm:
Το ρεύμα σε ένα κύκλωμα σειράς είναι το ίδιο μέσω κάθε αντίστασης. Το πράσινο βέλος στο σχήμα δείχνει την κατεύθυνση ροής. Το ρεύμα είναι 560 milliamps.
Τώρα που το ρεύμα είναι γνωστό, μπορούμε να υπολογίσουμε τις μερικές τάσεις. Το χρησιμοποιούμε για να προσδιορίσουμε πόση τάση «καταναλώνει» κάθε αντίσταση.
- Η τάση (U) στην αντίσταση R1 αναφέρεται ως: UR1. Χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm πολλαπλασιάζουμε την ένταση του ρεύματος με την τιμή αντίστασης. Η τάση στην αντίσταση είναι 8,4 βολτ.
- Υπολογίζουμε το UR2 με το ίδιο ρεύμα, αλλά τώρα με την τιμή αντίστασης του R2. αυτή η τάση είναι 5,6 βολτ.
Για έλεγχο, μπορείτε να προσθέσετε τις μερικές τάσεις μαζί και να τις συγκρίνετε με την τάση της πηγής. Προσθέτουμε UR1 και UR2 μαζί: αυτό είναι 14 βολτ. Αυτό είναι ίσο με την τάση της πηγής. Εάν καταλήξετε σε διαφορετική απάντηση, αυτό μπορεί να οφείλεται σε μικρή απόκλιση λόγω ενδιάμεσης στρογγυλοποίησης ή σε σφάλμα στον υπολογισμό.
Παράλληλη σύνδεση: υπολογίστε την αντίσταση αντικατάστασης:
Σε αυτό το παράδειγμα, τα R1 και R2 συνδέονται παράλληλα. Τώρα το μείον του ενός καταναλωτή δεν συνδέεται πλέον με το συν του άλλου. Η τάση στις αντιστάσεις είναι τώρα ίση με την τάση της μπαταρίας. Το ρεύμα κατανέμεται στις αντιστάσεις. Με ίσες τιμές αντίστασης, το συνολικό ρεύμα (I total, συντομογραφία It) διαιρείται με δύο. Για να το υπολογίσουμε, πρέπει πρώτα να προσδιορίσουμε την αντίσταση αντικατάστασης. Για άλλη μια φορά αντικαθιστούμε τα R1 και R2 με μία αντίσταση, που ονομάζεται Rv. Στη συνέχεια, έχουμε την ίδια κατάσταση όπως στο παράδειγμα με τη σύνδεση σειράς. Οι τιμές αντίστασης είναι:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
Σε ένα παράλληλο κύκλωμα δεν μπορούμε να προσθέσουμε τις τιμές αντίστασης. Ο γενικός τύπος είναι:
Εισάγουμε τις τιμές αντίστασης των R1 και R2:
Τρόπος 1: Υπολογίζουμε το αποτέλεσμα ενός δέκατου και ενός εικοστού και προσθέτουμε τις τιμές μαζί.
Τρόπος 2: Ένας άλλος τρόπος είναι να υπολογίσετε την αντίσταση αντικατάστασης σε μορφή κλάσματος. Εισάγουμε και πάλι τις τιμές των R1 και R2 στην εξίσωση. Κάτω από τις διαχωριστικές γραμμές (οι παρονομαστές) υπάρχουν άνισοι αριθμοί. δεν μπορούμε να προσθέσουμε τους παρονομαστές μαζί. Επομένως, πρώτα τα κάνουμε επώνυμα. Σε αυτό το παράδειγμα είναι εύκολο: ένα δέκατο πηγαίνει σε ένα εικοστό δύο φορές, άρα πολλαπλασιάζουμε ένα ολόκληρο δέκατο επί 2. Στη συνέχεια παίρνουμε δύο εικοστά. Σε αναλογία, αυτό είναι το ίδιο με το ένα δέκατο. Με τους ίδιους παρονομαστές μπορούμε να προσθέσουμε το κλάσμα: αυτό έχει ως αποτέλεσμα τρία εικοστά. Για να υπολογίσουμε την αντίσταση αντικατάστασης πρέπει να αντιστρέψουμε το κλάσμα: 1/RV γίνεται RV/1 (μπορούμε στη συνέχεια να διαγράψουμε το /1) και τα τρία εικοστά γίνονται 20 διαιρούμενα με 3. Το αποτέλεσμα των 6,67 Ohm είναι ίσο με το αποτέλεσμα του τρόπου 1 .
Παράλληλη σύνδεση: υπολογισμός μερικών ρευμάτων:
Μπορούμε να υπολογίσουμε το συνολικό ρεύμα (It) διαιρώντας το Ub και το Rv το ένα με το άλλο:
Το τρέχον Itotaal θα χωριστεί σε I1 και I2. Ένα διαφορετικό ρεύμα ρέει μέσω του R1 από ότι μέσω του R2. Στη διασταύρωση τα μερικά ρεύματα ενώνονται ξανά και τρέχει πίσω στο αρνητικό της μπαταρίας.
Σε μια παράλληλη σύνδεση, η τάση σε κάθε καταναλωτή είναι ίση με την τάση της πηγής:
Εισάγουμε την ίδια τιμή με την τάση της μπαταρίας στους τύπους UR1 και UR2: σε αυτήν την περίπτωση 14 βολτ. Διαιρούμε την τάση με τις τιμές αντίστασης και παίρνουμε τα μερικά ρεύματα. Ένα ρεύμα 1 αμπέρ ρέει μέσω της αντίστασης R1,4 και 2 milliamperes μέσω του R700.
Όταν προσθέσουμε τα δύο μερικά ρεύματα μαζί, παίρνουμε το συνολικό ρεύμα των 2,1 αμπέρ.
Συνδυασμένο κύκλωμα:
Με ένα συνδυασμένο κύκλωμα έχουμε να κάνουμε με σειριακό και παράλληλο κύκλωμα σε ένα κύκλωμα. Στο σχήμα βλέπουμε ότι η αντίσταση R1 είναι σε σειρά με τις παράλληλα συνδεδεμένες αντιστάσεις R2 και R3. Στην πράξη θα μπορούσαμε να το συναντήσουμε αυτό με ένα κακό θετικό καλώδιο σε δύο λαμπτήρες: R1 σε αυτήν την περίπτωση είναι η αντίσταση μετάβασης, R2 και R3 είναι οι λαμπτήρες.
Θα υπολογίσουμε τα ρεύματα και τις τάσεις με βάση τα ακόλουθα δεδομένα:
- Ub = 12 βολτ;
- R1 = 0,5 Ω
- R2 = 15 Ω
- R3 = 15 Ω
Σε ένα παράλληλο κύκλωμα γνωρίζουμε ότι η τάση στις αντιστάσεις είναι ίση με την τάση της πηγής. Επειδή τώρα έχουμε να κάνουμε με συνδυασμένο κύκλωμα, αυτό δεν ισχύει πλέον. μέρος καταλαμβάνεται από το R1. Ωστόσο, οι τάσεις στα R2 και R3 είναι ίσες.
Για λόγους σαφήνειας, χωρίζουμε τους υπολογισμούς σε 5 βήματα.
1. Προσδιορίστε το Rv της παράλληλης σύνδεσης:
Αντικαθιστούμε τα R2 και R3 με Rv και υπολογίζουμε το Rv σε μορφή κλασμάτων για ευκολία.
Τώρα υπάρχει μια σύνδεση σε σειρά: το R1 παραμένει προφανώς 0,5 Ω και το Rv είναι τώρα 7,5 Ω
2. Προσδιορίστε το Rv της σύνδεσης σειράς:
Στο βήμα 1 προσδιορίστηκε η αντίσταση αντικατάστασης των R2 και R3. Η αντίσταση αντικατάστασης ήταν σε σειρά με την αντίσταση R1.
Σε αυτό το βήμα προσθέτουμε τις τιμές αντίστασης των R1 και Rv μαζί για να υπολογίσουμε ξανά την αντίσταση αντικατάστασης, αλλά τώρα αυτή του κυκλώματος σειράς. Ονομάζουμε αυτή την αντίσταση αντικατάστασης: Rv' (με έμφαση) επειδή είναι ένα «δεύτερο» Rv στο κύκλωμα.
3. Υπολογίστε το σύνολο:
Το συνολικό ρεύμα είναι 1,5 A και ρέει μέσω της αντίστασης R1 και της αντίστασης αντικατάστασης Rv'.
4. Υπολογίστε τις μερικές τάσεις:
Αναδημιουργούμε το σχέδιο βήμα προς βήμα. βάζουμε R1 και Rv σε σειρά για να υπολογίσουμε τις μερικές τάσεις UR1 και URv με τις ολικές τιμές ρεύματος και αντίστασης.
Για έλεγχο: οι επιμέρους τάσεις που αθροίζονται μαζί αντιστοιχούν στην τάση της πηγής: (UR1 + URv = Ub) επομένως δεν έχουν γίνει σφάλματα υπολογισμού μέχρι στιγμής.
5. Υπολογίστε τις ροές:
Ολοκληρώνουμε ξανά το πρόγραμμα. Στο βήμα 4 προσδιορίσαμε ότι η τάση στην αντίσταση R1 είναι 0,75 βολτ. Η τάση στην αντίσταση αντικατάστασης Rv είναι 11,25 βολτ. Επειδή σε ένα παράλληλο κύκλωμα η τάση μεταξύ των καταναλωτών είναι η ίδια, γνωρίζουμε ότι η τάση στα δύο R2 και R3 είναι 11,25 βολτ.
Τα αποτελέσματα των υπολογισμών δείχνουν ότι το συνολικό ρεύμα ρέει μέσω του R1 και στη συνέχεια το ρεύμα κατανέμεται στα R2 και R3. Με άνισες τιμές αντίστασης, αυτά τα ρεύματα διαφέρουν μεταξύ τους.
Συνδυασμένη κυκλική άσκηση:
Σε αυτή την ενότητα μπορείτε να εξασκηθείτε στον υπολογισμό του συνδυασμένου κυκλώματος μόνοι σας. Για να διευκολύνετε τον εαυτό σας, μπορείτε να ακολουθήσετε τα βήματα 1 έως 5 από την προηγούμενη παράγραφο. Αναπτύξτε το βήμα προς βήμα σχέδιο με το βήμα 6 για να υπολογίσετε τις μερικές τάσεις των R4 και R5.
Δεδομένο:
- Ub = 10 βολτ
- R1 = 1 Ω
- R2 = 10 Ω
- R3 = 4 Ω
- R4 = 5 Ω
- R5 = 15 Ω
Ερωτηθείς:
- Όλες οι μερικές τάσεις (UR1 έως UR5)
- Όλες οι υποροές.
