Aiheet:
- Sarja- ja rinnakkaispiirit yleensä
- Sarjakytkentä käytännössä
- Sarjaliitäntä: laske vaihtovastus
- Sarjaliitäntä: laske virta ja osajännite
- Rinnakkaisliitäntä: laske vaihtovastus
- Rinnakkaiskytkentä: laske osavirrat
- Yhdistetty piiri
- Yhdistetty piiriharjoitus
Sarja- ja rinnakkaispiirit yleensä:
Tällä sivulla tarkastellaan sarjapiirejä, rinnakkaispiirejä ja yhdistettyjä piirejä, joita käytetään autotekniikassa. Tietoa peruselektroniikkaa tarvitaan tätä varten.
Sarjaliitäntä:
Seuraavassa piirissä on piiri, jossa on 12 voltin akku, sulake (F), suljettu kytkin (S) ja kaksi lamppua (L1 ja L2). Lampun L1 negatiivinen johto on kytketty lampun L2 positiiviseen johtoon. Kutsumme tätä sarjaliitokseksi.
Molempien lamppujen läpi kulkeva virta on sama. Jännitys jakautuu. Koska esimerkissä käytettiin kahta samalla teholla olevaa lamppua, 12 voltin akun jännite jakaantuu 6 volttiin lamppua kohti. Tästä syystä autotekniikan lamppuja ei sijoiteta sarjaan. Lisäksi, jos yksi viallinen lamppu ilmenee, koko piiri katkeaa, jolloin toinen lamppu ei enää pala.
Rinnakkaisliitäntä:
Autotekniikassa käsittelemme lähes aina rinnakkaispiirejä. Seuraava piiri näyttää piirin, jossa lampuilla L1 ja L2 on molemmilla oma plus- ja maadoitusjohdin. Kunkin kuluttajan jännite on yhtä suuri kuin akun jännite; tämä näkyy volttimittauksessa. Tässä esimerkissä käytetään samoja lamppuja kuin sarjakytkennässä; Täällä ne palavat kuitenkin kirkkaammin, koska lamput saavat nyt enemmän jännitettä ja virtaa.
Toinen rinnakkaispiirin ominaisuus on, että jos yksi lamppu on viallinen, se ei vaikuta toisen lampun toimintaan.
Sarjakytkentä käytännössä:
Kuten edellisessä kappaleessa kuvattiin, autotekniikassa olemme lähes aina tekemisissä rinnakkain kytkettyjen kuluttajien kanssa. Loppujen lopuksi haluamme mahdollisimman paljon jännitettä ja virtaa, jotta kuluttajat voivat työskennellä, ja mahdollisimman vähän häiriöriskiä, jos yksi kuluttajista epäonnistuu.
Käytännössä löydämme kuluttajia, jotka sijoitetaan sarjaan suorittamaan tehtävänsä. Otamme esimerkkinä sisätuulettimen/lämmittimen moottorin. Tuulettimen nopeuden säätämiseksi sähkömoottorin ja maadoituspisteen väliseen maaliitäntään asetetaan sarjaan vastus. Kutsumme tätä myös sarjavastukseksi.
Asettamalla yksi tai useampi vastus sarjaan häviö kasvaa ja sähkömoottorin jännite pienenee.
Lue aiheesta lisää sivulta: matkustamon tuulettimen sarjavastus.
Saattaa myös olla ei-toivottu sarjaliitäntä; esimerkiksi siirtymäresistanssi positiivisessa tai maadoitusliitännässä, joka johtaa jännitehäviöön (katso sivu "mittaa yleismittarilla").
Sarjaliitäntä: laske vaihtovastus:
Jokaisella sähkönkuluttajalla on sisäinen kuluttaja vastus. Suuri vastus johtaa alhaiseen virtaan; toisin sanoen: vastus määrää virran voimakkuuden. Syötetty jännite on yhtä suuri kuin lähdejännite (Ub tai akun jännite).
Esimerkissä kuluttajat (R1 ja R2) on kytketty sarjaan. R1:n negatiivinen on yhdistetty R2:n positiiviseen. Virta vastusten läpi on yhtä suuri. Virran ja lopulta osajännitteiden laskemiseksi Ohmin lain avulla voimme aloittaa laskemalla korvausresistanssin. Vastusarvot ovat seuraavat:
- R1 = 15 Ω
- R2 = 10 Ω
Korvausvastuksen laskemiseksi korvaamme kaavion vastukset R1 ja R2 arvolla Rv.
Sarjapiirissä voimme lisätä vastusarvot yhteen. Kaava ja vaikutus on esitetty alla.
Laskelman tulos osoittaa, että vaihtovastus on 25 ohmia. Seuraavissa esimerkeissä voimme laskea edelleen Rv:llä.
Sarjaliitäntä: laske virta ja osajännitteet:
Tässä osiossa lasketaan kokonaisvirta ja osajännitteet vastusten R1 ja R2 yli. Aluksi tarvitsemme lähdejännitteen (Ub). Tässä laskentaesimerkissä tämä jännite on 14 volttia.
Tunnetulla lähdejännitteellä (Ub) ja vaihtoresistanssilla (Rv) voimme laskea kokonaisvirran (I). Määritämme I:n kanssa Ohmin laki:
Sarjapiirin virta on sama jokaisen vastuksen läpi. Vihreä nuoli kuvassa osoittaa virtaussuunnan. Virta on 560 milliampeeria.
Nyt kun virta on tiedossa, voimme laskea osajännitteet. Käytämme tätä määrittääksemme, kuinka paljon jännitettä kukin vastus "kuluttaa".
- Vastuksen R1 yli olevaa jännitettä (U) kutsutaan nimellä: UR1. Ohmin lain avulla kerromme virran voimakkuuden vastusarvolla. Jännite vastuksen yli on 8,4 volttia.
- Laskemme UR2:n samalla virralla, mutta nyt resistanssiarvolla R2; tämä jännite on 5,6 volttia.
Tarkistaaksesi voit laskea osajännitteet yhteen ja verrata niitä lähdejännitteeseen. Lisäämme UR1 ja UR2 yhteen: tämä on 14 volttia. Tämä on yhtä suuri kuin lähdejännite. Jos saat toisenlaisen vastauksen, tämä voi johtua pienestä poikkeamasta, joka johtuu välipyöristämisestä tai laskuvirheestä.
Rinnakkaisliitäntä: laske vaihtoresistanssi:
Tässä esimerkissä R1 ja R2 on kytketty rinnan. Nyt yhden kuluttajan miinus ei ole enää yhteydessä toisen plussaan. Jännite vastusten yli on nyt sama kuin akun jännite. Virta jakautuu vastusten kesken. Samalla resistanssiarvolla kokonaisvirta (I total, lyhennettynä It) jaetaan kahdella. Sen laskemiseksi meidän on ensin määritettävä vaihtovastus. Jälleen kerran korvaamme R1 ja R2 yhdellä vastuksella, nimeltään Rv. Sitten saadaan sama tilanne kuin esimerkissä sarjakytkennällä. Vastusarvot ovat:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
Rinnakkaispiirissä emme voi lisätä resistanssiarvoja. Yleinen kaava on:
Syötetään vastusarvot R1 ja R2:
Tapa 1: Laskemme kymmenesosan ja kahdeskymmenesosan tuloksen ja laskemme arvot yhteen.
Tapa 2: Toinen tapa on laskea korvausvastus murto-osan muodossa. Kirjoitamme jälleen R1:n ja R2:n arvot yhtälöön. Jakoviivojen (nimittäjien) alapuolella on eriarvoisia lukuja; emme voi laskea nimittäjiä yhteen. Siksi teemme niistä ensin samannimiset. Tässä esimerkissä se on helppoa: kymmenesosa menee kahdeskymmenesosaan kahdesti, joten kerromme kokonaisen kymmenesosan kahdella. Sitten saamme kaksi kahdeskymmenesosaa. Suhteessa se on sama kuin yksi kymmenesosa. Samoilla nimittäjillä voimme lisätä murto-osan: tuloksena on kolme kahdeskymmenesosaa. Korvausvastuksen laskemiseksi meidän on käännettävä murto-osa: 2/RV muuttuu RV/1:ksi (voidaan sitten yliviivata /1) ja kolmesta kahdeskymmenesosasta tulee 1 jaettuna 20:lla. Tulos 3 ohmia on yhtä suuri kuin tavan 6,67 tulos. .
Rinnakkaiskytkentä: laske osavirrat:
Voimme laskea kokonaisvirran (It) jakamalla Ub ja Rv toisillaan:
Nykyinen Itotaal jaetaan I1:een ja I2:een. R1:n läpi kulkee eri virta kuin R2:n kautta. Risteyksessä osavirrat kohtaavat jälleen ja se palaa akun negatiiviselle puolelle.
Rinnakkaisliitännässä kunkin kuluttajan jännite on yhtä suuri kuin lähdejännite:
Syötetään sama arvo kuin akun jännite kaavoille UR1 ja UR2: tässä tapauksessa 14 volttia. Jaamme jännitteen resistanssiarvoilla ja saamme osavirrat. Vastuksen R1 läpi kulkee 1,4 ampeerin virta ja R2:n kautta 700 milliampeeria.
Kun laskemme kaksi osavirtaa yhteen, saadaan kokonaisvirta 2,1 ampeeria.
Yhdistetty piiri:
Yhdistetyssä piirissä olemme tekemisissä sarja- ja rinnakkaispiirin kanssa yhdessä piirissä. Kuvasta nähdään, että vastus R1 on sarjassa rinnakkain kytkettyjen vastusten R2 ja R3 kanssa. Käytännössä voisimme kohdata tämän huonolla positiivisella johdolla kahteen lamppuun: R1 on siinä tapauksessa siirtymäresistanssi, R2 ja R3 ovat lamput.
Laskemme virrat ja jännitteet seuraavien tietojen perusteella:
- Ub = 12 volttia;
- R1 = 0,5 Ω
- R2 = 15 Ω
- R3 = 15 Ω
Rinnakkaispiirissä tiedämme, että vastusten yli oleva jännite on yhtä suuri kuin lähdejännite. Koska kyseessä on nyt yhdistetty piiri, tämä ei enää päde; osan ottaa R1. Jännitteet R2:n ja R3:n välillä ovat kuitenkin samat.
Selvyyden vuoksi jaamme laskelmat 5 vaiheeseen.
1. Määritä rinnakkaisliitännän Rv:
Korvaamme R2:n ja R3:n Rv:llä ja laskemme Rv:n murto-osan muodossa.
Nyt on sarjaliitäntä: R1 pysyy luonnollisesti 0,5 Ω ja Rv on nyt 7,5 Ω
2. Määritä sarjaliitännän Rv:
Vaiheessa 1 määritettiin R2:n ja R3:n korvausvastus. Vaihtovastus oli sarjassa vastuksen R1 kanssa.
Tässä vaiheessa lisäämme R1:n ja Rv:n resistanssiarvot yhteen laskeaksemme uudelleen korvaavan resistanssin, mutta nyt sarjapiirin. Kutsumme tätä korvausvastusta: Rv' (aksentilla), koska se on "toinen" Rv piirissä.
3. Laske kokonaissumma:
Kokonaisvirta on 1,5 A ja se kulkee vastuksen R1 ja korvaavan vastuksen Rv' läpi.
4. Laske osajännitteet:
Rakennamme järjestelmän uudelleen askel askeleelta; laitamme R1 ja Rv sarjaan osajännitteiden UR1 ja URv laskemiseksi kokonaisvirran ja resistanssin arvoilla.
Tarkistetaan: yhteen lasketut osajännitteet vastaavat lähdejännitettä: (UR1 + URv = Ub), joten laskentavirheitä ei ole toistaiseksi tehty.
5. Laske virrat:
Täydennämme aikataulua jälleen. Vaiheessa 4 määritimme, että vastuksen R1 jännite on 0,75 volttia. Vaihtovastuksen Rv jännite on 11,25 volttia. Koska rinnakkaispiirissä jännite kuluttajien välillä on sama, tiedämme, että sekä R2:n että R3:n jännite on 11,25 volttia.
Laskelmien tulokset osoittavat, että kokonaisvirta kulkee R1:n läpi ja virta jakautuu sitten R2:lle ja R3:lle. Epätasaisilla vastusarvoilla nämä virrat eroavat toisistaan.
Yhdistetty piiriharjoitus:
Tässä osiossa voit harjoitella yhdistetyn piirin laskemista itse. Voit tehdä sen itsellesi helpoksi noudattamalla edellisen kappaleen vaiheita 1–5. Laajenna vaiheittaista suunnitelmaa vaiheella 6 laskeaksesi R4:n ja R5:n osajännitteet.
Datum:
- Ub = 10 volttia
- R1 = 1 Ω
- R2 = 10 Ω
- R3 = 4 Ω
- R4 = 5 Ω
- R5 = 15 Ω
kysyi:
- Kaikki osajännitteet (UR1 - UR5)
- Kaikki alivirrat.
Aiheeseen liittyvät sivut:
