Viðfangsefni:
- Rað- og samhliða hringrásir almennt
- Raðtenging í reynd
- Raðtenging: reiknaðu út skiptaviðnám
- Raðtenging: reiknaðu út straum og hlutaspennu
- Samhliða tenging: reiknaðu út skiptaviðnám
- Samhliða tenging: reiknaðu út hlutastrauma
- Samsett hringrás
- Samsett hringrásaræfing
Röð og samhliða hringrás almennt:
Á þessari síðu skoðum við raðrásir, samhliða rásir og samsettar rásir sem notaðar eru í bílatækni. Þekkingin á grunn rafeindatækni þarf til þess.
Röð tenging:
Eftirfarandi hringrás sýnir hringrás með 12 volta rafhlöðu, öryggi (F), lokuðum rofa (S) og tveimur lömpum (L1 og L2). Neikvæð vír lampa L1 er tengdur við jákvæða vír lampa L2. Við köllum þetta raðtengingu.
Straumurinn í gegnum báða lampana er sá sami. Spennan er dreift. Þar sem tveir lampar með sama afl voru notaðir í dæminu skiptist rafhlaðaspennan upp á 12 volt í 6 volt á hvern lampa. Af þessum sökum eru lampar í bílatækni ekki settir í röð. Að auki, ef einn gallaður lampi kemur upp, verður öll hringrásin rofin, sem veldur því að hinn lampinn brennur ekki lengur.
Samhliða tenging:
Í bílatækni erum við næstum alltaf að fást við samhliða hringrás. Eftirfarandi hringrás sýnir hringrásina þar sem lampar L1 og L2 hafa báðir sinn jákvæða og jarðtengda vír. Spennan yfir hvern neytanda er jöfn rafhlöðuspennunni; þetta sést á voltamælingunni. Í þessu dæmi eru sömu lampar notaðir og í raðtengingu; Hins vegar brenna þeir hér skærar vegna þess að lamparnir fá nú meiri spennu og straum.
Annar eiginleiki samhliða hringrásar er að ef annar lampi er gallaður hefur það ekki áhrif á virkni hins lampans.
Raðtenging í reynd:
Eins og lýst er í fyrri málsgrein, í bifreiðatækni erum við næstum alltaf að fást við neytendur sem eru tengdir samhliða. Enda viljum við sem mesta spennu og straum til að neytendur geti unnið og eins litla hættu á truflunum og hægt er ef einhver neytenda bilar.
Í reynd finnum við neytendur sem eru settir í röð til að framkvæma verkefni sitt. Við tökum innri viftu / hitamótor sem dæmi. Til að stilla hraða viftunnar er viðnám sett í röð í jarðtengingu milli rafmótors og jarðpunkts. Við köllum þetta líka röð viðnám.
Með því að setja eina eða fleiri viðnám í röð eykst tapið og spennan yfir rafmótorinn minnkar.
Lestu meira um þetta á síðunni: röð viðnám farþegarýmisviftunnar.
Það getur líka verið óæskileg raðtenging; til dæmis umbreytingarviðnám í jákvæðri eða jarðtengingu sem leiðir til spennutaps (sjá síðuna “mæla með margmælinum").
Raðtenging: reiknaðu út skiptaviðnám:
Sérhver rafmagnsneytandi hefur innri mótstöðu. Hátt viðnám leiðir til lágs straums; með öðrum orðum: viðnámið ákvarðar straumstyrkinn. Spennan sem fylgir er jöfn upprunaspennunni (Ub eða rafhlöðuspennan).
Í dæminu eru neytendur (R1 og R2) tengdir í röð. Neikvætt á R1 er tengt við það jákvæða á R2. Straumurinn í gegnum mótstöðurnar er jafn. Til þess að reikna út strauminn og að lokum hlutaspennuna með því að nota lögmál Ohms, getum við byrjað á því að reikna út skiptiviðnámið. Viðnámsgildin eru sem hér segir:
- R1 = 15 Ω
- R2 = 10 Ω
Til að reikna út endurnýjunarviðnámið skiptum við viðnámunum R1 og R2 á skýringarmyndinni út fyrir Rv.
Í röð hringrás getum við bætt viðnámsgildunum saman. Formúlan og áhrifin eru sýnd hér að neðan.
Niðurstaða útreikningsins sýnir okkur að endurnýjunarviðnámið er 25 Ohm. Í eftirfarandi dæmum getum við frekar reiknað með Rv.
Raðtenging: reiknaðu út straum- og hlutaspennu:
Í þessum kafla reiknum við heildarstrauminn og hlutaspennuna yfir viðnám R1 og R2. Til að byrja með þurfum við upprunaspennu (Ub). Í þessu reikningsdæmi er þessi spenna 14 volt.
Með þekktri upprunaspennu (Ub) og skiptiviðnám (Rv) getum við reiknað út heildarstrauminn (I). Við ákveðum með Lögmál Ohms:
Straumurinn í raðrásinni er sá sami í gegnum hvert viðnám. Græna örin á myndinni gefur til kynna stefnu flæðisins. Straumurinn er 560 milliamparar.
Nú þegar straumurinn er þekktur getum við reiknað út hlutaspennuna. Við notum þetta til að ákvarða hversu mikilli spennu hver viðnám „neytir“.
- Spennan (U) yfir viðnám R1 er nefnd: UR1. Með því að nota lögmál Ohms margfaldum við straumstyrkinn með viðnámsgildinu. Spenna yfir viðnám er 8,4 volt.
- Við reiknum UR2 með sama straumi, en nú með viðnámsgildi R2; þessi spenna er 5,6 volt.
Til að athuga geturðu lagt hlutaspennuna saman og borið saman við upprunaspennuna. Við bætum UR1 og UR2 saman: þetta er 14 volt. Þetta er jafnt og uppspretta spennu. Ef þú kemst að öðru svari getur það verið vegna lítils fráviks vegna bráðabirgðasléttunar eða villu í útreikningi.
Samhliða tenging: reiknaðu út skiptaviðnám:
Í þessu dæmi eru R1 og R2 tengdir samhliða. Nú er mínus eins neytenda ekki lengur tengdur við plús hins. Spennan yfir viðnámunum er nú jöfn rafhlöðuspennunni. Straumnum er dreift yfir viðnámið. Með jöfnum viðnámsgildum deilir heildarstraumurinn (I total, skammstafað sem It) með tveimur. Til að reikna það verðum við fyrst að ákvarða endurnýjunarviðnámið. Enn og aftur skiptum við R1 og R2 út fyrir eina viðnám, sem kallast Rv. Við fáum þá sömu stöðu og í dæminu með raðtenginguna. Viðnámsgildin eru:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
Í samhliða hringrás getum við ekki bætt viðnámsgildunum saman. Almenna formúlan er:
Við sláum inn viðnámsgildin R1 og R2:
Leið 1: Við reiknum út niðurstöðuna af tíunda og tuttugasta og leggjum gildin saman.
Leið 2: Önnur leið er að reikna út skiptaviðnámið í brotaformi. Við sláum aftur inn gildi R1 og R2 inn í jöfnuna. Fyrir neðan deililínurnar (nefnararnir) eru ójafnar tölur; við getum ekki lagt nefnara saman. Við gerum þau því fyrst samnefnd. Í þessu dæmi er það auðvelt: tíundi fer tvisvar í tuttugasta, þannig að við margföldum heilan tíundu með 2. Við fáum þá tvo tuttugustu. Í hlutfalli er það það sama og einn tíundi. Með sömu nefnara getum við bætt við brotinu: þetta leiðir til þriggja tuttugustu. Til að reikna út skiptiviðnámið verðum við að snúa við brotinu: 1/RV verður RV/1 (við getum þá strikað út /1) og þrír tuttugustu hlutar verða 20 deilt með 3. Útkoman af 6,67 Ohm er jöfn niðurstöðu leiðar 1 .
Samhliða tenging: reiknaðu út hlutastrauma:
Við getum reiknað út heildarstrauminn (It) með því að deila Ub og Rv með hvort öðru:
Núverandi Itotaal verður skipt í I1 og I2. Annar straumur rennur í gegnum R1 en í gegnum R2. Á mótunum koma hlutastraumarnir saman aftur og það rennur aftur í neikvæða rafhlöðuna.
Í samhliða tengingu er spennan yfir hvern neytanda jöfn upprunaspennunni:
Við sláum inn sama gildi og rafhlöðuspennan í formúlunum fyrir UR1 og UR2: í þessu tilviki 14 volt. Við deilum spennunni með viðnámsgildunum og fáum hlutastraumana. Straumur upp á 1 amper rennur í gegnum viðnám R1,4 og 2 milliampera í gegnum R700.
Þegar við leggjum saman hlutastraumana tvo fáum við heildarstrauminn 2,1 amper.
Samsett rás:
Með samsettri hringrás erum við að fást við rað- og samhliða hringrás í einni hringrás. Á myndinni sjáum við að viðnám R1 er í röð við samhliða viðnám R2 og R3. Í reynd gætum við lent í þessu með slæmum jákvæðum vír til tveggja lampa: R1 í því tilfelli er umbreytingarviðnámið, R2 og R3 eru lamparnir.
Við munum reikna strauma og spennu út frá eftirfarandi gögnum:
- Ub = 12 volt;
- R1 = 0,5 Ω
- R2 = 15 Ω
- R3 = 15 Ω
Í samhliða hringrás vitum við að spennan yfir viðnámunum er jöfn upprunaspennunni. Þar sem við erum núna að fást við sameinaða hringrás á þetta ekki lengur við; hluti er tekinn upp af R1. Hins vegar eru spennurnar yfir R2 og R3 jafnar.
Til glöggvunar skiptum við útreikningunum í 5 skref.
1. Ákvarðu Rv samhliða tengingarinnar:
Við skiptum R2 og R3 út fyrir Rv og reiknum út Rv í brotaformi til hægðarauka.
Nú er raðtenging: R1 er augljóslega áfram 0,5 Ω og Rv er nú 7,5 Ω
2. Ákvarðu Rv raðtengingarinnar:
Í skrefi 1 var endurnýjunarviðnám R2 og R3 ákvarðað. Skiptiviðnámið var í röð við viðnám R1.
Í þessu skrefi bætum við viðnámsgildum R1 og Rv saman til að reikna út endurnýjunarviðnámið aftur, en nú raðrásarinnar. Við köllum þetta endurnýjunarviðnám: Rv' (með hreim) vegna þess að það er „annar“ Rv í hringrásinni.
3. Reiknaðu heildarfjöldann:
Heildarstraumurinn er 1,5 A og rennur í gegnum viðnám R1 og endurnýjunarviðnám Rv'.
4. Reiknaðu hlutaspennu:
Við endurbyggjum kerfið skref fyrir skref; við setjum R1 og Rv í röð til að reikna út hlutaspennu UR1 og URv með heildarstraums- og viðnámsgildum.
Til að athuga: hlutaspennurnar sem lagðar eru saman samsvara upprunaspennunni: (UR1 + URv = Ub) þannig að engar reikningsvillur hafa verið gerðar hingað til.
5. Reiknaðu flæði:
Við erum að klára dagskrána aftur. Í skrefi 4 komumst við að því að spennan yfir viðnám R1 sé 0,75 volt. Spenna yfir endurnýjunarviðnám Rv er 11,25 volt. Vegna þess að í samhliða hringrás er spennan yfir neytendur sú sama, við vitum að spennan yfir bæði R2 og R3 er 11,25 volt.
Niðurstöður útreikninganna sýna að heildarstraumurinn rennur í gegnum R1 og straumurinn er síðan dreift yfir R2 og R3. Með ójöfn viðnámsgildum eru þessir straumar ólíkir hver öðrum.
Samsett hringrásaræfing:
Í þessum hluta geturðu æft þig í að reikna út sameinaða hringrásina sjálfur. Til að gera það auðvelt fyrir sjálfan þig geturðu fylgt skrefum 1 til 5 frá fyrri málsgrein. Stækkaðu skref-fyrir-skref áætlunina með skrefi 6 til að reikna út hlutaspennu R4 og R5.
Dagsetning:
- Ub = 10 volt
- R1 = 1 Ω
- R2 = 10 Ω
- R3 = 4 Ω
- R4 = 5 Ω
- R5 = 15 Ω
Óskað eftir:
- Allar hlutaspennur (UR1 til UR5)
- Allir undirstraumar.
