Emner:
- Serie- og parallellkretser generelt
- Seriekobling i praksis
- Seriekobling: beregn erstatningsmotstand
- Seriekobling: beregne strøm og delspenning
- Parallellkobling: beregn erstatningsmotstand
- Parallellkobling: beregn delstrømmer
- Kombinert krets
- Kombinert kretsøvelse
Serie- og parallellkretser generelt:
På denne siden ser vi på seriekretser, parallellkretser og kombinerte kretser som brukes i bilteknologi. Kunnskapen om grunnleggende elektronikk er nødvendig for dette.
Seriekobling:
Følgende krets viser en krets med et 12 volt batteri, en sikring (F), lukket bryter (S) og to lamper (L1 og L2). Den negative ledningen til lampen L1 er koblet til den positive ledningen til lampen L2. Vi kaller dette en seriekobling.
Strømmen gjennom begge lampene er den samme. Spenningen er fordelt. Fordi det ble brukt to lamper med samme effekt i eksemplet, deler batterispenningen på 12 volt seg i 6 volt per lampe. Av denne grunn er ikke lamper i bilteknologi plassert i serie. I tillegg, hvis en defekt lampe oppstår, vil hele kretsen bli avbrutt, noe som fører til at den andre lampen ikke lenger brenner.
Parallellkobling:
Innen bilteknologi har vi nesten alltid med parallelle kretser å gjøre. Følgende krets viser kretsen der lampene L1 og L2 begge har sin egen positive og jordede ledning. Spenningen over hver forbruker er lik batterispenningen; dette kan sees i voltmålingen. I dette eksemplet brukes de samme lampene som i seriekoblingen; Men her brenner de sterkere fordi lampene nå får mer spenning og strøm.
En annen egenskap ved en parallellkrets er at hvis en lampe er defekt, påvirker det ikke driften til den andre lampen.
Seriekobling i praksis:
Som beskrevet i forrige avsnitt har vi i bilteknologi nesten alltid å gjøre med forbrukere som er koblet parallelt. Vi ønsker tross alt mest mulig spenning og strøm for å la forbrukerne jobbe, og minst mulig fare for forstyrrelser dersom en av forbrukerne svikter.
I praksis finner vi forbrukere som settes i serie for å utføre sin oppgave. Vi tar innvendig vifte/varmemotor som eksempel. For å regulere hastigheten på viften settes en motstand i serie i jordforbindelsen mellom elmotoren og jordpunktet. Vi kaller dette også en seriemotstand.
Ved å sette en eller flere motstander i serie øker tapet og spenningen over elmotoren synker.
Les mer om dette på siden: seriemotstand til kupéviften.
Det kan også være en uønsket seriekobling; for eksempel en overgangsmotstand i en positiv eller jordforbindelse som resulterer i spenningstap (se siden "måle med multimeteret").
Seriekobling: beregne erstatningsmotstand:
Hver elektrisk forbruker har en intern motstand. En høy motstand resulterer i lav strøm; med andre ord: motstanden bestemmer strømstyrken. Den tilførte spenningen er lik kildespenningen (Ub, eller batterispenningen).
I eksemplet er forbrukerne (R1 og R2) koblet i serie. Det negative til R1 er koblet til det positive til R2. Strømmen gjennom motstandene er lik. For å beregne strømmen og til slutt partialspenningene ved hjelp av Ohms lov, kan vi starte med å beregne erstatningsmotstanden. Motstandsverdiene er som følger:
- R1 = 15 Ω
- R2 = 10 Ω
For å beregne erstatningsmotstanden bytter vi ut motstandene R1 og R2 i diagrammet med Rv.
I en seriekrets kan vi legge sammen motstandsverdiene. Formelen og effekten er vist nedenfor.
Resultatet av beregningen viser oss at erstatningsmotstanden er 25 Ohm. I de følgende eksemplene kan vi videre beregne med Rv.
Seriekobling: beregne strøm- og delspenninger:
I dette avsnittet beregner vi totalstrømmen og delspenningene over motstandene R1 og R2. Til å begynne med trenger vi en kildespenning (Ub). I dette regneeksemplet er denne spenningen 14 volt.
Med en kjent kildespenning (Ub) og erstatningsmotstand (Rv) kan vi beregne den totale strømmen (I). Vi bestemmer jeg med Ohms lov:
Strømmen i en seriekrets er den samme gjennom hver motstand. Den grønne pilen i figuren indikerer strømningsretningen. Strømmen er 560 milliampere.
Nå som strømmen er kjent, kan vi beregne delspenningene. Vi bruker dette til å bestemme hvor mye spenning hver motstand "forbruker".
- Spenningen (U) over motstanden R1 refereres til som: UR1. Ved å bruke Ohms lov multipliserer vi strømintensiteten med motstandsverdien. Spenningen over motstanden er 8,4 volt.
- Vi beregner UR2 med samme strøm, men nå med motstandsverdien til R2; denne spenningen er 5,6 volt.
For å sjekke kan du legge til delspenningene sammen og sammenligne dem med kildespenningen. Vi legger UR1 og UR2 sammen: dette er 14 volt. Dette er lik kildespenningen. Kommer du til et annet svar, kan dette skyldes et lite avvik på grunn av mellomavrunding eller feil i beregningen.
Parallellkobling: beregn erstatningsmotstand:
I dette eksemplet er R1 og R2 koblet parallelt. Nå er minuset til den ene forbrukeren ikke lenger koblet til plusset til den andre. Spenningen over motstandene er nå lik batterispenningen. Strømmen fordeles over motstandene. Med like motstandsverdier deler den totale strømmen (I total, forkortet It) med to. For å beregne det, må vi først bestemme erstatningsmotstanden. Nok en gang erstatter vi R1 og R2 med en motstand, kalt Rv. Vi får da samme situasjon som i eksempelet med seriekoblingen. Motstandsverdiene er:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
I en parallellkrets kan vi ikke legge til motstandsverdiene. Den generelle formelen er:
Vi legger inn motstandsverdiene til R1 og R2:
Vei 1: Vi beregner resultatet av en tiendedel og en tjuendedel og legger sammen verdiene.
Vei 2: En annen måte er å beregne erstatningsmotstanden i brøkform. Vi legger igjen verdiene til R1 og R2 i ligningen. Under skillelinjene (nevnerne) er det ulike tall; vi kan ikke legge sammen nevnerne. Vi gjør dem derfor først eponyme. I dette eksemplet er det enkelt: en tidel går inn i en tjuendedel to ganger, så vi ganger en hel tiendedel med 2. Vi får da to tyvendedeler. I forhold er det det samme som en tiendedel. Med de samme nevnerne kan vi legge til brøken: dette resulterer i tre-tjuendedeler. For å beregne erstatningsmotstanden må vi reversere brøken: 1/RV blir RV/1 (vi kan da krysse ut /1) og tre-tjuedeler blir 20 delt på 3. Resultatet av 6,67 Ohm er lik resultatet av vei 1 .
Parallellkobling: beregne delstrømmer:
Vi kan beregne den totale strømmen (It) ved å dele Ub og Rv med hverandre:
Den nåværende Itotaal vil bli delt inn i I1 og I2. En annen strøm går gjennom R1 enn gjennom R2. Ved krysset kommer delstrømmene sammen igjen og det går tilbake til batteriets negative.
I en parallellkobling er spenningen over hver forbruker lik kildespenningen:
Vi legger inn samme verdi som batterispenningen i formlene for UR1 og UR2: i dette tilfellet 14 volt. Vi deler spenningen med motstandsverdiene og oppnår delstrømmene. En strøm på 1 ampere strømmer gjennom motstand R1,4 og 2 milliampere gjennom R700.
Når vi legger de to delstrømmene sammen får vi den totale strømmen på 2,1 ampere.
Kombinert krets:
Med en kombinert krets har vi å gjøre med en serie- og parallellkrets i en krets. På figuren ser vi at motstanden R1 er i serie med de parallellkoblede motstandene R2 og R3. I praksis kunne vi støte på dette med en dårlig positiv ledning til to lamper: R1 er i så fall overgangsmotstanden, R2 og R3 er lampene.
Vi vil beregne strømmer og spenninger basert på følgende data:
- Ub = 12 volt;
- R1 = 0,5 Ω
- R2 = 15 Ω
- R3 = 15 Ω
I en parallellkrets vet vi at spenningen over motstandene er lik kildespenningen. Fordi vi nå har å gjøre med en kombinert krets, gjelder ikke dette lenger; del tas opp av R1. Spenningene over R2 og R3 er imidlertid like.
For klarhetens skyld deler vi beregningene inn i 5 trinn.
1. Bestem Rv for parallellkoblingen:
Vi erstatter R2 og R3 med Rv og beregner Rv i brøkform for enkelhets skyld.
Nå er det en serieforbindelse: R1 forblir åpenbart 0,5 Ω og Rv er nå 7,5 Ω
2. Bestem Rv for serieforbindelsen:
I trinn 1 ble erstatningsmotstanden til R2 og R3 bestemt. Erstatningsmotstanden var i serie med motstand R1.
I dette trinnet legger vi sammen motstandsverdiene til R1 og Rv for å beregne erstatningsmotstanden igjen, men nå den for seriekretsen. Vi kaller denne erstatningsmotstanden: Rv' (med en aksent) fordi den er en "andre" Rv i kretsen.
3. Beregn totalen:
Den totale strømmen er 1,5 A og går gjennom motstanden R1 og erstatningsmotstanden Rv'.
4. Beregn delspenninger:
Vi bygger opp ordningen på nytt trinn for trinn; vi setter R1 og Rv i serie for å beregne delspenningene UR1 og URv med de totale strøm- og motstandsverdiene.
For å sjekke: delspenningene lagt sammen tilsvarer kildespenningen: (UR1 + URv = Ub) så det er ikke gjort noen beregningsfeil så langt.
5. Beregn flyter:
Vi fullfører timeplanen igjen. I trinn 4 bestemte vi at spenningen over motstanden R1 er 0,75 volt. Spenningen over erstatningsmotstanden Rv er 11,25 volt. Fordi i en parallellkrets er spenningen over forbrukerne den samme, vet vi at spenningen over både R2 og R3 er 11,25 volt.
Resultatene av beregningene viser at den totale strømmen går gjennom R1, og strømmen fordeles da over R2 og R3. Med ulik motstandsverdi skiller disse strømmene seg fra hverandre.
Kombinert kretsøvelse:
I denne delen kan du øve på å beregne den kombinerte kretsen selv. For å gjøre det enkelt for deg selv, kan du følge trinn 1 til 5 fra forrige avsnitt. Utvid trinn-for-trinn-planen med trinn 6 for å beregne delspenningene til R4 og R5.
Dato:
- Ub = 10 volt
- R1 = 1 Ω
- R2 = 10 Ω
- R3 = 4 Ω
- R4 = 5 Ω
- R5 = 15 Ω
spurte:
- Alle delspenninger (UR1 til UR5)
- Alle understrømmer.
