Предметы:
- Последовательные и параллельные схемы в целом
- Последовательное соединение на практике
- Последовательное соединение: расчет сопротивления замены
- Последовательное соединение: расчет тока и частичного напряжения
- Параллельное соединение: расчет сопротивления замены
- Параллельное соединение: расчет частичных токов
- Комбинированная схема
- Комбинированное круговое упражнение
Последовательные и параллельные схемы в целом:
На этой странице мы рассмотрим последовательные, параллельные и комбинированные схемы, которые используются в автомобильной технике. Знание базовая электроника для этого требуется.
Последовательное соединение:
На следующей схеме показана схема с аккумулятором на 12 В, предохранителем (F), замкнутым выключателем (S) и двумя лампами (L1 и L2). Отрицательный провод лампы Л1 соединяется с положительным проводом лампы Л2. Мы называем это последовательным соединением.
Ток через обе лампы одинаков. Напряжение распределено. Поскольку в примере использовались две лампы одинаковой мощности, напряжение аккумулятора 12 В делится на 6 В на лампу. По этой причине лампы в автомобильной технике не ставят последовательно. Кроме того, при выходе из строя одной лампы вся цепь будет прервана, в результате чего другая лампа перестанет гореть.
Параллельное соединение:
В автомобильной технике мы почти всегда имеем дело с параллельными цепями. На следующей схеме показана схема, в которой лампы L1 и L2 имеют собственный положительный и заземляющий провод. Напряжение на каждом потребителе равно напряжению батареи; это можно увидеть при измерении напряжения. В этом примере используются те же лампы, что и при последовательном включении; Однако здесь они горят ярче, потому что лампы теперь получают большее напряжение и ток.
Еще одним свойством параллельной цепи является то, что неисправность одной лампы не влияет на работу другой лампы.
Последовательное соединение на практике:
Как описано в предыдущем абзаце, в автомобильной технике мы почти всегда имеем дело с параллельно подключенными потребителями. В конце концов, нам нужно как можно большее напряжение и ток, чтобы позволить потребителям работать, и как можно меньший риск сбоев в работе в случае выхода из строя одного из потребителей.
На практике мы встречаем потребителей, которые для выполнения своей задачи размещаются последовательно. В качестве примера возьмем двигатель внутреннего вентилятора/отопителя. Для регулирования скорости вентилятора в заземляющее соединение между электродвигателем и точкой заземления последовательно включается резистор. Мы также называем это последовательным резистором.
При последовательном включении одного или нескольких резисторов потери увеличиваются, а напряжение на электродвигателе снижается.
Подробнее об этом читайте на странице: Последовательный резистор вентилятора салона.
Также может быть нежелательное последовательное соединение; например, переходное сопротивление в положительном или заземляющем соединении, приводящее к потере напряжения (см. стр. «измерить мультиметром»).
Последовательное соединение: расчет замещающего сопротивления:
У каждого потребителя электроэнергии есть внутренний резистор. Высокое сопротивление приводит к низкому току; другими словами: сопротивление определяет силу тока. Подаваемое напряжение равно напряжению источника (Ub или напряжению батареи).
В примере потребители (R1 и R2) соединены последовательно. Минус R1 соединяется с плюсом R2. Ток через резисторы равен. Чтобы рассчитать ток и, в конечном итоге, парциальные напряжения с использованием закона Ома, мы можем начать с расчета замещающего сопротивления. Значения сопротивления следующие:
- R1 = 15 Ом
- R2 = 10 Ом
Для расчета замещающего сопротивления заменим на схеме резисторы R1 и R2 на Rв.
В последовательной цепи мы можем сложить значения сопротивлений. Формула и эффект показаны ниже.
Результат расчета показывает нам, что сопротивление замены составляет 25 Ом. В следующих примерах мы можем выполнить дальнейшие вычисления с помощью Rv.
Последовательное соединение: расчет тока и частичных напряжений:
В этом разделе мы вычисляем полный ток и парциальные напряжения на резисторах R1 и R2. Для начала нам нужно напряжение источника (Ub). В данном примере расчета это напряжение составляет 14 вольт.
Зная напряжение источника (Ub) и замещающее сопротивление (Rv), мы можем рассчитать общий ток (I). Мы определяем Я с помощью Закон Ома:
Ток в последовательной цепи одинаков через все резисторы. Зеленая стрелка на рисунке указывает направление потока. Ток составляет 560 миллиампер.
Теперь, когда ток известен, мы можем рассчитать парциальные напряжения. Мы используем это, чтобы определить, какое напряжение «потребляет» каждый резистор.
- Напряжение (U) на резисторе R1 обозначается как: UR1. Используя закон Ома, умножаем силу тока на величину сопротивления. Напряжение на резисторе 8,4 вольта.
- Рассчитываем UR2 с тем же током, но теперь с сопротивлением R2; это напряжение составляет 5,6 вольт.
Для проверки вы можете сложить частичные напряжения и сравнить их с напряжением источника. Складываем UR1 и UR2 вместе: это 14 вольт. Оно равно напряжению источника. Если вы получите другой ответ, это может быть связано с небольшим отклонением из-за промежуточного округления или ошибкой в расчете.
Параллельное соединение: рассчитайте замещающее сопротивление:
В этом примере R1 и R2 соединены параллельно. Теперь минус одного потребителя уже не связан с плюсом другого. Напряжение на резисторах теперь равно напряжению батареи. Ток распределяется по резисторам. При равных значениях сопротивлений полный ток (I тотал, сокращенно It) делится на два. Чтобы рассчитать Его, мы должны сначала определить сопротивление замены. Еще раз заменим R1 и R2 на один резистор, называемый Rv. Тогда мы получим ту же ситуацию, что и в примере с последовательным соединением. Значения сопротивления следующие:
- R1 = 10 Ом
- R2 = 20 Ом
В параллельной цепи мы не можем складывать значения сопротивлений. Общая формула:
Вводим значения сопротивлений R1 и R2:
Способ 1: Вычисляем результат десятой и двадцатой и складываем значения.
Способ 2: Другой способ — рассчитать сопротивление замены в дробной форме. Снова вводим в уравнение значения R1 и R2. Под разделительными линиями (знаменатели) расположены неравные числа; мы не можем сложить знаменатели. Поэтому мы сначала делаем их одноименными. В этом примере все просто: десятая часть дважды переходит в двадцатую, поэтому мы умножаем целую десятую на 2. Тогда мы получаем две двадцатые. В пропорции это то же самое, что одна десятая. С теми же знаменателями можно сложить дроби: получится три двадцатых. Чтобы рассчитать сопротивление замены, мы должны перевернуть дробь: 1/RV становится RV/1 (затем мы можем вычеркнуть /1), а три двадцатых становятся 20, разделенными на 3. Результат 6,67 Ом равен результату способа 1. .
Параллельное соединение: расчет частичных токов:
Мы можем рассчитать общий ток (It), разделив Ub и Rv друг на друга:
Текущий итоговый итог будет разделен на I1 и I2. Через R1 течет другой ток, чем через R2. В месте соединения частичные токи снова объединяются и возвращаются к минусу батареи.
При параллельном включении напряжение на каждом потребителе равно напряжению источника:
В формулы для UR1 и UR2 вводим то же значение, что и напряжение аккумулятора: в данном случае 14 вольт. Делим напряжение на значения сопротивления и получаем парциальные токи. Через резистор R1 течет ток силой 1,4 ампера, а через R2 — 700 миллиампер.
Сложив два частичных тока, мы получим общий ток 2,1 ампера.
Комбинированная схема:
При комбинированной схеме мы имеем дело с последовательной и параллельной цепью в одной цепи. На рисунке мы видим, что резистор R1 включен последовательно с параллельно включенными резисторами R2 и R3. На практике мы могли столкнуться с этим при плохом плюсовом проводе к двум лампам: R1 в данном случае — переходное сопротивление, R2 и R3 — лампы.
Рассчитаем токи и напряжения, исходя из следующих данных:
- Uб = 12 вольт;
- R1 = 0,5 Ом
- R2 = 15 Ом
- R3 = 15 Ом
В параллельной цепи мы знаем, что напряжение на резисторах равно напряжению источника. Поскольку сейчас мы имеем дело с комбинированной схемой, это уже неприменимо; часть занята R1. Однако напряжения на R2 и R3 равны.
Для наглядности разделим расчеты на 5 шагов.
1. Определить Rv параллельного соединения:
Заменим R2 и R3 на Rv и для удобства вычислим Rv в дробной форме.
Теперь есть последовательное соединение: R1, очевидно, остается 0,5 Ом, а Rv теперь составляет 7,5 Ом.
2. Определить Rv последовательного соединения:
На этапе 1 было определено сопротивление замены R2 и R3. Замененный резистор был включен последовательно с резистором R1.
На этом этапе мы складываем значения сопротивления R1 и Rv вместе, чтобы снова рассчитать сопротивление замены, но теперь сопротивление последовательной цепи. Мы называем этот заменяющий резистор: Rv' (с акцентом), потому что это «второй» Rv в схеме.
3. Подсчитайте итог:
Общий ток составляет 1,5 А и протекает через резистор R1 и заменяющий резистор Rv'.
4. Рассчитаем парциальные напряжения:
Перестраиваем схему шаг за шагом; мы соединяем R1 и Rv последовательно, чтобы рассчитать частичные напряжения UR1 и URv с общими значениями тока и сопротивления.
Чтобы проверить: сложенные частичные напряжения соответствуют напряжению источника: (UR1 + URv = Ub), поэтому ошибок в расчетах до сих пор не было.
5. Рассчитать потоки:
Мы снова дополняем график. На шаге 4 мы определили, что напряжение на резисторе R1 составляет 0,75 вольт. Напряжение на заменяемом резисторе Rv составляет 11,25 вольт. Поскольку в параллельной цепи напряжение на потребителях одинаково, мы знаем, что напряжение на R2 и R3 составляет 11,25 В.
Результаты расчетов показывают, что полный ток протекает через R1, а затем ток распределяется по R2 и R3. При неодинаковых значениях сопротивлений эти токи отличаются друг от друга.
Комбинированное круговое упражнение:
В этом разделе вы сможете самостоятельно попрактиковаться в расчете комбинированной схемы. Чтобы облегчить себе задачу, вы можете выполнить шаги с 1 по 5 из предыдущего пункта. Разверните пошаговый план шагом 6, чтобы рассчитать парциальные напряжения R4 и R5.
Датам:
- Uб = 10 вольт
- R1 = 1 Ом
- R2 = 10 Ом
- R3 = 4 Ом
- R4 = 5 Ом
- R5 = 15 Ом
Gevraagd:
- Все частичные напряжения (от UR1 до UR5)
- Все подпотоки.
Связанные страницы:
