Предмети:
- Послідовні та паралельні схеми в цілому
- Послідовне з’єднання на практиці
- Послідовне з'єднання: розрахувати опір заміщення
- Послідовне з’єднання: розрахувати струм і часткову напругу
- Паралельне з'єднання: розрахувати опір заміщення
- Паралельне з'єднання: розрахувати часткові струми
- Комбінована схема
- Комбінована кругова вправа
Послідовні та паралельні схеми в цілому:
На цій сторінці ми розглядаємо послідовні схеми, паралельні схеми та комбіновані схеми, які використовуються в автомобільній техніці. Знання про основна електроніка для цього потрібно.
Послідовне з'єднання:
Наступна схема показує схему з 12-вольтовою батареєю, запобіжником (F), закритим перемикачем (S) і двома лампами (L1 і L2). Мінусовий провід лампи L1 з'єднується з плюсовим проводом лампи L2. Ми називаємо це послідовним з’єднанням.
Сила струму через обидві лампи однакова. Напруга розподіляється. Оскільки в прикладі використовувалися дві лампи однакової потужності, напруга акумулятора 12 вольт ділиться на 6 вольт на лампу. З цієї причини лампи в автомобільній техніці не ставлять серійно. Крім того, якщо одна лампа несправна, весь ланцюг буде перервано, внаслідок чого інша лампа більше не горітиме.
Паралельне підключення:
В автомобільній техніці ми майже завжди маємо справу з паралельними ланцюгами. У наступній схемі показано схему, в якій лампи L1 і L2 мають власний позитивний і заземлюючий дріт. Напруга на кожному споживачі дорівнює напрузі акумулятора; це можна побачити у вимірюванні вольт. У цьому прикладі використовуються ті самі лампи, що і при послідовному з'єднанні; Однак тут вони горять яскравіше, тому що лампи тепер отримують більше напруги і струму.
Ще одна властивість паралельної схеми полягає в тому, що якщо одна лампа несправна, це не впливає на роботу іншої лампи.
Послідовне з'єднання на практиці:
Як описано в попередньому параграфі, в автомобільній техніці ми майже завжди маємо справу зі споживачами, підключеними паралельно. Зрештою, ми хочемо якомога більше напруги та струму, щоб споживачі могли працювати, і якомога менше ризику збоїв у разі виходу з ладу одного із споживачів.
На практиці ми знаходимо споживачів, які розміщуються послідовно для виконання свого завдання. Для прикладу ми візьмемо двигун вентилятора/обігрівача салону. Для регулювання швидкості вентилятора резистор встановлюється послідовно в заземлення між електродвигуном і точкою заземлення. Ми також називаємо це послідовним резистором.
Розміщуючи один або кілька резисторів послідовно, втрати збільшуються, а напруга на електродвигуні зменшується.
Детальніше про це читайте на сторінці: послідовний резистор вентилятора салону.
Також може бути небажане послідовне з'єднання; наприклад, перехідний опір у позитивному або заземленому з’єднанні, що призводить до втрати напруги (див. сторінку “виміряти мультиметром).
Послідовне з'єднання: розрахувати опір заміщення:
Кожен електроспоживач має внутрішній опір. Високий опір призводить до низького струму; іншими словами: опір визначає силу струму. Напруга, що подається, дорівнює напрузі джерела (Ub, або напрузі батареї).
У прикладі споживачі (R1 і R2) з'єднані послідовно. Мінус R1 з’єднаний з плюсом R2. Сила струму через резистори однакова. Щоб обчислити силу струму і, зрештою, часткові напруги за допомогою закону Ома, ми можемо почати з розрахунку опору заміщення. Значення опору такі:
- R1 = 15 Ом
- R2 = 10 Ом
Для розрахунку опору заміщення замінимо на схемі резистори R1 і R2 на Rv.
У послідовному ланцюзі ми можемо додати значення опору разом. Формула та ефект показані нижче.
Результат розрахунку показує, що опір заміщення становить 25 Ом. У наступних прикладах ми можемо додатково розрахувати за допомогою Rv.
Послідовне з'єднання: розрахувати струм і часткові напруги:
У цьому розділі ми обчислюємо загальний струм і часткові напруги на резисторах R1 і R2. Для початку нам потрібна напруга джерела (Ub). У цьому прикладі розрахунку ця напруга становить 14 вольт.
З відомою напругою джерела (Ub) і опором заміщення (Rv) ми можемо розрахувати загальний струм (I). Визначаємо І з Закон Ома:
Струм у послідовному ланцюзі однаковий через кожен резистор. Зелена стрілка на малюнку вказує напрямок потоку. Сила струму 560 міліампер.
Тепер, коли струм відомий, ми можемо розрахувати часткові напруги. Ми використовуємо це, щоб визначити, скільки напруги «споживає» кожен резистор.
- Напруга (U) на резисторі R1 позначається як: UR1. Використовуючи закон Ома, ми множимо силу струму на значення опору. Напруга на резисторі становить 8,4 вольта.
- Розраховуємо UR2 з тим же струмом, але тепер зі значенням опору R2; ця напруга становить 5,6 вольт.
Щоб перевірити, ви можете скласти часткові напруги разом і порівняти їх з напругою джерела. Складаємо UR1 і UR2 разом: це 14 вольт. Це дорівнює напрузі джерела. Якщо ви отримаєте іншу відповідь, це може бути наслідком невеликого відхилення через проміжне округлення або помилки в обчисленні.
Паралельне з'єднання: розрахувати опір заміщення:
У цьому прикладі R1 і R2 підключені паралельно. Тепер мінус одного споживача більше не пов'язаний з плюсом іншого. Напруга на резисторах тепер дорівнює напрузі акумулятора. Струм розподіляється по резисторах. При рівних значеннях опору загальний струм (I total, скорочено It) ділиться на два. Щоб обчислити його, ми повинні спочатку визначити опір заміщення. Знову замінюємо R1 і R2 на один резистор, який називається Rv. Тоді отримуємо таку ж ситуацію, як у прикладі з послідовним з’єднанням. Значення опору:
- R1 = 10 Ом
- R2 = 20 Ом
У паралельному ланцюзі ми не можемо додати значення опору. Загальна формула:
Вводимо значення опору R1 і R2:
Спосіб 1: Обчислюємо результат десятої і двадцятої і складаємо значення разом.
Спосіб 2: Інший спосіб - розрахувати опір заміщення у вигляді дробу. Знову вводимо в рівняння значення R1 і R2. Під лініями поділу (знаменниками) — нерівні числа; ми не можемо скласти знаменники разом. Тому ми спочатку робимо їх однойменними. У цьому прикладі це легко: десята частина входить у двадцяту двічі, тому ми множимо цілу десяту на 2. Тоді ми отримуємо дві двадцятих. У пропорції це те саме, що одна десята. З тими самими знаменниками ми можемо додати дріб: у результаті отримаємо три двадцятих. Щоб обчислити опір заміщення, ми маємо змінити дріб: 1/RV стає RV/1 (тоді ми можемо викреслити /1), а три двадцяті перетворюються на 20, поділене на 3. Результат 6,67 Ом дорівнює результату способу 1 .
Паралельне з'єднання: розрахувати часткові струми:
Ми можемо обчислити загальний струм (It), поділивши Ub і Rv один на одного:
Поточний Itotaal буде розділений на I1 та I2. Через R1 тече інший струм, ніж через R2. На стику часткові струми знову об’єднуються, і він повертається до мінуса батареї.
При паралельному з’єднанні напруга на кожному споживачі дорівнює напрузі джерела:
У формули для UR1 і UR2 ми вводимо те саме значення, що й напруга акумулятора: у цьому випадку 14 вольт. Ділимо напругу на значення опору і отримуємо часткові струми. Через резистор R1 тече струм силою 1,4 ампера, через R2 — 700 міліампер.
Коли ми додаємо два часткові струми разом, ми отримаємо загальний струм 2,1 ампера.
Комбінована схема:
При комбінованому ланцюзі ми маємо справу з послідовним і паралельним ланцюгом в одному колі. На малюнку ми бачимо, що резистор R1 включений послідовно з паралельно з’єднаними резисторами R2 і R3. На практиці ми можемо зіткнутися з цим у випадку поганого плюсового дроту до двох ламп: R1 у цьому випадку є перехідним опором, R2 і R3 є лампами.
Ми розрахуємо струми та напруги на основі наступних даних:
- Ub = 12 вольт;
- R1 = 0,5 Ом
- R2 = 15 Ом
- R3 = 15 Ом
Ми знаємо, що в паралельному колі напруга на резисторах дорівнює напрузі джерела. Оскільки зараз ми маємо справу з комбінованою схемою, це більше не застосовується; частина займає R1. Однак напруги на R2 і R3 рівні.
Для наочності розділимо розрахунки на 5 кроків.
1. Визначити Rv паралельного з’єднання:
Ми замінюємо R2 і R3 на Rv і обчислюємо Rv у формі дробу для зручності.
Тепер є послідовне з’єднання: R1, очевидно, залишається 0,5 Ом, а Rv тепер становить 7,5 Ом
2. Визначити Rv послідовного з’єднання:
На кроці 1 було визначено опір заміщення R2 і R3. Замінний резистор був включений послідовно з резистором R1.
На цьому кроці ми складаємо значення опору R1 і Rv разом, щоб знову обчислити опір заміщення, але тепер опір послідовної схеми. Ми називаємо цей резистор заміни: Rv' (з наголосом), тому що це «другий» Rv у схемі.
3. Підрахувати підсумок:
Загальний струм становить 1,5 А і протікає через резистор R1 і замінний резистор Rv'.
4. Розрахувати часткові напруги:
Поетапно перебудовуємо схему; ми з'єднуємо R1 і Rv послідовно, щоб обчислити часткові напруги UR1 і URv із значеннями загального струму та опору.
Для перевірки: часткові напруги, складені разом, відповідають напрузі джерела: (UR1 + URv = Ub), тому досі не було зроблено жодних помилок у розрахунках.
5. Розрахувати потоки:
Знову доповнюємо графік. На кроці 4 ми визначили, що напруга на резисторі R1 становить 0,75 вольт. Напруга на змінному резисторі Rv становить 11,25 вольт. Оскільки в паралельному ланцюзі напруга на споживачах однакова, ми знаємо, що напруга на R2 і R3 становить 11,25 вольт.
Результати розрахунків показують, що загальний струм протікає через R1, а потім струм розподіляється по R2 і R3. При неоднакових значеннях опору ці струми відрізняються один від одного.
Комбінована кругова вправа:
У цьому розділі ви можете самостійно потренуватися в розрахунку комбінованого кола. Щоб полегшити собі, виконайте кроки з 1 по 5 з попереднього абзацу. Розширте покроковий план кроком 6, щоб обчислити часткові напруги R4 і R5.
Дата:
- Ub = 10 вольт
- R1 = 1 Ом
- R2 = 10 Ом
- R3 = 4 Ом
- R4 = 5 Ом
- R5 = 15 Ом
Запитали:
- Усі часткові напруги (UR1 до UR5)
- Усі підпотоки.
Пов'язані сторінки:
