Az ellenállások melyik kapcsolatát nevezzük sorozatnak? Elektromos energia vevők csatlakoztatásának módszerei

Helló.

Ma megvizsgáljuk az ellenállások soros és párhuzamos kapcsolását. A téma nagyon érdekes és releváns a mindennapi életünkben. Általában minden tárgy ezzel a témával kezdődik. Ellenkező esetben az első dolog.

Először is nézzük meg, miért van „ellenállás”. Ennek a definíciónak a szinonimái lehetnek: terhelés vagy ellenállás. Mivel elektromos hálózatról beszélünk, ebből következik, hogy a vezetékeken áram folyik. Nem számít, milyen jól folyik az áram a vezetékeken, és nem számít, milyen anyagokból készülnek a vezetékek, egyfajta súrlódási erő mégis hat az áramra. Vagyis az áram valamilyen ellenállásba ütközik, és a vezeték anyagától, keresztmetszetétől és hosszától függően ez az ellenállás erősebb vagy gyengébb. Így az orosz nyelvben elfogadták az „ellenállás” kifejezést, amely egy bizonyos áramköri elemet jelöl, amely kézzelfogható akadályt képez az áram áthaladása előtt, majd később megjelent a népszerű „terhelés” kifejezés, vagyis egy töltőelem, és a kifejezés. Az „ellenállás” az angol nyelvből származik. Megértettük a fogalmakat, most elkezdhetjük a gyakorlást. Kezdjük talán az ellenállások párhuzamos kapcsolásával, egyszerűen azért, mert szinte mindenhol használjuk őket.

Ellenállások párhuzamos kapcsolása

Párhuzamos kapcsolással minden ellenállás a kezdetével az áramforrás egyik pontjához, a végével egy másik ponthoz kapcsolódik. Ne menjünk messzire, hanem nézzünk körül magunk körül. Hajszárító, vasaló, mosógép, kenyérpirító, mikrohullámú sütő és minden más elektromos készülék két munkavégű és egy védő (földelő) végű dugóval rendelkezik. A konnektorban lévő feszültség a mi áramforrásunk. Mindegy, hány elektromos készüléket csatlakoztatunk a hálózatra, mindegyiket párhuzamosan csatlakoztatjuk egy áramforráshoz. Rajzoljunk egy diagramot, hogy érthetőbb legyen.

Nem számít, hány fogyasztót adnak hozzá ehhez a rendszerhez, semmi sem változik. Az elektromos készülék egyik vége a nulla buszhoz, a másik a fázishoz csatlakozik. Most alakítsuk át egy kicsit a diagramot:

Most három ellenállásunk van:

Vas 2,2 kW – R1 (22 Ohm);

Tűzhely 3,5 kW – R2 (14 Ohm);

Izzó 100 W – R3 (484 Ohm).

Ezek a fogyasztók elektromos árammal szembeni ellenállásának valós értékei. Fogyasztóinkat egyenként kapcsoljuk be a hálózatba, és mi történik a mérővel? Így van, gyorsabban kezdi számolni a pénztárcánkban lévő pénzt. Most emlékszünk Ohm törvényére, amely kimondja, hogy az áramerősség fordítottan arányos az ellenállással, és megértjük, hogy minél kisebb az ellenállás, annál nagyobb az áramerősség. Hogy még könnyebb legyen megérteni, mi történik, képzeljünk el egy koncerttermet három különböző méretű kijárattal és sok emberrel. Minél nagyobbra nyílik az ajtó, annál több ember tud átmenni rajta egyszerre, és minél több ajtó nyílik ki, annál nagyobb lesz az áteresztőképesség. Nos, most térjünk át a képletekre.

Minden ellenállásra ugyanaz a feszültség vonatkozik - 220 volt.

A diagramból és a gyakorlatból azt látjuk, hogy az áramok összeadódnak egy közös áramot, ezért a következő egyenletet kapjuk:

Ha alaposan megnézi az egyenletet, észre fogja venni, hogy az egyenlet felső része változatlan, és egynek tekinthető, így a következő képletet kapjuk:

Van egy privát képlet is két párhuzamosan kapcsolt ellenállás kiszámítására:

Nos, végezzük el a számítást a gyakorlatban.

És 8,407 Ohm teljes ellenállást kapunk.

Az előző cikkben megnéztem, és nézzük meg.

Az áramkör teljesítménye a következő lesz:

Hatványainkat számoljuk: 2000+3500+100=5600, ami majdnem egyenlő 5757-tel, ekkora hiba abból adódik, hogy az ellenállásértékeket egész számokra kerekítettem.

Milyen következtetéseket lehet levonni? Amint láthatja, a teljes ellenállás (más néven ekvivalens) mindig kisebb lesz, mint az áramkör legkisebb ellenállása. Esetünkben ez egy 14 ohm ellenállású és 8,4 ohmnak megfelelő lemez. Ez érthető. Emlékszel a példára a koncertterem ajtóival? Az ellenállást sávszélességnek nevezhetjük. Tehát a csarnokból kilépő emberek (elektronok) teljes száma nagyobb lesz, mint az egyes ajtók áteresztőképessége. Vagyis nő az áramerősség. Más szóval, az áram esetében az ellenállások mindegyike egy másik ajtó lesz, amelyen keresztül áramolhat.

Ellenállások soros csatlakozása

Soros kapcsolásnál az egyik ellenállás vége egy másikhoz kapcsolódik. Az ilyen kapcsolat tipikus példája az újévi füzér.

Amennyire egy iskolai fizikatanfolyamból tudjuk, egy zárt áramkörön csak egy áram folyik át. Tehát amink van:

Izzó 200 watt – R1 (242 Ohm)

100 wattos izzó – R2 (484 Ohm)

Izzó 50 watt – R3 (968 Ohm)

Térjünk vissza ismét az allegóriához, és képzeljünk el egy koncerttermet, de csak ezúttal egy hosszú folyosó lesz, amelyből három ajtó vezet. Most a jelenleginek (népnek) csak egy módja van, hogy szekvenciálisan egyik ajtótól a másikig menjen. A probléma megoldásához a feszültségből kell kiindulnunk. Abból a tényből kiindulva, hogy az áramforrás összege megegyezik az ellenállásokon lévő feszültségesések összegével, a következő képletet kapjuk:

Ez a következőket jelenti:

Ha az egyenlet mindkét oldalát elosztjuk egy közös értékkel, arra a következtetésre jutunk, hogy soros kapcsolással az áramkör egyenértékű ellenállásának eléréséhez összegeznünk kell ennek az áramkörnek az összes ellenállását:

Ellenőrizzük. R=242+484+968=1694 Ohm

Amint látja, az erőviszonyok szinte egyenlők. És most figyeljen egy jellemzőre, amely ismét felfedi az „ellenállás” fogalmát. Felhívjuk figyelmét, hogy a leggyengébb izzón lesz a legnagyobb teljesítmény:

Úgy tűnik, mindennek fordítva kell lennie, egy erősebb izzónak fényesebben kell világítania. Térjünk vissza allegóriánkhoz. Mit gondol, hol lesz erősebb a zúzás a széles vagy a keskeny ajtó közelében? Hol lesz melegebb? Természetesen a szűk ajtó közelében lesz zúzás, ahol pedig zúzás, ott meleg lesz, mert az emberek megpróbálnak gyorsabban haladni. Egy áramban az emberek szerepét az elektronok játsszák. Ez az a paradoxon, ami akkor adódik, amikor a különböző értékű ellenállásokat soros áramkörbe kötik, és ezért próbálnak azonos izzót használni a füzérekben. Most, ismerve az ellenállások soros kapcsolásának elveit, bármilyen füzért kiszámíthat. Például 12 voltos autólámpái vannak. Tudva, hogy a teljes feszültség egyenlő a feszültségesések összegével, csak el kell osztani a 220 voltot 12 volttal, és 18,3 lámpát kapunk. Vagyis ha veszel 18 vagy 19 egyforma 12 voltos lámpát és sorba kötöd, akkor 220 V-on be lehet kapcsolni és nem égnek ki.

Foglaljuk össze

Az ellenállások párhuzamos összekapcsolásával az egyenértékű ellenállás csökken (háromszor gyorsabban ürül ki a koncertterem, durván fogalmazva három folyosón szétszóródnak az emberek), soros kapcsolással pedig nő az ellenállás (bárhogy is akarnak gyorsabban elhagyni a termet , ezt csak egy folyosó mentén kell megtenniük, és minél szűkebb a folyosó, annál nagyobb ellenállást kelt).

A szekvenciális kapcsolás az áramköri elemek olyan összeköttetése, amelyben az áramkörbe tartozó összes elemben ugyanaz az I áram lép fel (1.4. ábra).

Kirchhoff második törvénye (1.5) alapján a teljes áramkör teljes U feszültsége megegyezik az egyes szakaszok feszültségeinek összegével:

U = U 1 + U 2 + U 3 vagy IR eq = IR 1 + IR 2 + IR 3,

honnan következik

R eq = R 1 + R 2 + R 3.

Így az áramköri elemek sorba kapcsolásakor az áramkör teljes egyenértékű ellenállása megegyezik az egyes szakaszok ellenállásainak számtani összegével. Következésképpen egy tetszőleges számú sorba kapcsolt ellenállású áramkör helyettesíthető egy egyszerű, egyenértékű R eq ellenállású áramkörrel (1.5. ábra). Ezután az áramkör számítása az egész áramkör I áramának az Ohm törvénye szerint történő meghatározására redukálódik

és a fenti képletekkel számítsuk ki az U 1, U 2, U 3 feszültségesést az elektromos áramkör megfelelő szakaszaiban (1.4. ábra).

Az elemek szekvenciális összekapcsolásának az a hátránya, hogy ha legalább egy elem meghibásodik, az áramkör összes többi elemének működése leáll.

Elektromos áramkör elemek párhuzamos kapcsolásával

Párhuzamos kapcsolásnak nevezzük azt a csatlakozást, amelyben az áramkörben lévő összes elektromos energia fogyasztó azonos feszültség alatt van (1.6. ábra).

Ebben az esetben két a és b áramköri csomóponthoz kapcsolódnak, és Kirchhoff első törvénye alapján azt írhatjuk, hogy a teljes áramkör I teljes árama egyenlő az egyes ágak áramainak algebrai összegével:

I = I 1 + I 2 + I 3, azaz.

honnan az következik

.

Abban az esetben, ha két R 1 és R 2 ellenállást párhuzamosan kapcsolunk, azokat egy ekvivalens ellenállással helyettesítjük

.

Az (1.6) összefüggésből az következik, hogy az áramkör ekvivalens vezetőképessége egyenlő az egyes ágak vezetőképességeinek számtani összegével:

g eq = g 1 + g 2 + g 3.

A párhuzamosan kapcsolt fogyasztók számának növekedésével az áramkör g eq vezetőképessége nő, és fordítva, az R eq összellenállás csökken.

Feszültségek párhuzamosan kapcsolt ellenállású elektromos áramkörben (1.6. ábra)

U = IR eq = I 1 R 1 = I 2 R 2 = I 3 R 3.

Ebből következik, hogy

azok. Az áramkörben lévő áram az ellenállásukkal fordított arányban oszlik meg a párhuzamos ágak között.

A párhuzamosan kapcsolt áramkör szerint az azonos feszültségre tervezett bármely teljesítményű fogyasztók névleges üzemmódban működnek. Ezenkívül egy vagy több fogyasztó be- vagy kikapcsolása nem befolyásolja a többi fogyasztó működését. Ezért ez az áramkör a fő áramkör a fogyasztók elektromos energiaforráshoz történő csatlakoztatására.

Elektromos áramkör elemek vegyes csatlakozásával

A vegyes kapcsolat olyan kapcsolat, amelyben az áramkör párhuzamos és sorosan kapcsolt ellenállások csoportjait tartalmazza.

ábrán látható áramkörhöz. 1.7, az egyenértékű ellenállás számítása az áramkör végétől kezdődik. A számítások egyszerűsítése érdekében feltételezzük, hogy ebben az áramkörben minden ellenállás azonos: R 1 =R 2 =R 3 =R 4 =R 5 =R. Az R4 és R5 ellenállások párhuzamosan vannak kötve, akkor a cd áramköri szakasz ellenállása egyenlő:

.

Ebben az esetben az eredeti áramkör (1.7. ábra) a következő formában ábrázolható (1.8. ábra):

Az ábrán (1.8. ábra) az R 3 és az R cd ellenállás sorba van kötve, majd az ad áramköri szakasz ellenállása egyenlő:

.

Ekkor a diagram (1.8. ábra) rövidített változatban is bemutatható (1.9. ábra):

Az ábrán (1.9. ábra) az R 2 és R ad ellenállás párhuzamosan van kapcsolva, ekkor az ab kapcsolási szakasz ellenállása egyenlő

.

Az áramkör (1.9. ábra) leegyszerűsített változatban (1.10. ábra) ábrázolható, ahol az R 1 és R ab ellenállások sorba vannak kötve.

Ekkor az eredeti áramkör egyenértékű ellenállása (1.7. ábra) egyenlő lesz:

Rizs. 1.10

Rizs. 1.11

Az átalakítások eredményeként az eredeti áramkör (1.7. ábra) egy R eq. ellenállású áramkör formájában (1.11. ábra) jelenik meg. Az áramkör minden elemére vonatkozó áramok és feszültségek kiszámítása Ohm és Kirchhoff törvényei szerint történhet.

EGYFÁZIUSÚ SZINUSSZIDÁLIS ÁRAM LINEÁRIS ÁRAMKÖREI.

Szinuszos EMF megszerzése. . A szinuszos áram alapvető jellemzői

A szinuszos áramok fő előnye, hogy lehetővé teszik az elektromos energia leggazdaságosabb előállítását, átvitelét, elosztását és felhasználását. Alkalmazásuk megvalósíthatósága annak köszönhető, hogy a generátorok, villanymotorok, transzformátorok és elektromos vezetékek hatásfoka ebben az esetben a legmagasabb.

Ahhoz, hogy lineáris áramkörökben szinuszosan változó áramokat kapjunk, szükséges, hogy pl. d.s. szintén szinuszos törvény szerint változott. Tekintsük a szinuszos EMF előfordulási folyamatát. A legegyszerűbb szinuszos EMF generátor lehet egy téglalap alakú tekercs (keret), amely egyenletesen forog egyenletes mágneses térben szögsebességgel ω (2.1. ábra, b).

A tekercsen áthaladó mágneses fluxus, amikor a tekercs forog abcd indukál (indukál) benne az elektromágneses indukció törvénye alapján EMF e . A terhelést kefék segítségével csatlakoztatják a generátorhoz 1 , két csúszógyűrűhöz nyomva 2 , amelyek viszont a tekercshez vannak kötve. Tekercs által indukált érték abcd e. d.s. minden pillanatban arányos a mágneses indukcióval BAN BEN, a tekercs aktív részének mérete l = ab + dcés mozgása sebességének a mezőhöz viszonyított normál összetevője vn:

e = Blvn (2.1)

Ahol BAN BENÉs l- állandó értékek, a vn- az α szögtől függő változó. A sebesség kifejezése v n a tekercs lineáris sebességén keresztül v, kapunk

e = Blv·sinα (2.2)

A (2.2) kifejezésben a szorzat Blv= konst. Ezért e. A mágneses térben forgó tekercsben indukált d.s. a szög szinuszos függvénye α .

Ha a szög α = π/2, majd a terméket Blv a (2.2) képletben az indukált e maximális (amplitúdó) értéke van. d.s. E m = Blv. Ezért a (2.2) kifejezés a formába írható

e = Emsinα (2.3)

Mert α a forgási szög az időben t, akkor szögsebességben kifejezve ω , tudunk írni α = ωt, és írd át a (2.3) képletet a formába

e = Emsinωt (2.4)

Ahol e- pillanatnyi érték e. d.s. tekercsben; α = ωt- e értékét jellemző fázis. d.s. egy adott pillanatban.

Megjegyzendő, hogy azonnali e. d.s. végtelen kis időtartam alatt állandó értéknek tekinthető, ezért a pillanatnyi értékekre pl. d.s. e, feszültség Ésés áramlatok én az egyenáram törvényei érvényesek.

A szinuszos mennyiségek grafikusan ábrázolhatók szinuszokkal és forgó vektorokkal. Ha szinuszosként ábrázolják őket, a mennyiségek pillanatnyi értékeit az ordinátán egy bizonyos skálán, az időt pedig az abszcisszán ábrázolják. Ha egy szinuszos mennyiséget forgó vektorok ábrázolnak, akkor a skálán lévő vektor hossza tükrözi a szinusz amplitúdóját, az abszcissza tengelyének pozitív irányával a kezdeti időpontban bezárt szög egyenlő a kezdeti fázissal, és a a vektor forgási sebessége megegyezik a szögfrekvenciával. A szinuszos mennyiségek pillanatnyi értékei a forgóvektor vetületei az ordináta tengelyre. Megjegyzendő, hogy a sugárvektor pozitív forgásirányát az óramutató járásával ellentétes forgásiránynak tekintjük. ábrán. A pillanatnyi e értékek 2,2 grafikonja van ábrázolva. d.s. eÉs e".

Ha a mágnespóluspárok száma p ≠ 1, akkor a tekercs egy fordulata alatt (lásd 2.1. ábra) történik p a változás teljes ciklusai e. d.s. Ha a tekercs (rotor) szögfrekvenciája n percenkénti fordulatszámot, akkor az időtartam csökkenni fog pn egyszer. Ekkor a frekvencia e. d.s., azaz a másodpercenkénti periódusok száma,

f = Pn / 60

ábrából 2.2 egyértelmű, hogy ωТ = 2π, ahol

ω = 2π / T = 2πf (2.5)

Méret ω , amely arányos az f frekvenciával és egyenlő a sugárvektor forgási szögsebességével, szögfrekvenciának nevezzük. A szögfrekvenciát radián per másodpercben (rad/s) vagy 1/s-ban fejezzük ki.

ábrán grafikusan ábrázolva. 2,2 e. d.s. eÉs e" kifejezésekkel leírható

e = Emsinωt; e" = E"msin(ωt + ψe") .

Itt ωtÉs ωt + ψe"- e értékeket jellemző fázisok. d.s. eÉs e" egy adott időpontban; ψ e"- az e értékét meghatározó kezdeti fázis. d.s. e" t = 0-nál. Az e. d.s. e a kezdeti fázis nulla ( ψ e = 0 ). Sarok ψ mindig a szinuszos érték nulla értékétől számítva, amikor negatívról pozitívra megy át az origóba (t = 0). Ebben az esetben a pozitív kezdeti fázis ψ (2.2. ábra) az origótól balra helyezkednek el (negatív értékek felé). ωt), a negatív fázis pedig jobbra.

Ha két vagy több, azonos frekvenciával változó szinuszos mennyiség időben nem azonos szinuszos origóval rendelkezik, akkor ezek egymáshoz képest fázisban eltolódnak, azaz fázison kívül vannak.

Szögkülönbség φ , amely megegyezik a kezdeti fázisok különbségével, fáziseltolódási szögnek nevezzük. Fáziseltolás az azonos nevű szinuszos mennyiségek között, például két e. d.s. vagy két áramot, jelölje α . Az áram és a feszültség szinuszos vagy maximum vektorai közötti fáziseltolási szöget betűvel jelöljük φ (2.3. ábra).

Amikor szinuszos mennyiségek esetén a fáziskülönbség egyenlő ±π , akkor fázisban ellentétesek, de ha a fáziskülönbség egyenlő ±π/2, akkor azt mondják, hogy kvadratúrában vannak. Ha a kezdeti fázisok azonosak az azonos frekvenciájú szinuszos mennyiségeknél, ez azt jelenti, hogy fázisban vannak.

Szinuszos feszültség és áramerősség, amelyek grafikonjait az ábra mutatja be. 2.3 leírása a következő:

u = Umbűn(ω t+ψ u) ; i = Imbűn(ω t+ψ én) , (2.6)

valamint az áram és a feszültség közötti fázisszög (lásd 2.3. ábra) ebben az esetben φ = ψ u - ψ én.

A (2.6) egyenletek különbözőképpen írhatók fel:

u = Umsin(ωt + ψén + φ) ; i = Imsin(ωt + ψu - φ) ,

mert a ψ u = ψ én + φ És ψ én = ψ u - φ .

Ezekből a kifejezésekből az következik, hogy a feszültség egy szögben vezeti az áramot fázisban φ (vagy az áram egy szöggel fázison kívül van a feszültséggel φ ).

Szinuszos elektromos mennyiségek ábrázolási formái.

Bármilyen szinuszosan változó elektromos mennyiség (áram, feszültség, emf) megjeleníthető analitikus, grafikus és összetett formában.

1). Elemző bemutató forma

én = én m bűn( ω·t + ψ én), u = U m bűn( ω·t + ψ u), e = E m bűn( ω·t + ψ e),

Ahol én, u, e– a szinuszos áram, a feszültség, az EMF pillanatnyi értéke, azaz az adott időpontban érvényes értékek;

én m , U m , E m– szinuszos áram, feszültség, EMF amplitúdói;

(ω·t + ψ ) – fázisszög, fázis; ω = 2·π/ T– szögfrekvencia, amely a fázisváltozás sebességét jellemzi;

ψ én, ψ te, ψ e – az áram, a feszültség, az EMF kezdeti fázisait a szinuszos függvény nullától a pozitív értékig az időszámlálás megkezdése előtti átmenettől számítjuk ( t= 0). A kezdeti szakasznak lehet pozitív és negatív jelentése is.

A pillanatnyi áram- és feszültségértékek grafikonjai az ábrán láthatók. 2.3

A feszültség kezdeti fázisa az origótól balra tolódik el és pozitív ψ u > 0, az áram kezdeti fázisa az origótól jobbra tolódik el és negatív ψ én< 0. Алгебраическая величина, равная разности начальных фаз двух синусоид, называется сдвигом фаз φ . Fáziseltolás a feszültség és az áram között

φ = ψ te – ψ i = ψ u – (- ψ i) = ψ u+ ψ én.

Az elemző űrlap használata az áramkörök kiszámításához nehézkes és kényelmetlen.

A gyakorlatban nem a szinuszos mennyiségek pillanatnyi értékeivel kell foglalkozni, hanem a tényleges értékekkel. Minden számítást effektív értékekre végeznek, a különböző elektromos készülékek névleges adatai effektív értékeket mutatnak (áram, feszültség), a legtöbb elektromos mérőműszer effektív értékeket mutat. Az effektív áram az egyenárammal egyenértékű, amely a váltakozó árammal egyidejűleg ugyanannyi hőt termel az ellenállásban. Az effektív érték az amplitúdó egyszerű összefüggéséhez kapcsolódik

2). Vektor szinuszos elektromos mennyiség ábrázolási formája egy derékszögű koordinátarendszerben forgó vektor, amelynek kezdete 0 pont, hossza megegyezik a szinuszos mennyiség amplitúdójával, az x tengelyhez viszonyított szög a kezdő fázisa , és a forgási frekvencia az ω = 2πf. Egy adott vektor y tengelyre való vetülete bármikor meghatározza a vizsgált mennyiség pillanatnyi értékét.

Rizs. 2.4

A szinuszos függvényeket ábrázoló vektorok halmazát vektordiagramnak nevezzük. 2.4

3). Összetett A szinuszos elektromos mennyiségek bemutatása egyesíti a vektordiagramok áttekinthetőségét az áramkörök pontos analitikai számításaival.

Rizs. 2.5

Az áramot és a feszültséget vektorokként ábrázoljuk a komplex síkon, 2.5. ábra Az abszcissza tengelyt valós számok tengelyének nevezzük és jelöljük +1 , az ordináta tengelyét képzeletbeli számok tengelyének nevezzük és jelöljük +j. (Egyes tankönyvekben a valós szám tengelyét jelölik Újra, a képzeletbeliek tengelye pedig az Im). Tekintsük a vektorokat U És én egy adott időpontban t= 0. Ezen vektorok mindegyike egy komplex számnak felel meg, amely három formában ábrázolható:

A). Algebrai

U = U’+ jU"

én = én’ – jI",

Ahol U", U", én", én" – vektorok vetületei valós és imaginárius számok tengelyére.

b). Tájékoztató

Ahol U, én– vektorok moduljai (hosszúságai); e– a természetes logaritmus alapja; elforgatási tényezők, mivel a velük való szorzás megfelel a vektoroknak a valós tengely pozitív irányához viszonyított elforgatásának a kezdeti fázissal egyenlő szögben.

V). Trigonometrikus

U = U·(kötözősaláta ψ u+ j bűn ψ u)

én = én·(kötözősaláta ψ én – j bűn ψ én).

A feladatok megoldása során elsősorban az algebrai formát (összeadási és kivonási műveletekhez), valamint az exponenciális formát (szorzási és osztási műveletekhez) használják. A köztük lévő kapcsolatot az Euler-képlet állapítja meg

e jψ = cos ψ + j bűn ψ .

El nem ágazó elektromos áramkörök

Tartalom:

Mint ismeretes, bármely áramköri elem csatlakoztatása, függetlenül annak céljától, kétféle lehet - párhuzamos és soros csatlakozás. Vegyes, azaz soros-párhuzamos csatlakozás is lehetséges. Minden az alkatrész céljától és az általa ellátott funkciótól függ. Ez azt jelenti, hogy az ellenállások nem kerülik el ezeket a szabályokat. Az ellenállások soros és párhuzamos ellenállása lényegében megegyezik a fényforrások párhuzamos és soros bekötésével. Párhuzamos áramkörben a kapcsolási rajz az egyik pontból az összes ellenállásba bemenetet, a másikból a kimenetet jelenti. Próbáljuk meg kitalálni, hogyan jön létre a soros kapcsolat és hogyan jön létre a párhuzamos kapcsolat. És ami a legfontosabb, mi a különbség az ilyen kapcsolatok között, és mely esetekben szükséges soros és melyik párhuzamos kapcsolat? Érdekes olyan paraméterek kiszámítása is, mint az áramkör teljes feszültsége és teljes ellenállása soros vagy párhuzamos kapcsolás esetén. Kezdjük a definíciókkal és szabályokkal.

Csatlakozási módok és jellemzőik

A fogyasztók vagy elemek csatlakozási típusai nagyon fontos szerepet játszanak, mert ettől függ a teljes áramkör jellemzői, az egyes áramkörök paraméterei és hasonlók. Először próbáljuk meg kitalálni az elemek soros csatlakozását az áramkörhöz.

Soros csatlakozás

A soros kapcsolat olyan kapcsolat, ahol az ellenállások (valamint más fogyasztók vagy áramköri elemek) egymás után vannak csatlakoztatva, az előző kimenetét a következő bemenetére kötik. Az elemek ilyen típusú kapcsolása egy mutatót ad, amely megegyezik ezen áramköri elemek ellenállásának összegével. Vagyis ha r1 = 4 Ohm és r2 = 6 Ohm, akkor soros áramkörbe kapcsolva a teljes ellenállás 10 Ohm lesz. Ha sorba adunk még egy 5 ohmos ellenállást, akkor ezeket a számokat összeadva 15 ohmot kapunk – ez lesz a soros áramkör teljes ellenállása. Vagyis a teljes értékek megegyeznek az összes ellenállás összegével. A sorba kapcsolt elemek kiszámításakor nem merül fel kérdés - minden egyszerű és világos. Éppen ezért nem is kell ezen még komolyabban foglalkozni.

Teljesen más képleteket és szabályokat használnak az ellenállások teljes ellenállásának kiszámításához párhuzamosan kapcsolva, ezért érdemes részletesebben elidőzni.

Párhuzamos kapcsolat

A párhuzamos kapcsolat olyan kapcsolat, amelyben az összes ellenállás bemenet egy ponton, és az összes kimenet a második helyen van kombinálva. A legfontosabb dolog, amit itt meg kell érteni, hogy a teljes ellenállás ilyen csatlakozással mindig alacsonyabb lesz, mint a legkisebb ellenállású ellenállás ugyanazon paramétere.

Érdemes egy ilyen funkciót egy példa segítségével elemezni, akkor sokkal könnyebb lesz megérteni. Két 16 ohmos ellenállás van, de csak 8 ohm szükséges az áramkör megfelelő telepítéséhez. Ebben az esetben mindkettő használatakor az áramkörrel párhuzamosan csatlakoztatva a szükséges 8 ohm érhető el. Próbáljuk megérteni, milyen képlettel lehet számításokat végezni. Ez a paraméter a következőképpen számítható: 1/Rtotal = 1/R1+1/R2, és elemek összeadásakor az összeg végtelenségig folytatódhat.

Próbáljunk meg egy másik példát. 2 ellenállás van párhuzamosan csatlakoztatva, 4 és 10 ohm ellenállással. Ekkor a teljes összeg 1/4 + 1/10 lesz, ami egyenlő 1:(0,25 + 0,1) = 1:0,35 = 2,85 ohm. Mint látható, bár az ellenállások jelentős ellenállással rendelkeztek, párhuzamosan kapcsolva az összérték sokkal alacsonyabb lett.

Kiszámolhatja négy párhuzamosan csatlakoztatott ellenállás teljes ellenállását is, amelyek névleges értéke 4, 5, 2 és 10 ohm. A számítások a képlet szerint a következők: 1/Rtotal = 1/4+1/5+1/2+1/10, ami egyenlő 1:(0,25+0,2+0,5+0,1)= 1/1,5 = 0,7 Ohm.

Ami a párhuzamosan kapcsolt ellenállásokon átfolyó áramot illeti, itt kell hivatkozni Kirchhoff törvényére, amely kimondja, hogy „az áramkört elhagyó párhuzamos kapcsolásban az áramerősség egyenlő az áramkörbe belépő áramerősséggel”. Ezért itt a fizika törvényei mindent eldöntenek helyettünk. Ebben az esetben a teljes áramjelzők olyan értékekre vannak osztva, amelyek fordítottan arányosak az ág ellenállásával. Leegyszerűsítve, minél nagyobb az ellenállásérték, annál kisebb áramok fognak áthaladni ezen az ellenálláson, de általában a bemeneti áram továbbra is a kimeneten lesz. Párhuzamos kapcsolásnál a kimenet feszültsége is ugyanaz marad, mint a bemeneten. A párhuzamos kapcsolási rajz az alábbiakban látható.

Soros-párhuzamos csatlakozás

Soros-párhuzamos kapcsolásról akkor beszélünk, ha a soros csatlakozó áramkör párhuzamos ellenállásokat tartalmaz. Ebben az esetben a teljes soros ellenállás egyenlő lesz az egyes közös párhuzamosak összegével. A számítási módszer a vonatkozó esetekben ugyanaz.

Összesít

A fentieket összegezve a következő következtetéseket vonhatjuk le:

1. Az ellenállások sorba kapcsolásakor nincs szükség speciális képletekre a teljes ellenállás kiszámításához. Csak össze kell adnia az ellenállások összes mutatóját - az összeg a teljes ellenállás lesz.
2. Ellenállások párhuzamos csatlakoztatása esetén a teljes ellenállást a következő képlet alapján számítjuk ki: 1/Rtot = 1/R1+1/R2…+Rn.
3. Az egyenértékű ellenállás párhuzamos kapcsolásban mindig kisebb, mint az áramkörben lévő egyik ellenállás minimális hasonló értéke.
4. Az áramerősség, valamint a feszültség párhuzamos kapcsolásnál változatlan marad, azaz soros kapcsolásnál a feszültség a bemeneten és a kimeneten is azonos.
5. A számítások során a soros-párhuzamos kapcsolatra ugyanazok a törvények vonatkoznak.

Mindenesetre, bármilyen legyen is a csatlakozás, egyértelműen ki kell számítani az elemek összes mutatóját, mivel a paraméterek nagyon fontos szerepet játszanak az áramkörök telepítésekor. És ha hibát követ el bennük, akkor vagy az áramkör nem fog működni, vagy elemei egyszerűen kiégnek a túlterheléstől. Valójában ez a szabály minden áramkörre vonatkozik, még az elektromos berendezésekben is. Végül is a vezeték keresztmetszetét a teljesítmény és a feszültség alapján is kiválasztják. És ha egy 110 voltos izzót 220 feszültségű áramkörbe helyez, akkor könnyen megértheti, hogy azonnal kiég. Ugyanez vonatkozik a rádióelektronikai elemekre is. Ezért a számítások figyelmessége és alapossága az áramkör helyes működésének kulcsa.

Egy villanyszerelő számára semmi sem egyszerűbb, mint egy lámpát csatlakoztatni. De ha több árnyalatú csillárt vagy lámpát kell összeszerelnie, gyakran felmerül a kérdés: "Mi a legjobb módja a csatlakozásnak?" Hogy megértsük az izzók soros és párhuzamos kapcsolása közötti különbséget, emlékezzünk a 8. osztályos fizika tanfolyamra. Előre egyezzünk meg, hogy példaként a 220 V-os váltóáramú hálózatok világítását vesszük figyelembe, ez az információ más feszültségekre és áramokra is érvényes.

Soros csatlakozás

Ugyanaz az áram folyik át a sorba kapcsolt elemek áramkörén. Az elemek feszültsége, valamint a felszabaduló teljesítmény a saját ellenállása szerint oszlik el. Ebben az esetben az áramerősség egyenlő a feszültség és az ellenállás hányadosával, azaz:

Ahol Rtotal egy sorosan kapcsolt áramkör összes eleme ellenállásának összege.

Minél nagyobb az ellenállás, annál kisebb az áramerősség.

Fogyasztók sorba kapcsolása

Két vagy több fényforrás sorba kapcsolásához össze kell kötni a foglalatok végeit a képen látható módon, pl. a külső aljzatokon egy-egy szabad vezeték lesz, amelyre a fázist (P vagy L) nullával (N) tápláljuk, a középső aljzatok pedig egy vezetékkel csatlakoznak egymáshoz.

A 100 W-os lámpán valamivel kisebb, mint 0,5 A áram folyik át 220 V feszültség mellett. Ha kettőt köt össze ennek az áramkörnek megfelelően, az áram a felére csökken. A lámpák fél intenzitással világítanak. Az energiafogyasztás nem fog összeadódni, de mindkettőnél 55-re (körülbelül) csökken. És így tovább: minél több lámpa, annál kisebb az egyes lámpák áramerőssége és fényereje.

Előny:

• az izzólámpák élettartama nő;

Hibák:

• ha az egyik kiég, a többi sem ég ki;
• ha különböző teljesítményű eszközöket használ, a nagyobbak gyakorlatilag nem világítanak, a kisebbek normálisan világítanak;
• minden elemnek azonos teljesítményűnek kell lennie;
• Az ilyen csatlakozású lámpákba energiatakarékos lámpákat (LED és kompakt fénycsöveket) nem szerelhet be.

Ez a csatlakozás nagyszerű olyan helyzetekben, amikor lágy fényt kell létrehozni, például az lámpákhoz. Így kapcsolódnak a füzérekben lévő LED-ek. Óriási mínusz, hogy amikor egy link kiég, a többi sem világít.

Párhuzamos kapcsolat

A párhuzamosan kapcsolt áramkörökben minden elemre az áramforrás teljes feszültsége kerül. Ebben az esetben az egyes ágakon átfolyó áram csak az ellenállásától függ. Az egyes patronokból származó vezetékek mindkét végén össze vannak kötve.

Előnyök:

• ha az egyik lámpa kiég, a többi továbbra is ellátja funkcióját;
• mindegyik áramkör teljes hőfokon világít, függetlenül a teljesítményétől, mert mindegyikre teljes feszültség vonatkozik;
• eltávolíthat három, négy vagy több vezetéket a lámpából (nulla és a szükséges számú fázis a kapcsolóhoz), és bekapcsolhatja a szükséges számú lámpát vagy csoportot;
• Energiatakarékos izzók működnek.

Nincsenek hátrányai.

A lámpák csoportos bekapcsolásához szereljen össze egy ilyen áramkört a lámpatestben vagy a csatlakozódobozban.

Mindegyik lámpát a saját kapcsolója kapcsolja be, ebben az esetben három van, és kettő van bekapcsolva.

A vezetékek soros és párhuzamos kapcsolásának törvényei

Soros csatlakozásnál fontos figyelembe venni, hogy minden lámpán ugyanaz az áram folyik át. Ez azt jelenti, hogy minél több elem van egy áramkörben, annál kevesebb amper áramlik át rajta. Az egyes lámpákon fellépő feszültség egyenlő az áram és ellenállás szorzatával (Ohm törvénye). Az elemek számának növelésével mindegyiken csökkenti a feszültséget.

Párhuzamos áramkörben minden elágazás annyi áramot vesz fel, amennyire szüksége van, és az áramforrás (például háztartási elektromos hálózat) által biztosított feszültséget alkalmazza.

Vegyes vegyület

Ennek az áramkörnek egy másik neve soros-párhuzamos áramkör. A párhuzamos áramkör ágaiban több fogyasztó van sorba kötve, például izzólámpa, halogén vagy LED. Ezt a sémát gyakran használják LED-mátrixokon. Ez a módszer néhány előnnyel jár:

• különálló izzócsoportok csatlakoztatása egy csillárra (például 6 karú);
• ha egy lámpa kiég, csak az egyik csoport nem gyullad ki, csak egy soros áramkör fog meghibásodni, a többi párhuzamosan állva világít;
• azonos teljesítményű, sorba kapcsolt csoportlámpák, és szükség esetén különböző teljesítményű párhuzamos áramkörök.

A hátrányok ugyanazok, mint a soros áramköröknél.

Csatlakozási rajzok más típusú lámpákhoz

Más típusú világítóberendezések helyes csatlakoztatásához először ismernie kell működési elvét, és meg kell ismerkednie a csatlakozási diagrammal. Minden lámpatípus bizonyos működési feltételeket igényel. Az izzószálas eljárást egyáltalán nem úgy tervezték, hogy fényt bocsátson ki. A nagy teljesítmény és a terület területén észrevehetően lecserélték őket gázkisüléses készülékekre.

Fénycsövek

Az izzólámpák mellett gyakran használnak halogén- és fénycsöves lámpákat (FL) is. Utóbbiak gyakoriak az adminisztratív épületekben, autófestőkben, garázsokban, ipari és kereskedelmi helyiségekben. Otthon kicsit ritkábban használják, például a konyhában a munkaterület megvilágítására.

Az LL nem csatlakoztatható közvetlenül 220 V-os hálózathoz, a gyújtáshoz nagyfeszültségre van szükség, ezért speciális áramkört használnak:

• fojtó, indító, kondenzátor (opcionális);
• elektronikus ballaszt.

Az első sémát egyre ritkábban használják, alacsonyabb hatásfokkal, fojtószelep-zümmögéssel és a szem számára gyakran láthatatlan fényáram villogásával jellemezhető. Az elektronikus előtétcsatlakozás gyakran látható a házon.

Egy vagy két lámpa sorba van kötve, a helyzettől és a rendelkezésre állótól függően, szintén elektronikus előtéttel.

Fázis és nulla közötti kondenzátor szükséges az induktor meddőteljesítményének kompenzálásához és a fáziseltolódás csökkentéséhez; az áramkör enélkül is elindul.

Ügyeljen a lámpák csatlakoztatására; ha fluoreszkáló fénnyel világít, nem használhatja ugyanazokat a szabályokat, mint az izzólámpákkal végzett munka során. Hasonló a helyzet a DRL és HPS lámpákkal is, de a mindennapi életben ritkán, gyakrabban ipari műhelyekben és utcai lámpákban találhatók meg.

Halogén fényforrások

Ezt a típust gyakran használják függő- és álmennyezetek reflektoraiban. Alkalmas magas páratartalmú helyek megvilágítására, mivel alacsony feszültségű, például 12 voltos áramkörökben történő működésre készültek.

Az áramellátáshoz 50 Hz-es hálózati transzformátort használnak, de a méretei nagyok, és idővel zúgni kezd. Erre alkalmasabb az elektronikus transzformátor, amely 50 Hz-es frekvenciával 220 V-ot vesz, és több tíz kHz-es frekvenciával 12 V AC-t hagy el. Egyébként a csatlakozás hasonló az izzólámpákhoz.

Következtetés

Helyesen szerelje össze az áramköröket a lámpákban. Ne kösse sorba az energiatakarékos lámpákat, és kövesse a fénycsövek és halogénlámpák kapcsolási rajzát. Az energiatakarékos lámpák „nem szeretik” az alacsony feszültséget, és gyorsan kiégnek, míg a fénycső egyáltalán nem világít.

A világítás csatlakoztatásához sorkapcsok vagy Wago bilincsek alkalmasak, különösen akkor, ha a huzalozás alumínium és a lámpa vezetékei réz. A legfontosabb dolog az elektromos eszközökkel végzett munka során a biztonsági szabályok betartása.

1. Határozza meg az áramkör azon szakaszainak egyenértékű ellenállását, ahol az ellenállások párhuzamosan kapcsolódnak. 2. ábra Ellenállások soros csatlakozása. Az ilyen csatlakozások ellenállásának kiszámításához az egész áramkört egyszerű szakaszokra osztják, amelyek párhuzamosan vagy sorosan kapcsolt ellenállásokból állnak.

Ez az eredmény abból a tényből következik, hogy a töltések nem halmozódhatnak fel az áramelágazási pontokon (A és B csomópontok) egy egyenáramú áramkörben. Ez az eredmény tetszőleges számú párhuzamosan csatlakoztatott vezetékre érvényes.

ábrán. Az 1.9.3 egy példát mutat egy ilyen összetett áramkörre, és jelzi a számítások sorrendjét. Meg kell jegyezni, hogy nem minden összetett, különböző ellenállású vezetőből álló áramkör számítható ki a soros és párhuzamos csatlakozások képleteivel.

Ha a vezetékeket sorba kötik, az áramerősség minden vezetékben azonos. Párhuzamos kapcsolásnál az áramkör elemeit összekötő két csomópont közötti feszültségesés minden elemnél azonos.

Vagyis minél nagyobb az ellenállás ellenállása, annál nagyobb a feszültségesés rajta. Ennek eredményeként egy ponthoz (elektromos csomóponthoz) több ellenállás is csatlakoztatható. Ezzel a csatlakozással minden ellenálláson külön áram fog átfolyni. Ennek az áramnak az erőssége fordítottan arányos az ellenállás ellenállásával.

Így a különböző ellenállású ellenállások párhuzamos csatlakoztatásakor a teljes ellenállás mindig kisebb lesz, mint a legkisebb egyedi ellenállás értéke. Az A és B pontok közötti feszültség a teljes áramköri szakasz teljes feszültsége és az egyes ellenállásokon külön-külön fellépő feszültség. A vegyes csatlakozás az áramkör azon szakasza, ahol néhány ellenállás sorosan, néhány pedig párhuzamosan van kötve.

Az áramkör csak párhuzamos vagy csak soros csatlakozású szakaszokra van felosztva. A teljes ellenállást minden egyes szakaszra kiszámítják. Számítsa ki a teljes ellenállást a teljes vegyes csatlakozóáramkörre. Van egy gyorsabb módszer is a vegyes csatlakozás teljes ellenállásának kiszámítására. Ha az ellenállások sorba vannak kötve, add össze őket.

Vagyis soros kapcsolásnál az ellenállások egymás után lesznek bekötve. A 4. ábra a vegyes ellenállásos csatlakozás legegyszerűbb példáját mutatja. Az ellenállások egyenértékű ellenállásának kiszámítása után az áramkört újrarajzoljuk. Általában sorba kapcsolt egyenértékű ellenállású áramkört kapunk.4. 5. ábra Egy áramköri szakasz ellenállásának számítása vegyes ellenállásokkal.

Ennek eredményeként a nulláról tanulja meg nemcsak a saját eszközeinek fejlesztését, hanem azt is, hogyan illesztheti velük a különféle perifériákat! A csomópont egy olyan elágazási pont az áramkörben, amelyhez legalább három vezeték kapcsolódik. Az ellenállások soros csatlakoztatását az ellenállás növelésére használják.

Párhuzamos feszültség

Mint látható, két párhuzamos ellenállás ellenállásának kiszámítása sokkal kényelmesebb. Az ellenállások párhuzamos csatlakoztatását gyakran használják olyan esetekben, amikor nagyobb teljesítmény-ellenállásra van szükség. Ehhez általában azonos teljesítményű és azonos ellenállású ellenállásokat használnak.

Teljes ellenállás Rtotal

Az ellenállások ezen kapcsolatát sorozatnak nevezzük. Így azt kaptuk, hogy U = 60 V, azaz az áramforrás emf-jének és feszültségének nem létező egyenlősége. Most sorra bekapcsoljuk az ampermérőt az áramkör minden ágában, emlékezve az eszköz leolvasására. Ezért, ha az ellenállásokat párhuzamosan csatlakoztatják, az áramforrás kivezetésein a feszültség megegyezik az egyes ellenállások feszültségesésével.

Az áramnak ez a párhuzamos ágakban való elágazása hasonló a folyadék csövekben történő áramlásához. Nézzük most meg, hogy egy két párhuzamosan kapcsolt ellenállásból álló külső áramkör teljes ellenállása mekkora lesz.

Térjünk vissza az ábrán látható áramkörhöz. 3, és nézzük meg, mekkora lesz két párhuzamosan kapcsolt ellenállás egyenértékű ellenállása. Hasonlóképpen, minden ágnál I1 = U1 / R1, I2 = U2 / R2, ahol I1 és I2 az ágak áramai; U1 és U2 - feszültség az ágakon; R1 és R2 - ágellenállások.

Ez azt jelenti, hogy az áramkör teljes ellenállása mindig kisebb lesz, mint bármely párhuzamosan kapcsolt ellenállás. 2. Ha ezek a szakaszok sorba kapcsolt ellenállásokat tartalmaznak, akkor először számítsa ki az ellenállásukat. Az Ohm törvényt egy áramkör szakaszára alkalmazva igazolható, hogy a soros kapcsolásban a teljes ellenállás egyenlő az egyes vezetők ellenállásainak összegével.