Sähköpiirin virta kulkee johtimien kautta jännitelähteestä kuormitukseen eli lamppuihin ja laitteisiin. Useimmissa tapauksissa johtimena käytetään kuparilankaa. Piirissä voi olla useita elementtejä, joilla on erilaiset vastukset. Laitepiirissä johtimet voidaan kytkeä rinnakkain tai sarjaan, ja ne voivat olla myös sekatyyppejä.
Elementti piiri vastuksen kanssa, kutsutaan vastukseksi, ja tämän elementin jännite on vastuksen päiden välinen potentiaaliero. Johtimien rinnakkais- ja sarjakytkennöille on ominaista sama toimintaperiaate, jonka mukaan virta kulkee plussaa miinusta ja potentiaali pienenee vastaavasti. Kytkentäkaavioissa kytkentävastus on 0, koska se on mitätön.
Rinnakkaiskytkentä tarkoittaa, että piirielementit on kytketty lähteeseen rinnakkain ja kytketty päälle samanaikaisesti. Sarjakytkentä tarkoittaa, että vastusjohtimet on kytketty tiiviisti peräkkäin toisiinsa.
Laskennassa käytetään idealisointimenetelmää, mikä tekee siitä paljon helpommin ymmärrettävän. Itse asiassa sähköpiireissä potentiaali pienenee vähitellen, kun se kulkee johdotuksen ja rinnakkain tai sarjaan kytkettyjen elementtien läpi.
Sisältö
Johtimien kytkeminen sarjaan
Sarjakytkentä tarkoittaa, että johtimet kytketään tietyssä järjestyksessä peräkkäin. Niiden kaikkien ampeeriluku on sama. Nämä elementit luovat alueelle kokonaisjännitteen. Sähköpiirin solmupisteisiin ei kerry varauksia, koska muuten jännitteessä ja virrassa tapahtuisi muutos. Vakiojännitteellä virta määräytyy piirin resistanssiarvon mukaan, joten sarjapiirissä resistanssi muuttuu, jos yksi kuorma muuttuu.
Tämän piirin haittapuolena on se, että jos yksi elementti vikaantuu, myös muut elementit menettävät toimintakykynsä, koska piiri katkeaa. Esimerkkinä voidaan mainita seppele, joka ei toimi, jos yksi lamppu menee rikki. Tämä on keskeinen ero rinnakkaiseen liitäntään, jossa elementit voivat toimia yksitellen.
Sarjapiirissä oletetaan, että koska johtimet on kytketty yhdeksi tasoksi, niiden resistanssi missä tahansa verkon kohdassa on sama. Kokonaisresistanssi on yhtä suuri kuin yksittäisten verkkoelementtien alenevien jännitteiden summa.
Tämäntyyppisessä kytkennässä yhden johtimen alku liitetään toisen johtimen päähän. Liitännän tärkein ominaisuus on se, että kaikki johtimet ovat samassa johdossa ilman haaroja ja jokaisen johtimen läpi kulkee yksi sähkövirta. Kokonaisjännite on kuitenkin yhtä suuri kuin kunkin jännitteen summa. Kytkentää voidaan tarkastella myös toisesta näkökulmasta - kaikki johtimet korvataan yhdellä vastaavalla vastuksella, ja tämän vastuksen virta on sama kuin kaikkien vastusten läpi kulkeva kokonaisvirta. Ekvivalentti kokonaisjännite on kunkin vastuksen yli olevien jännitearvojen summa. Näin vastuksen yli oleva potentiaaliero ilmenee.
Sarjakytkennän käyttö on hyödyllistä silloin, kun tietty laite on kytkettävä päälle ja pois päältä erikseen. Esimerkiksi sähkökello voi soida vain, jos se on kytketty jännitelähteeseen ja painikkeeseen. Ensimmäisen säännön mukaan, jos virta ei kulje vähintään yhdessä piirin elementissä, virta ei kulje myöskään muissa elementeissä. Jos yhdessä johtimessa on virtaa, myös muissa johtimissa on virtaa. Toinen esimerkki on paristokäyttöinen taskulamppu, joka loistaa vain, jos siinä on paristo, toimiva lamppu ja painettu painike.
Joissakin tapauksissa sarjapiiri ei ole käytännöllinen. Asunnossa, jossa valaistusjärjestelmä koostuu monista valaisimista, lampuista, lampuista ja kattokruunuista, sinun ei pitäisi järjestää tämäntyyppistä virtapiiriä, koska kaikkien huoneiden valoja ei tarvitse kytkeä päälle ja pois samanaikaisesti. On parempi käyttää rinnakkaiskytkentää, jotta valot voidaan kytkeä päälle yksittäisissä huoneissa.
Johtimien rinnankytkentä
Rinnakkaispiirissä johtimet ovat kokoelma vastuksiajonka toinen pää on koottu yhteen solmuun ja toinen pää toiseen solmuun. Oletetaan, että jännite rinnakkaiskytkennässä on sama kaikissa virtapiirin osissa. Sähköpiirin rinnakkaisia osia kutsutaan haaroiksi, ja ne kulkevat kahden liitäntäsolmun välillä, ja niissä on sama jännite. Tällainen jännite on yhtä suuri kuin kunkin johtimen arvo. Haarojen resistanssin käänteisarvojen summa on myös käänteinen rinnakkaispiirin yksittäisen piirin osan resistanssin kanssa.
Rinnakkais- ja sarjakytkennöissä yksittäisten johtimien resistanssien laskentajärjestelmä on erilainen. Rinnakkaispiirissä virta kulkee haaroja pitkin, mikä lisää piirin johtavuutta ja pienentää kokonaisvastusta. Jos useita vastuksia, joilla on samanlaiset arvot, kytketään rinnakkain, tällaisen piirin kokonaisvastus on pienempi kuin yksi vastus, joka on kertaa piirissä olevien vastusten lukumäärä.
Jokaisessa haarassa on yksi vastus, ja sähkövirta jakautuu ja jakautuu kuhunkin vastukseen, kun se saavuttaa haarautumiskohdan, ja sen loppuarvo on yhtä suuri kuin kaikkien vastusten virtojen summa. Kaikki vastukset korvataan yhdellä vastaavalla vastuksella. Ohmin lakia soveltaen resistanssin arvo selviää - rinnakkaispiirissä vastusten käänteisarvot lasketaan yhteen.
Tässä piirissä virta-arvo on kääntäen verrannollinen vastusarvoon. Vastusten virrat eivät korreloi keskenään, joten jos yksi vastus kytketään pois päältä, se ei vaikuta mitenkään muihin vastuksiin. Tästä syystä tätä piiriä käytetään monissa laitteissa.
Kun tarkastellaan rinnakkaispiirin soveltamista kotona, on syytä mainita asunnon valaistusjärjestelmä. Kaikki lamput ja kattokruunut on kytkettävä rinnakkain, jolloin yhden lampun kytkeminen päälle ja pois päältä ei vaikuta muiden lamppujen toimintaan. Näin ollen lisäämällä kytkin kunkin lampun haarapiiriin, voit kytkeä kyseisen lampun päälle ja pois tarpeen mukaan. Kaikki muut valaisimet toimivat itsenäisesti.
Kaikki laitteet kytketään rinnakkain 220 V:n sähköverkkoon ja sen jälkeen kytketään jakokeskukseen. Toisin sanoen kaikki laitteet kytketään toisiinsa riippumatta muiden laitteiden kytkennästä.
Johtimien sarja- ja rinnankytkennän lait
Molempien liitäntätyyppien yksityiskohtaista käytännön ymmärrystä varten tässä on kaavoja, jotka selittävät näiden liitäntätyyppien lait. Tehon laskenta on erilainen rinnakkais- ja sarjakytkennässä.
Sarjakytkennässä kaikissa johtimissa kulkee sama virta:
I = I1 = I2.
Ohmin lain mukaan nämä johtimien kytkentätyypit selittyvät eri tavoin eri tapauksissa. Sarjapiirin tapauksessa jännitteet ovat siis yhtä suuret:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Lisäksi kokonaisjännite on yhtä suuri kuin yksittäisten johtimien jännitteiden summa:
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Sähköpiirin kokonaisresistanssi lasketaan kaikkien johtimien aktiiviresistanssien summana riippumatta niiden lukumäärästä.
Rinnakkaispiirin tapauksessa piirin kokonaisjännite on sama kuin yksittäisten elementtien jännitteet:
U1 = U2 = U.
Sähkövirran kumulatiivinen voimakkuus lasketaan kaikkien rinnakkain asetettujen johtimien kautta kulkevien virtojen summana:
I = I1 + I2.
Sähköverkkojen tehokkuuden maksimoimiseksi on ymmärrettävä molempien kytkentätyyppien luonne ja sovellettava niitä järkevästi, käyttämällä lakeja ja laskemalla käytännön toteutuksen järkevyys.
Johtimien sekakytkentä
Sarja- ja rinnakkaisvastuskytkentä voidaan tarvittaessa yhdistää samaan virtapiiriin. On esimerkiksi mahdollista kytkeä rinnakkaiset vastukset sarjaan toisen vastuksen tai vastusten ryhmän kanssa, jolloin tällaista vastusta pidetään yhdistettynä tai sekoitettuna.
Kokonaisresistanssi lasketaan sitten laskemalla järjestelmän rinnakkaisliitännän arvojen ja sarjaliitännän arvojen summa. Ensin on laskettava sarjapiirin vastusten ekvivalenttiresistanssit ja sitten rinnakkaispiirin elementit. Sarjakytkentää pidetään ensisijaisena, ja tämän yhdistelmätyypin piirejä käytetään usein laitteissa ja laitteissa.
Kun tarkastellaan sähkövirtapiirien johtimien liitäntätyyppejä ja niiden toimintaa koskevia lakeja, on mahdollista ymmärtää täysin useimpien kodinkoneiden virtapiirien organisointi. Rinnakkais- ja sarjakytkennöissä resistanssin ja ampeerin laskenta on erilainen. Kun tunnet laskentaperiaatteet ja kaavat, voit käyttää asiantuntevasti jokaista piiriorganisaatiotyyppiä liittääksesi elementit optimaalisesti ja mahdollisimman tehokkaasti.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
