Kuidas määrata takistite võimsust. Takistite võimsus paralleelühenduses

2024 Autor: Trinity Chesterton | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 00:31

Kõik elektroonikaseadmed sisaldavad põhielemendina takisteid. Seda kasutatakse elektriahela voolutugevuse muutmiseks. Artiklis esitatakse takistite omadused ja nende võimsuse arvutamise meetodid.

Takisti määramine

Takiste kasutatakse elektriahelate voolu reguleerimiseks. See omadus on määratletud Ohmi seadusega:

I=U/R (1)

Valemist (1) on selgelt näha, et mida väiksem on takistus, seda tugevamini vool kasvab ja vastupidi, mida väiksem on R väärtus, seda suurem on vool. Just seda elektritakistuse omadust kasutatakse elektrotehnikas. Selle valemi alusel luuakse voolujaoturi ahelad, mida kasutatakse laialdaselt elektriseadmetes.

Selles vooluringis jagatakse allikast tulev vool kaheks, pöördvõrdeliselt takistite takistustega.

Pingejagurites kasutatakse peale voolu reguleerimise takisteid. Sel juhul kasutatakse uuesti Ohmi seadust, kuid veidi erineval kujul:

U=I∙R (2)

Valemist (2) järeldub, et takistuse kasvades pinge kasvab. See varakasutatakse pingejaguri ahelate ehitamiseks.

Skeemi ja valemi (2) põhjal on selge, et takistite pinged jaotuvad võrdeliselt takistustega.

Takistite kujutis diagrammidel

Takistid on vastav alt standardile kujutatud ristkülikuna, mille mõõtmed on 10 x 4 mm ja mida tähistatakse tähega R. Takistite võimsus on sageli näidatud diagrammil. Selle indikaatori kujutist teostavad kaldus või sirged jooned. Kui võimsus on üle 2 vatti, tehakse tähistus rooma numbritega. Tavaliselt tehakse seda traattakistite puhul. Mõned osariigid, näiteks Ameerika Ühendriigid, kasutavad muid konventsioone. Ahela parandamise ja analüüsi hõlbustamiseks antakse sageli takistite võimsus, mille tähistamine toimub vastav alt standardile GOST 2.728-74.

Seadme spetsifikatsioonid

Takisti peamine omadus on nimitakistus R_{n, mis on näidatud takisti lähedal ja selle korpusel oleval diagrammil. Takistuse ühikuks on oom, kiloohm ja megaohm. Takistid on valmistatud takistusega oomi murdosast sadade megaoomideni. Takistite tootmiseks on palju tehnoloogiaid, kõigil neil on nii eelised kui ka puudused. Põhimõtteliselt puudub tehnoloogia, mis võimaldaks antud takistuse väärtusega takisti absoluutselt täpselt valmistada.}

Teine oluline omadus on takistuse hälve. Seda mõõdetakse protsendina nimiväärtusest R. Takistuse hälbe standardvahemik: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1% ja edasi kuniväärtused ±0,001%.

Järgmine oluline omadus on takistite võimsus. Töötamise ajal soojenevad nad neid läbivast voolust. Kui võimsuse hajumine ületab lubatavat väärtust, siis seade ebaõnnestub.

Takistid muudavad kuumutamisel oma takistust, nii et laias temperatuurivahemikus töötavate seadmete jaoks võetakse kasutusele veel üks omadus - takistuse temperatuuritegur. Seda mõõdetakse ühikutes ppm/°C, st 10^-6 R_n/°C (miljonik R_{n 1°C võrra).}

Takistite seeriaühendus

Takistid saab ühendada kolmel erineval viisil: järjestikku, paralleelselt ja segatuna. Jadamisi ühendamisel läbib vool kordamööda kõiki takistusi.

Sellise ühenduse korral on voolutugevus ahela mis tahes punktis sama, seda saab määrata Ohmi seadusega. Ahela kogutakistus on sel juhul võrdne takistuste summaga:

R=200+100+51+39=390 oomi;

I=U/R=100/390=0, 256 A.

Nüüd saate määrata võimsuse, kui takistid on järjestikku ühendatud, see arvutatakse järgmise valemiga:

P=I²∙R=0, 256^{2∙390=25, 55 W.}

Ülejäänud takistite võimsus määratakse samal viisil:

P₁=I²∙R₁=0, 256 2^{∙200=13, 11 teisipäeval;}

P₂=I²∙R₂=0, 256 2^{∙100=6,55 W;}

P₃=I²∙R₃=0, 256 2^{∙51=3, 34 W;}

P₄=I²∙R₄=0, 256 2^{∙39=2, 55 teisip.}

Kui lisate takistite võimsuse, saate täieliku P:

P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 teisipäeval.

Takistite paralleelühendus

Rööpühenduses on kõik takistite algused ühendatud ahela ühe sõlmega ja otsad teise sõlmega. Selle ühendusega vool hargneb ja voolab läbi iga seadme. Voolutugevus on Ohmi seaduse kohaselt pöördvõrdeline takistustega ja pinge kõigil takistitel on sama.

Enne voolu leidmist peate arvutama kõigi takistite kogujuhtivuse tuntud valemi abil:

1/R=1/R₁+1/R₂+1/R_{3 +1/R}4_{=1/200+1/100+1/51+1/39=0, 005+0, 01+0, 0196+0, 0256=0, 06024 1/Oom.}

Takistus on juhtivuse pöördväärtus:

R=1/0, 06024=16,6 oomi.

Omi seadust kasutades leidke vool läbi allika:

I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.

Allikast läbivat voolu teades leidke paralleelselt ühendatud takistite võimsus valemiga:

P=I²∙R=6, 024^{2∙16, 6=602, 3 teisipäeval.}

Vastav alt Ohmi seadusele arvutatakse takistite vool:

I₁=U/R_{1=100/200=0,5A;}

I₂=U/R_{2=100/100=1 A;}

I₃=U/R_{1=100/51=1, 96A;}

I₁=U/R_{1=100/39=2, 56 A.}

Paralleelühenduses takistite võimsuse arvutamiseks saab kasutada veidi teistsugust valemit:

P₁=U²/R₁=100 ^2/200=50W;

P₂=U²/R₂=100 ^2/100=100W;

P₃=U²/R₃=100 ^2/51=195,9W;

P₄=U²/R₄=100 ^{2/39=256, 4 teisipäeval.}

Kui liidate kõik kokku, saate kõigi takistite võimsuse:

P=P₁+ P₂+ P₃+ P 4_{=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 teisipäeval.}

Segaühendus

Takistite segaühendusega skeemid sisaldavad samaaegselt jada- ja paralleelühendust. Seda vooluahelat on lihtne teisendada, asendades takistite paralleelühenduse jadaühendustega. Selleks asendage esm alt takistused R₂ ja R₆ nende koguväärtusega R_{2, 6, kasutades allolevat valemit:}

R_{2, 6}=R₂∙R₆/R 2_+R6.

Samamoodi asendatakse kaks paralleelset takistit R₄, R₅ ühe R_{4, 5:}

R_{4, 5}=R₄∙R₅/R 4_+R5_.

Tulemuseks on uus lihtsam vooluahel. Mõlemad skeemid on näidatud allpool.

Takistite võimsus segaühendusahelas määratakse järgmise valemiga:

P=U∙I.

Selle valemi arvutamiseks leidke esm alt iga takistuse pinge ja seda läbiva voolu suurus. Takistite võimsuse määramiseks võite kasutada teist meetodit. Selle jaokskasutatakse valemit:

P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.

Kui on teada ainult takistite pinge, kasutatakse teist valemit:

P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.

Praktikas kasutatakse sageli kõiki kolme valemit.

Skeemi parameetrite arvutamine

Ahela parameetrite arvutamine seisneb elektriahela sektsioonide kõigi harude tundmatute voolude ja pingete leidmises. Nende andmete abil saate arvutada iga ahelasse kuuluva takisti võimsuse. Eespool on näidatud lihtsaid arvutusmeetodeid, kuid praktikas on olukord keerulisem.

Reaalsetes vooluringides leitakse sageli takistite ühendamine tähe ja kolmnurgaga, mis tekitab arvutustes olulisi raskusi. Selliste skeemide lihtsustamiseks on välja töötatud meetodid tähe muutmiseks kolmnurgaks ja vastupidi. Seda meetodit on illustreeritud alloleval diagrammil:

Esimesel vooluringil on sõlmedega 0-1-3 ühendatud täht. Takisti R1 on ühendatud sõlmega 1, R3 sõlmega 3 ja R5 sõlmega 0. Teisel diagrammil on kolmnurktakistid ühendatud sõlmedega 1-3-0. Takistid R1-0 ja R1-3 on ühendatud sõlmega 1, R1-3 ja R3-0 on ühendatud sõlmega 3 ning R3-0 ja R1-0 on ühendatud sõlmega 0. Need kaks skeemi on täiesti samaväärsed.

Esimesest ahelast teise liikumiseks arvutatakse kolmnurktakistite takistused:

R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;

R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;

R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.

Edasised teisendused taandatakse paralleel- ja jadaühenduse takistuste arvutamisele. Kui vooluahela takistus on leitud, leitakse Ohmi seaduse järgi allikat läbiv vool. Seda seadust kasutades ei ole raske leida voolusid kõigis harudes.

Kuidas määrata takistite võimsust pärast kõigi voolude leidmist? Selleks kasuta tuntud valemit: P=I2∙R, rakendades seda iga takistuse puhul, leiame nende võimsuse.

Skeemielementide karakteristikute katseline määramine

Elementide soovitud omaduste katseliseks määramiseks on vaja reaalsetest komponentidest kokku panna antud vooluahel. Pärast seda tehakse elektriliste mõõteriistade abil kõik vajalikud mõõtmised. See meetod on töömahukas ja kallis. Elektri- ja elektroonikaseadmete disainerid kasutavad selleks simulatsiooniprogramme. Nende abil tehakse kõik vajalikud arvutused, modelleeritakse vooluahela elementide käitumine erinevates olukordades. Alles pärast seda pannakse kokku tehnilise seadme prototüüp. Üks selline levinud programm on National Instrumentsi võimas Multisim 14.0 simulatsioonisüsteem.

Kuidas selle programmi abil määrata takistite võimsust? Seda saab teha kahel viisil. Esimene meetod on voolu ja pinge mõõtmine ampermeetri ja voltmeetriga. Mõõtmistulemuste korrutamisel saadakse vajalik võimsus.

Sellest vooluringist määrame takistuse võimsuse R3:

P_{3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6 mW.}

Teine meetod on võimsuse otsene mõõtminekasutades vattmeetrit.

Sellest diagrammist on näha, et takistuse R3 võimsus on P_{3=20,8 mW. Esimese meetodi veast tulenev lahknevus on suurem. Teiste elementide võimsused määratakse samal viisil.}