電路的串聯(lián)和并聯(lián)是最基本的電路連接方式,無(wú)論是維修電工的執(zhí)業(yè)證考點(diǎn)中還是在電機(jī)工程學(xué)中,并聯(lián)電路和串聯(lián)電路都是重要的考點(diǎn),需要認(rèn)真學(xué)習(xí)。
什么是串聯(lián)電路
串聯(lián)顧名思義就是一串串的鏈接在一起;我們看上圖中有兩個(gè)以上的電阻,就是一個(gè)接著一個(gè)成串的鏈接在一起,組成一個(gè)沒有分支的電路,這種鏈接方式的電路就是串聯(lián)電路;當(dāng)串聯(lián)的是電阻時(shí),就是串聯(lián)電阻。這個(gè)電阻可以是純粹的電阻,也可以是任何有阻值的元器件(如負(fù)載甚至導(dǎo)線本身)。
串聯(lián)電阻及電流和電壓的大小
串聯(lián)電路電流:由于串聯(lián)電路沒有分支,所以電路中電流是相同的(就好比水流一樣,水量都從一個(gè)線路流出時(shí)流量都是相同的,但有時(shí)候水可以堆積,但是電荷在電路中不能堆積,也不能在流動(dòng)中自行消失。)。即,不論是電阻大的地方,還是電阻小的地方,電流大小是相等的。
串聯(lián)電路電壓:因?yàn)榇?lián)電路各段電流是相同的,這樣,根據(jù)歐姆定律便可得知:在電阻大的那段電路上承受的電壓變大,電阻小的那段電路上承受的電壓變小。也就是說(shuō),各段電路的電壓對(duì)應(yīng)的電阻成正比例分配;我們利用歐姆定律分析前面的串聯(lián)電路圖便可得知:
因?yàn)椋篣1=IR1;U2=IR2;U3=IR3
所以:U1:U2:U3=R1:R2:R3
串聯(lián)電路電功率:因?yàn)榇?lián)電路各段電流相同,因此,各段功率也與對(duì)應(yīng)的電阻成正比分配,這一點(diǎn)我們可以通過(guò)變換的電功率計(jì)算公式驗(yàn)證:
因?yàn)椋篜1=I2R1;P2=I2R2;P3=I2R3
所以:P1:P2:P3=R1:R2:R3
串聯(lián)電路的總電壓等于各段電壓之和:若總電壓是已知數(shù),則分電壓由下式可得:
U1=R1÷(R1+R2+R3)×U
U2=R2÷(R1+R2+R3)×U
U3=R3÷(R1+R2+R3)×U
上面的公式稱為分壓公式。其實(shí)也就是算出電阻的比例然后乘總電壓就得出分電壓了。
串聯(lián)電路的總電阻等于各段電阻之和:因?yàn)?,串?lián)電阻越多,電流通過(guò)時(shí)遇到的阻力也就越大。好像增加了長(zhǎng)度似的。下面我們依然使用變換的歐姆定律來(lái)驗(yàn)證:
因?yàn)椋篣=U1+U2+U3
所以:IR=IR1+IR2+IR3
同時(shí)相乘的I可以去除,則得:R=R1+R2+R3
當(dāng)R1=R2=R3=Ro時(shí),R=3Ro,如此類推:n個(gè)相同阻值的電阻串聯(lián),其總電阻等于n倍的分電阻,各電阻上的電壓為1/n倍總電壓。利用電阻串聯(lián)可以起到限流、分壓作用。
串聯(lián)電路計(jì)算題
直流電機(jī)的串聯(lián)電阻電路計(jì)算題如右圖所示的一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)串聯(lián)電路圖,繞組的電阻Ro很小,啟動(dòng)時(shí)電流特別大,會(huì)損壞電機(jī),為了限制這個(gè)啟動(dòng)電流,啟動(dòng)時(shí)在定子上先串聯(lián)上一個(gè)限流電阻。如果電源電壓U=220V,電機(jī)的內(nèi)阻Ro=1Ω,額定電流為10A;
試計(jì)算不加啟動(dòng)電阻(串聯(lián)電阻R)時(shí)的啟動(dòng)電流;為了使啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流的2倍,應(yīng)加多大的串聯(lián)限流電阻?
解:不串聯(lián)啟動(dòng)電阻時(shí)啟動(dòng)電流直接用電壓除以繞組電阻即可;
歐姆定律:I=U/R;代入本題中:I=U/r0=22/1=220A
使啟動(dòng)電流限制在額定電流的兩倍,即20A的范圍內(nèi),應(yīng)該加多大的啟動(dòng)電阻R(串聯(lián)限流電阻),此時(shí)我們根據(jù)“串聯(lián)電路的總電阻等于各段電阻之和”來(lái)計(jì)算:
歐姆定律:I=U/R;代入本題中:I=U÷(R+ro)
計(jì)算電阻:R=(U-Iro)÷I=(220-20×1)÷20=10Ω
也可以先算出20A時(shí)所需要的電阻220÷20=11Ω,再減去現(xiàn)有的電阻Ro=1Ω的阻值即可。
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評(píng)論