Sähkömuistiinpanot 3 - Sähkökaavat

Tiistaiaamuna aloitimme taas sähköopin. Ensimmäisenä piti tehdä yllä oleva taulukko ja painaa se mieleen.

Ohmin Laki
Ohmin laki kuvaa virran, jännitteen ja resistanssin keskinäistä riippuvuutta. Sen avulla voidaan selvittää virtapiirin suureita matemaattisesti. Ohmin laki auttaa myös ymmärtämään useita hyvinkin arkipäiviäisiä sähkötekniikan ilmiöitä. Ohmin laki kirjoitetaan muotoon:

U = RI josta saadaan johdettua seuraavat kaavat;
I = U/R ja R = U/I.

Sähkötehon Kaava
Teho = P
P=UI, U=P/I ja I=P/U

Sähköteho kuvaa sekunnissa kulutettua tai tuotettua energiamäärää. Sähkötehon tunnus on watti W. Watti on johdettu yksikkö energian yksiköstä joulesta 1 W = 1 J/s

Sähköteho tulee usein vastaan kun puhutaan jonkin laitteen sänhkönkulutuksesta.
Esimerkkejä joiden laitteiden sähkötehoista:
Auton ajovalopottimo 55 W
Auton parkkipolttimo 5 W
Jarruvalopolttimo 25 W
Takalasinlömmitin 200 W
Ydinvoimala/Generaattori  860 W

Muistisääntö: P = UI m U = RI

Laskuja
1. Laske virtapiirin teho kun jännite on 12 V ja virta 22,5 A.
Jännite U = 12 V
Virta I = 22, 5
Teho P = UxI =12 V x 22,5 A = 270 W

2. 1,1 kW sähkömoottori pyörii 200 A virralla, mikä on jännite?
Teho P = 1,1 kW = 1100 W
Virta I = 200 A
Jännite U = P/I = 1100 W/ 200 A = 5,5 V

3. Virtapiirin virta on 21 A, jännite on 12 V, mikä on resistanssi?
Virta I = 21 A
Jännite U = 12 V
Resistanssi R = U/I = 12 V / 21 A = 0, 57 Ω

4. Laturilta 52 A virta, latausjännite on 14,3 V, mikä on latausvirtapiirin resistanssi ja teho?
Virta I = 52 A
Jännite U = 14,3 V
Resistanssi R = U/I = 14,3 V / 52 A = 0,275 Ω

Teho P = UxI = 14,2 V x 52 A = 743,6 W

5. Takalasinlämmittimen teho on 240 W, lämmittimeltä mitattu jännite on 12 V, mikä on virtapiirin resistanssi?
Teho P = 240 W
Jännite U = 12 V
Virta I = P/U = 240 W / 12 V = 20 A

Resistanssi R = U/I = 12 V / 20 A = 0,6 Ω

6. Generaattorin maksimiteho on 3 kW, virtapiirin resistanssi on 3 ohmia, jännite 12 V, mikä on virta ?
Resistanssi R = 3 Ω
Jännite U = 12 V
Virta I = U/R = 12 V / 3 Ω = 4 A

Virtalähteiden sarjaan- ja rinnankytkentä
Kaksi 12 voltin jännitelähdettä (akkua) kytketty sarjaan. Mitataan jännite sarjaankytkenntästä, tulos 24 V. Kun yhden pariston tai akun jännite on tarvittavaa jänitettä pienempi, voidaan virtalähteen jännitettä lisätä kytkemällä useimpia pareja tai kennoja sarjaan. Sarjaan kytkennässä liitetään virtalähteiden erimerkkiset navat toisiinsa, kuten yllä olevassa kuvassa.

Sarjaankytkennässä virtalähteen kapasiteetit eivät kertaannu. Esimerkiksi kun kytketään kaksi 65 Ah sarjaan virtaläheiden kokonaiskapasiteetti on 65 Ah.

Ah = Ampeeritunti (kertoo akun kapasiteetin)

Sarjaankytkentä

Rinnankytkentä

Kuvassa on kytketty kaksi 12 voltin akkua rinnan. Rinnan kytkennästä mtataan jännite, jännite on 12 V. Virtalähteet kytketään rinnan kytkemälllä samanmerkkiset navat toisiinsa.

Rinnankytkettäviä virtalähteitä voi ola kuinka monta tahansa, mutta niiden jännitteiden pitää olla yhtä suuret. Rinnan kytkettäessä kokoaisjännite ei muutu. Jännite pysyy muuttumattomana, mutta kuormitettavuus lisääntyy. Rinnan kytkettäessä esimerkiksi kaksi kapasiteetiltaan 60  ampeeritunnin akkua, jännitelähteen kapasiteetiksi tulee 120 ampeerituntia.