Metódy pripojenia prijímačov elektrickej energie

So súčasným začlenením niekoľkých prijímačov energie do rovnakej siete sa tieto prijímače dajú ľahko považovať za prvky jedného obvodu, z ktorých každý má svoj vlastný odpor.

V niektorých prípadoch sa tento prístup javí ako celkom prijateľný: žiarovky, elektrické ohrievače atď. - je možné vnímať ako odpory. To znamená, že zariadenia môžu byť nahradené ich odporom a je ľahké vypočítať parametre obvodu.

Spôsob pripojenia napájacích prijímačov môže byť jedným z nasledujúcich spôsobov: sériové, paralelné alebo zmiešané pripojenie.

Sériové pripojenie

Keď je v sériovom obvode zapojených niekoľko prijímačov (rezistorov), to znamená, že druhý výstup prvého je pripojený k prvému výstupu druhého, druhý výstup druhého je pripojený k prvému výstupu tretieho, druhý výstup tretieho s prvým výstupom štvrtého atď., Keď sa takýto obvod pripája k do zdroja energie prúdi prúd I rovnakej veľkosti všetkými prvkami obvodu. Táto myšlienka je vysvetlená na obrázku.

Nahradením zariadení ich odpormi transformujeme obrázok na obvod, potom odpory R1 až R4, zapojené do série, budú mať vždy určité napätie, ktoré spolu poskytne hodnotu EMF na svorkách zdroja energie. Z dôvodu jednoduchosti uvádzame ďalej zdroj vo forme galvanického článku.

Vyjadrením úbytku napätia prúdom a odporom získame vyjadrenie ekvivalentného odporu sériového obvodu prijímačov: celkový odpor sériového zapojenia odporov sa vždy rovná algebraickému súčtu všetkých odporov, ktoré tvoria tento obvod. A keďže napätie v každej časti obvodu je možné zistiť podľa Ohmovho zákona (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2 atď.) A E = U, dostaneme pre náš obvod:

Napätie na svorkách napájacieho zdroja sa rovná súčtu poklesov napätia na každom zo sériovo zapojených prijímačov, ktoré tvoria obvod.

Pretože prúd tečie celým obvodom rovnakej hodnoty, je spravodlivé povedať, že napätia na sériovo zapojených prijímačoch (rezistory) sú úmerné úmerne odporom. A čím vyšší je odpor, tým vyššie je napätie aplikované na prijímač.

Pri sériovom zapojení odporov v množstve n kusov s rovnakými odpormi Rk bude ekvivalentný celkový odpor obvodu ako celku n-krát väčší ako každý z týchto odporov: R = n * Rk. V súlade s tým budú napätia aplikované na každý z odporov obvodu navzájom rovnaké a budú n-krát menšie ako napätie použité na celý obvod: Uk = U / n.

Nasledujúce vlastnosti sú charakteristické pre sériové zapojenie prijímačov energie: ak zmeníte odpor jedného z prijímačov obvodu, zmení sa napätie na ostatných prijímačoch obvodu; keď sa jeden z prijímačov rozbije, prúd sa zastaví v celom obvode, vo všetkých ostatných prijímačoch.

Vzhľadom na tieto vlastnosti je sériové pripojenie zriedkavé a používa sa iba v prípade, že sieťové napätie je vyššie ako menovité napätie prijímačov, ak neexistujú alternatívy.

Napríklad s napätím 220 voltov môžete napájať dve sériovo zapojené žiarovky s rovnakým výkonom, z ktorých každá je určená pre napätie 110 voltov. Ak majú tieto žiarovky pri rovnakom menovitom napájacom napätí iný menovitý výkon, jedna z nich bude preťažená a pravdepodobne okamžite dôjde k vyhoreniu.

Paralelné pripojenie

Paralelné spojenie prijímačov zahŕňa zahrnutie každého z nich medzi pár bodov elektrického obvodu tak, že tvoria paralelné vetvy, z ktorých každá je napájaná napätím zdroja. Z dôvodu prehľadnosti nahradíme prijímače ich elektrickými odpormi, aby sme získali obvod, podľa ktorého je vhodné vypočítať parametre.

Ako už bolo uvedené, v prípade paralelného pripojenia je každý z rezistorov vystavený rovnakému napätiu. A v súlade s Ohmovým zákonom máme: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Tu je zdroj prúdu. Prvý Kirchhoffov zákon pre tento obvod nám umožňuje napísať výraz pre prúd v jeho nerozvetvenej časti: I = I1 + I2 + I3.

Celkový odpor pre paralelné spojenie prvkov obvodu k sebe teda možno nájsť zo vzorca:

Vzájomná hodnota odporu sa nazýva vodivosť G a je možné napísať vzorec pre vodivosť obvodu, ktorý sa skladá z niekoľkých paralelne spojených prvkov: G = G1 + G2 + G3. Vodivosť obvodu v prípade paralelného zapojenia odporov, ktoré ho tvoria, je rovná algebraickému súčtu vodivostí týchto odporov. Preto, keď sú do obvodu pridané paralelné prijímače (odpory), celkový odpor obvodu sa zníži a celková vodivosť sa podľa toho zvýši.

Prúdy v obvode pozostávajúcom z paralelne zapojených prijímačov sú medzi nimi distribuované v priamej proporcii k ich vodivosti, to znamená nepriamo úmerné ich odporom. Tu môžeme uviesť analógiu z hydrauliky, kde je prúd vody distribuovaný potrubiami v súlade s ich úsekmi, potom je väčšia časť podobná nižšiemu odporu, to znamená väčšej vodivosti.

Ak sa obvod skladá z niekoľkých (n) rovnakých rezistorov zapojených paralelne, potom celkový odpor obvodu bude n-krát nižší ako odpor jedného z rezistorov a prúd cez každý z rezistorov bude n-krát menší ako celkový prúd: R = R1 / n; I1 = I / n.

Okruh pozostávajúci z paralelne pripojených prijímačov pripojených k zdroju energie sa vyznačuje tým, že každý z prijímačov je napájaný zdrojom energie.

Pokiaľ ide o ideálny zdroj elektriny, platí toto vyhlásenie: keď sa pripájajú alebo odpájajú rezistory paralelne so zdrojom, prúdy zostávajúcich pripojených rezistorov sa nezmenia, to znamená, že ak dôjde k zlyhaniu jedného alebo viacerých prijímačov paralelného obvodu, zvyšok bude ďalej pracovať v rovnakom režime.

Vďaka týmto vlastnostiam má paralelné pripojenie významnú výhodu oproti sériovému, a preto je v elektrických sieťach najbežnejšie paralelné pripojenie. Napríklad všetky elektrické spotrebiče v našich domácnostiach sú navrhnuté tak, aby boli paralelne pripojené k domácej sieti, a ak ich odpojíte, nepoškodí to ostatné.

Porovnanie sériových a paralelných obvodov

Sériový obvod

Paralelný obvod

1. Prúd je rovnaký vo všetkých prvkoch obvodu.

1. Napätie na odbočkách je rovnaké.

2. Pokles napätia na svorkách každého odporu je rovnakýIR.

2. Aktuálny v každej vetve sa rovná U / R.

3. Napätie privedené do obvodu sa rovná súčtu poklesov napätia.

3. Prúd v celom obvode sa rovná súčtu vetiev.

4. Otvorenie v jednom bode v obvode spôsobí, že prúd prestane prúdiť v celom obvode.

4. Prestávka v jednej vetve nebráni priechodu prúd vo zvyšku vetvy.

Zmiešaná zlúčenina

Pod zmiešaným spojením prijímačov sa rozumie také spojenie, keď je časť alebo niekoľko z nich zapojených do série a iná časť alebo niekoľko paralelne. Okrem toho celý reťazec môže byť vytvorený z rôznych zlúčenín týchto častí medzi sebou. Zoberme si napríklad túto schému:

Tri zdroje zapojené do série sú pripojené k zdroju energie, ďalšie dva sú paralelne pripojené k jednému z nich a tretí je pripojený paralelne k celému obvodu.Aby našli impedanciu obvodu, prechádzajú postupnými transformáciami: zložitý obvod je postupne vedený k jednoduchému tvaru, postupne vypočítavajúcemu odpor každého spojenia, a tak nájdu celkový ekvivalentný odpor.

Pre náš príklad. Najprv sa zistí celkový odpor dvoch rezistorov R4 a R5 zapojených do série, potom sa odpor ich paralelného spojenia s R2 potom pridá k získanej hodnote R1 a R3 a potom sa vypočíta hodnota odporu celého obvodu vrátane paralelnej vetvy R6.

Na riešenie konkrétnych úloh sa v praxi používajú rôzne spôsoby pripojenia prijímačov energie na rôzne účely. Napríklad zmiešaná zlúčenina sa nachádza v obvodoch mäkkého náboja. elektrolytické kondenzátory pri výkonných napájacích zdrojoch, kde záťaž (kondenzátory za diodovým mostíkom) najskôr prijíma sériovo energiu prostredníctvom odporu, potom je odpor premostený reléovými kontaktmi a záťaž je paralelne spojená s diodovým mostíkom.