Metody připojení přijímačů elektrické energie

Se současným začleněním několika energetických přijímačů do stejné sítě lze tyto přijímače snadno považovat jednoduše za prvky jednoho obvodu, z nichž každý má svůj vlastní odpor.

V některých případech se tento přístup jeví jako docela přijatelný: žárovky, elektrické ohřívače atd. - lze vnímat jako odpory. To znamená, že zařízení lze nahradit jejich odporem a je snadné vypočítat parametry obvodu.

Způsob připojení napájecích přijímačů může být jeden z následujících: sériové, paralelní nebo smíšené připojení.

Sériové připojení

Když je v sériovém obvodu zapojeno několik přijímačů (rezistorů), to znamená, že druhý výstup prvního je připojen k prvnímu výstupu druhého, druhý výstup druhého je připojen k prvnímu výstupu třetího, druhý výstup třetího s prvním výstupem čtvrtého atd., Když je takový obvod připojen k ke zdroji energie bude proud I stejného rozsahu protékat všemi prvky obvodu. Tento nápad je vysvětlen na obrázku.

Nahrazením zařízení jejich odpory přeměníme obrázek na obvod, poté odpory R1 až R4, zapojené v sérii, budou nabírat určitá napětí, což celkově dá hodnotu EMF na svorkách zdroje energie. Pro jednoduchost zde dále zobrazíme zdroj ve formě galvanického článku.

Vyjádřením úbytku napětí proudem a odporem získáme vyjádření ekvivalentního odporu sériového obvodu přijímačů: celkový odpor sériového zapojení rezistorů je vždy roven algebraickému součtu všech odporů, které tvoří tento obvod. A protože napětí v každé části obvodu lze nalézt z Ohmova zákona (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2 atd.) A E = U, dostaneme pro náš obvod:

Napětí na svorkách napájecího zdroje se rovná součtu poklesů napětí na každém ze sériově zapojených přijímačů, které tvoří obvod.

Protože proud protéká celým obvodem stejné hodnoty, je spravedlivé říci, že napětí na sériově zapojených přijímačích (rezistory) jsou úměrná úměrně odporům. A čím vyšší je odpor, tím vyšší je napětí aplikované na přijímač.

Pro sériové zapojení rezistorů v množství n kusů majících stejné odpory Rk bude ekvivalentní celkový odpor obvodu jako celku nkrát větší než každý z těchto odporů: R = n * Rk. V souladu s tím budou napětí aplikovaná na každý z odporů obvodu navzájem stejná a budou nkrát menší než napětí aplikované na celý obvod: Uk = U / n.

Pro sériové zapojení výkonových přijímačů jsou charakteristické následující vlastnosti: pokud změníte odpor jednoho z přijímačů obvodu, změní se napětí na ostatních přijímačích obvodu; Když se jeden z přijímačů rozbije, proud se zastaví v celém obvodu, ve všech ostatních přijímačích.

Vzhledem k těmto vlastnostem je sériové připojení vzácné a používá se pouze v případě, že síťové napětí je vyšší než jmenovité napětí přijímačů, pokud neexistují alternativy.

Například s napětím 220 voltů můžete napájet dvě sériově zapojené žárovky stejného výkonu, z nichž každá je určena pro napětí 110 voltů. Pokud mají tyto žárovky při stejném jmenovitém napájecím napětí různý jmenovitý výkon, jedna z nich bude přetížena a nejspíše okamžitě vyhoří.

Paralelní připojení

Paralelní spojení přijímačů zahrnuje zahrnutí každého z nich mezi pár bodů elektrického obvodu tak, že tvoří paralelní větve, z nichž každá je napájena napětím zdroje. Pro přehlednost nahradíme přijímače jejich elektrickými odpory, abychom získali obvod, podle kterého je vhodné vypočítat parametry.

Jak již bylo zmíněno, v případě paralelního připojení každý z rezistorů zažívá stejné napětí. A v souladu s Ohmovým zákonem máme: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Tady je zdroj proudu. První Kirchhoffův zákon pro tento obvod nám umožňuje psát výraz proudu v jeho nerozvětvené části: I = I1 + I2 + I3.

Celkový odpor pro paralelní spojení prvků obvodu k sobě tedy lze najít z vzorce:

Vzájemná hodnota odporu se nazývá vodivost G a lze také napsat vzorec pro vodivost obvodu, který se skládá z několika paralelně spojených prvků: G = G1 + G2 + G3. Vodivost obvodu v případě paralelního zapojení rezistorů, které jej tvoří, je rovna algebraickému součtu vodivostí těchto rezistorů. Proto, když jsou do obvodu přidány paralelní přijímače (rezistory), celkový odpor obvodu se sníží a celková vodivost se odpovídajícím způsobem zvýší.

Proudy v obvodu sestávajícím z paralelně zapojených přijímačů jsou mezi nimi rozděleny v přímém poměru k jejich vodivosti, tj. Nepřímo úměrné jejich odporům. Zde můžeme dát analogii z hydrauliky, kde je proud vody distribuován potrubím v souladu s jejich průřezy, pak je větší úsek podobný nižšímu odporu, tj. Větší vodivosti.

Pokud se obvod skládá z několika (n) stejných odporů zapojených paralelně, pak bude celkový odpor obvodu nkrát nižší než odpor jednoho z rezistorů a proud procházející každým z rezistorů bude nkrát menší než celkový proud: R = R1 / n; I1 = I / n.

Okruh sestávající z paralelně zapojených přijímačů připojených ke zdroji energie je charakterizován tím, že každý z přijímačů je napájen zdrojem energie.

Pro ideální zdroj elektřiny je prohlášení pravdivé: při připojení nebo odpojení rezistorů paralelně ke zdroji se proudy ve zbývajících připojených odporech nezmění, to znamená, že pokud dojde k selhání jednoho nebo více přijímačů paralelního obvodu, zbytek bude nadále fungovat ve stejném režimu.

Vzhledem k těmto vlastnostem má paralelní připojení významnou výhodu oproti sériovému, a proto je v elektrických sítích nejběžnější paralelní připojení. Například všechna elektrická zařízení v našich domácnostech jsou navržena tak, aby byla připojena paralelně k domácí síti, a pokud je odpojíte, nepoškodí to ostatní.

Porovnání sériových a paralelních obvodů

Smíšená směs

Smíšeným spojením přijímačů se rozumí takové spojení, když je část nebo několik z nich spojeno v sérii a jiná část nebo několik paralelně. Kromě toho může být celý řetězec vytvořen z různých sloučenin takových částí mezi sebou. Zvažte například schéma:

Tři sériové rezistory jsou připojeny ke zdroji energie, další dva jsou paralelně připojeny k jednomu z nich a třetí je zapojen paralelně s celým obvodem.Aby našli impedanci obvodu, procházejí postupnými transformacemi: složitý obvod je postupně veden k jednoduché formě, která postupně vypočítává odpor každého spoje, a tak najde celkový ekvivalentní odpor.

Pro náš příklad. Nejprve se zjistí celkový odpor dvou rezistorů R4 a R5 zapojených v sérii, pak se odpor jejich paralelního spojení s R2, pak se přičítají k získané hodnotě R1 a R3, a pak se vypočítá hodnota odporu celého obvodu, včetně paralelní větve R6.

K řešení konkrétních úkolů se v praxi používají různé způsoby připojení přijímačů energie pro různé účely. Například smíšená sloučenina může být nalezena ve schématech měkkého náboje. elektrolytické kondenzátory u výkonných napájecích zdrojů, kde zátěž (kondenzátory za diodovým můstkem) nejprve přijímá energii v sérii přes rezistor, pak je rezistor přemostěn reléovými kontakty a zátěž je paralelně spojena s diodovým můstkem.