Методи за свързване на приемници на електрическа енергия

С едновременното включване на няколко приемници на мощност в една и съща мрежа, тези приемници могат лесно да се разглеждат просто като елементи на една верига, всеки от които има собствено съпротивление.

В някои случаи този подход се оказва доста приемлив: лампи с нажежаема жичка, електрически нагреватели и др. - могат да се възприемат като резистори. Тоест, устройствата могат да бъдат заменени от тяхното съпротивление и е лесно да се изчислят параметрите на веригата.

Методът за свързване на приемниците на мощност може да бъде един от следните: сериен, паралелен или смесен тип връзка.

Серийна връзка

Когато в серийна верига са свързани няколко приемника (резистори), тоест вторият изход на първия е свързан към първия изход на втория, вторият изход на втория е свързан към първия изход на третия, вторият изход на третия с първия изход на четвъртия и т.н., когато свързвате такава схема към към източника на захранване, ток I със същата величина ще преминава през всички елементи на веригата. Тази идея е обяснена на фигурата.

Заменяйки устройствата с техните съпротивления, ние превръщаме фигурата в схема, след това съпротивленията R1 до R4, свързани последователно, ще поемат всяко напрежение, което общо ще даде стойността на EMF в клемите на източника на захранване. За простота по-долу ще изобразим източника под формата на галванична клетка.

Изразявайки спада на напрежението през тока и през съпротивлението, получаваме израза за еквивалентното съпротивление на серийната верига на приемниците: общото съпротивление на серийното свързване на резисторите винаги е равно на алгебраичната сума на всички съпротивления, съставляващи тази верига. И тъй като напреженията във всеки от секциите на веригата могат да бъдат намерени от закона на Ом (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2 и т.н.) и E = U, тогава за нашата схема получаваме:

Напрежението в клемите на захранването е равно на сумата от спада на напрежението на всеки от последователно свързаните приемници, съставляващи веригата.

Тъй като токът протича през цялата верига с една и съща стойност, би било честно да се каже, че напреженията в серийно свързаните приемници (резистори) са свързани пропорционално на съпротивленията. И колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-високо напрежение се прилага към приемника.

За серийно свързване на резистори в количество n части, имащи същите съпротивления Rk, еквивалентното общо съпротивление на веригата като цяло ще бъде n пъти по-голямо от всяко от тези съпротивления: R = n * Rk. Съответно напреженията, приложени към всеки от резисторите на веригата, ще бъдат равни една на друга и ще бъдат n пъти по-малко от напрежението, приложено към цялата верига: Uk = U / n.

Следните свойства са характерни за серийното свързване на приемници на мощност: ако промените съпротивлението на един от приемниците на веригата, тогава напреженията на другите приемници на веригата ще се променят; когато един от приемниците се счупи, токът ще спре в цялата верига, във всички останали приемници.

Поради тези характеристики, серийното свързване е рядко и се използва само когато мрежовото напрежение е по-високо от номиналното напрежение на приемниците, при липса на алтернативи.

Например с напрежение 220 волта можете да захранвате две серийно свързани лампи с еднаква мощност, всяка от които е проектирана за напрежение 110 волта. Ако тези лампи с едно и също номинално захранващо напрежение имат различна номинална мощност, една от тях ще бъде претоварена и най-вероятно веднага ще изгори.

Паралелна връзка

Паралелна връзка на приемниците включва включването на всеки от тях между двойка точки на електрическата верига, така че да образуват паралелни клонове, всеки от които се захранва от напрежението на източника. За по-голяма яснота отново ще заменим приемниците с техните електрически съпротивления, за да получим схема, според която е удобно да се изчислят параметрите.

Както вече споменахме, в случай на паралелна връзка, всеки от резисторите изпитва същото напрежение. И в съответствие със закона на Ом имаме: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Тук съм източникът на ток. Първият закон на Кирхоф за тази схема ни позволява да напишем израза за тока в неговата неразклонена част: I = I1 + I2 + I3.

Следователно, общото съпротивление за паралелно свързване на съединителни елементи един към друг може да се намери от формулата:

Реципрочността на съпротивлението се нарича проводимост G, а формулата за проводимостта на веригата, състояща се от няколко елемента, свързани паралелно, също може да бъде написана: G = G1 + G2 + G3. Проводимостта на веригата в случай на паралелно свързване на резисторите, формиращи я, е равна на алгебраичната сума на проводимостта на тези резистори. Следователно, когато към веригата се добавят паралелни приемници (резистори), общото съпротивление на веригата ще намалее и общата проводимост ще се увеличи съответно.

Токовете във веригата, състоящи се от паралелно свързани приемници, се разпределят между тях в пряко съотношение с тяхната проводимост, тоест обратно пропорционално на техните съпротивления. Тук можем да дадем аналогия от хидравликата, където водният поток се разпределя по тръбите в съответствие с техните секции, тогава по-голям участък е подобен на по-ниско съпротивление, тоест по-голяма проводимост.

Ако веригата се състои от няколко (n) еднакви резистора, свързани паралелно, тогава общото съпротивление на веригата ще бъде n пъти по-ниско от съпротивлението на един от резисторите, а токът през всеки от резисторите ще бъде n пъти по-малък от общия ток: R = R1 / п; I1 = I / n.

Схема, състояща се от паралелно свързани приемници, свързани към източник на енергия, се характеризира с това, че всеки от приемниците се захранва от източника на енергия.

За идеален източник на електроенергия твърдението е вярно: когато свързвате или изключвате резистори успоредно на източника, токовете в останалите свързани резистори няма да се променят, тоест ако един или повече приемници на паралелната верига се повредят, останалите ще продължат да работят в същия режим.

Поради тези характеристики паралелната връзка има значително предимство пред серийна и поради тази причина тя е паралелна връзка, която е най-често срещана в електрическите мрежи. Например всички електрически уреди в нашите домове са проектирани да бъдат свързани паралелно към домакинска мрежа и ако изключите едно от тях, няма да навреди на останалите.

Сравнение на серийни и паралелни вериги

Смесено съединение

Под смесена връзка на приемници се разбира такава връзка, когато част или няколко от тях са свързани последователно, а друга част или няколко успоредно. Освен това цялата верига може да се формира от различни съединения на такива части помежду си. Например, помислете за схемата:

Три резистора, свързани със серия, са свързани към източник на захранване, още два са свързани паралелно към един от тях, а третият е свързан паралелно към цялата верига.За да намерят импеданса на веригата, те преминават през последователни трансформации: сложна схема последователно се води до проста форма, последователно изчислява съпротивлението на всяка връзка и така намират общото еквивалентно съпротивление.

За нашия пример. Първо се открива общото съпротивление на двата резистора R4 и R5, свързани последователно, след това съпротивлението на тяхната паралелна връзка с R2, след това те се прибавят към получената стойност на R1 и R3 и след това се изчислява стойността на съпротивлението на цялата верига, включително паралелния клон R6.

Различни методи за свързване на приемници на мощност се използват на практика за различни цели с цел решаване на конкретни задачи. Например, смесено съединение може да се намери в вериги с меко зареждане. електролитни кондензатори в мощни източници на захранване, където натоварването (кондензатори след диодния мост) първо получава последователно захранване през резистора, след това резисторът се мостира от релейните контакти и натоварването се свързва паралелно към диодния мост.