Métodos para conectar receptores de energia elétrica

Com a inclusão simultânea de vários receptores de energia na mesma rede, esses receptores podem ser facilmente considerados simplesmente como elementos de um único circuito, cada um com sua própria resistência.

Em alguns casos, essa abordagem acaba sendo bastante aceitável: lâmpadas incandescentes, aquecedores elétricos etc. - podem ser percebidos como resistores. Ou seja, os dispositivos podem ser substituídos por sua resistência, e é fácil calcular os parâmetros do circuito.

O método de conexão dos receptores de energia pode ser um dos seguintes: tipo de conexão serial, paralela ou mista.

Conexão serial

Quando vários receptores (resistores) são conectados em um circuito serial, ou seja, a segunda saída do primeiro é conectada à primeira saída do segundo, a segunda saída do segundo é conectada à primeira saída do terceiro, a segunda saída do terceiro com a primeira saída do quarto, etc., ao conectar esse circuito ao a fonte de energia, através de todos os elementos da corrente do circuito, fluiremos da mesma magnitude. Essa ideia é explicada na figura.

Substituindo os dispositivos por suas resistências, transformamos a figura em um circuito e, em seguida, as resistências R1 a R4, conectadas em série, assumem determinadas tensões, que no total fornecerão o valor EMF nos terminais da fonte de energia. Por uma questão de simplicidade, a seguir descreveremos a fonte na forma de uma célula galvânica.

Tendo expressado as quedas de tensão através da corrente e das resistências, obtemos a expressão para a resistência equivalente do circuito em série dos receptores: a resistência total da conexão em série dos resistores é sempre igual à soma algébrica de todas as resistências que compõem este circuito. E como as tensões em cada uma das seções do circuito podem ser encontradas na lei de Ohm (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2, etc.) e E = U, então para o nosso circuito obtemos:

A tensão nos terminais da fonte de alimentação é igual à soma das quedas de tensão em cada um dos receptores conectados em série que compõem o circuito.

Como a corrente flui através de todo o circuito do mesmo valor, é justo dizer que as tensões nos receptores conectados em série (resistores) estão relacionadas proporcionalmente às resistências. E quanto maior a resistência, maior a tensão aplicada ao receptor.

Para uma conexão em série de resistores na quantidade de n peças com as mesmas resistências Rk, a resistência total equivalente ao circuito como um todo será n vezes maior que cada uma dessas resistências: R = n * Rk. Assim, a tensão aplicada a cada um dos resistores do circuito será igual entre si e será n vezes menor que a tensão aplicada a todo o circuito: Uk = U / n.

As seguintes propriedades são características da conexão em série de receptores de potência: se você alterar a resistência de um dos receptores de circuito, as tensões nos outros receptores de circuito serão alteradas; quando um dos receptores quebra, a corrente pára em todo o circuito, em todos os outros receptores.

Devido a esses recursos, a conexão serial é rara e é usada apenas quando a tensão da rede elétrica é superior à tensão nominal dos receptores, na ausência de alternativas.

Por exemplo, com uma voltagem de 220 volts, você pode alimentar duas lâmpadas conectadas em série de igual potência, cada uma projetada para uma voltagem de 110 volts. Se essas lâmpadas com a mesma tensão de alimentação nominal tiverem uma potência nominal diferente, uma delas ficará sobrecarregada e provavelmente queimará instantaneamente.

Conexão paralela

A conexão paralela dos receptores envolve a inclusão de cada um deles entre um par de pontos do circuito elétrico, de modo a formar ramificações paralelas, cada uma das quais é alimentada pela tensão da fonte. Para maior clareza, substituiremos novamente os receptores por suas resistências elétricas, a fim de obter um circuito segundo o qual é conveniente calcular os parâmetros.

Como já mencionado, no caso de uma conexão paralela, cada um dos resistores experimenta a mesma tensão. E de acordo com a lei de Ohm, temos: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Aqui eu sou a fonte atual. A primeira lei de Kirchhoff para esse circuito nos permite escrever a expressão para a corrente em sua parte não ramificada: I = I1 + I2 + I3.

Portanto, a resistência total para a conexão paralela dos elementos do circuito entre si pode ser encontrada a partir da fórmula:

O recíproco da resistência é chamado de condutividade G, e a fórmula para a condutividade do circuito, composta por vários elementos conectados em paralelo, também pode ser escrita: G = G1 + G2 + G3. A condutividade do circuito, no caso de conexão paralela dos resistores que o formam, é igual à soma algébrica das condutividades desses resistores. Portanto, quando receptores paralelos (resistores) são adicionados ao circuito, a resistência total do circuito diminui e a condutividade total aumenta de acordo.

As correntes no circuito constituído por receptores conectados em paralelo são distribuídas entre eles em proporção direta às suas condutividades, ou seja, inversamente proporcional às suas resistências. Aqui podemos fazer uma analogia da hidráulica, onde o fluxo de água é distribuído pelos tubos de acordo com suas seções, então uma seção maior é semelhante a uma menor resistência, ou seja, uma maior condutividade.

Se o circuito consistir em vários (n) resistores idênticos conectados em paralelo, a resistência total do circuito será n vezes menor que a resistência de um dos resistores, e a corrente em cada um dos resistores será n vezes menor que a corrente total: R = R1 / n; I1 = I / n.

Um circuito que consiste em receptores conectados em paralelo conectados a uma fonte de energia é caracterizado por cada um dos receptores ser energizado pela fonte de energia.

Para uma fonte ideal de eletricidade, a afirmação é verdadeira: ao conectar ou desconectar resistores em paralelo à fonte, as correntes nos demais resistores conectados não serão alteradas, ou seja, se um ou mais receptores do circuito paralelo falharem, o restante continuará trabalhando no mesmo modo.

Devido a esses recursos, uma conexão paralela tem uma vantagem significativa sobre uma serial e, por esse motivo, é uma conexão paralela mais comum em redes elétricas. Por exemplo, todos os aparelhos elétricos em nossas casas são projetados para serem conectados a uma rede doméstica em paralelo e, se você desconectar um, não prejudicará o resto.

Comparação de circuitos seriais e paralelos

Composto misto

Uma conexão mista de receptores é entendida como uma conexão quando uma parte ou várias delas são conectadas em série e outra parte ou várias em paralelo. Além disso, toda a cadeia pode ser formada a partir de diferentes compostos de tais partes entre si. Por exemplo, considere o esquema:

Três resistores conectados em série são conectados a uma fonte de energia, outros dois são conectados em paralelo a um deles e o terceiro é conectado em paralelo a todo o circuito.Para encontrar a impedância do circuito, eles passam por transformações sucessivas: um circuito complexo é sequencialmente levado a uma forma simples, calculando sequencialmente a resistência de cada enlace e, assim, encontre a resistência equivalente total.

Para o nosso exemplo. Primeiro, a resistência total dos dois resistores R4 e R5 conectados em série é encontrada, depois a resistência de sua conexão paralela com R2, depois são adicionados ao valor obtido de R1 e R3 e, em seguida, é calculado o valor da resistência de todo o circuito, incluindo o ramo paralelo R6.

Vários métodos de conexão de receptores de energia são usados ​​na prática para vários propósitos, a fim de resolver tarefas específicas. Por exemplo, um composto misto pode ser encontrado em circuitos de carga suave. capacitores eletrolíticos em fontes de alimentação poderosas, onde a carga (capacitores após a ponte de diodos) recebe energia em série primeiro através do resistor, então o resistor é conectado pelos contatos do relé e a carga é conectada à ponte de diodos em paralelo.