Metode de conectare a receptoarelor de energie electrică

Odată cu includerea simultană a mai multor receptoare de putere în aceeași rețea, acești receptori pot fi considerați cu ușurință doar ca elemente ale unui singur circuit, fiecare având propria rezistență.

În unele cazuri, această abordare se dovedește a fi destul de acceptabilă: lămpile incandescente, încălzitoarele electrice etc. - pot fi percepute ca rezistențe. Adică, dispozitivele pot fi înlocuite cu rezistența lor și este ușor de calculat parametrii circuitului.

Metoda de conectare a receptoarelor de putere poate fi una dintre următoarele: conexiune serială, paralelă sau mixtă.

Conexiune serială

Atunci când mai multe receptoare (rezistențe) sunt conectate într-un circuit serial, adică a doua ieșire a primului este conectată la prima ieșire a celui de-al doilea, a doua ieșire a celui de-al doilea este conectată la prima ieșire a celui de-al treilea, a doua ieșire a celui de-al treilea cu prima ieșire a celui de-al patrulea, etc., la conectarea unui astfel de circuit la sursa de curent, prin toate elementele curentului de circuit, voi curge de aceeași mărime. Această idee este explicată în figură.

Înlocuind dispozitivele cu rezistențele lor, transformăm figura într-un circuit, apoi rezistențele R1 până la R4, conectate în serie, vor prelua fiecare anumite tensiuni, ceea ce în total va da valoarea EMF la bornele sursei de alimentare. Pentru simplitate, în continuare vom prezenta sursa sub forma unei celule galvanice.

Exprimând căderea de tensiune prin curent și prin rezistență, obținem expresia pentru rezistența echivalentă a circuitului de serie al receptoarelor: rezistența totală a conexiunii în serie a rezistențelor este întotdeauna egală cu suma algebrică a tuturor rezistențelor care alcătuiesc acest circuit. Și din moment ce tensiunile din fiecare secțiune a circuitului pot fi găsite din legea lui Ohm (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2, etc.) și E = U, atunci pentru circuitul nostru obținem:

Tensiunea la bornele sursei de alimentare este egală cu suma căderilor de tensiune la fiecare dintre receptoarele conectate în serie care alcătuiesc circuitul.

Deoarece curentul curge prin întregul circuit cu aceeași valoare, va fi corect să spunem că tensiunile la receptoarele (seria) sunt conectate în proporție cu rezistențele. Și cu cât rezistența este mai mare, cu atât este mai mare tensiunea aplicată receptorului.

Pentru o conexiune în serie de rezistențe în cantitatea de n piese care au aceleași rezistențe Rk, rezistența totală echivalentă a circuitului în ansamblu va fi de n ori mai mare decât fiecare dintre aceste rezistențe: R = n * Rk. În consecință, tensiunile aplicate pe fiecare dintre rezistențele de circuit vor fi egale între ele și vor fi de n ori mai mici decât tensiunea aplicată întregului circuit: Uk = U / n.

Următoarele proprietăți sunt caracteristice pentru conectarea în serie a receptoarelor de putere: dacă schimbați rezistența unuia dintre receptoarele de circuit, atunci tensiunile de la celelalte receptoare de circuit se vor schimba; când unul dintre receptoare se rupe, curentul se va opri în întregul circuit, în toate celelalte receptoare.

Datorită acestor caracteristici, conexiunea în serie este rară și este utilizată numai în cazul în care tensiunea de rețea este mai mare decât tensiunea nominală a receptoarelor, în absența alternativelor.

De exemplu, cu o tensiune de 220 volți, puteți alimenta două lămpi conectate în serie cu o putere egală, fiecare fiind proiectată pentru o tensiune de 110 volți. Dacă aceste lămpi la aceeași tensiune nominală de alimentare au o putere nominală diferită, una dintre ele va fi supraîncărcată și cel mai probabil se va arde instantaneu.

Conexiune paralelă

Conexiunea paralelă a receptoarelor implică includerea fiecăruia dintre o pereche de puncte ale circuitului electric astfel încât acestea să formeze ramuri paralele, fiecare dintre ele fiind alimentat de tensiunea sursei. Pentru claritate, vom înlocui din nou receptoarele cu rezistențele lor electrice pentru a obține un circuit conform căruia este convenabil să calculăm parametrii.

După cum am menționat deja, în cazul unei conexiuni paralele, fiecare dintre rezistențe experimentează aceeași tensiune. Și în conformitate cu legea lui Ohm, avem: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Aici sunt curentul sursă. Prima lege a lui Kirchhoff pentru acest circuit ne permite să scriem expresia pentru curent în partea sa nemarginită: I = I1 + I2 + I3.

Prin urmare, rezistența totală pentru conectarea paralelă a elementelor de circuit între ele poate fi găsită din formula:

Reciproca rezistenței se numește conductibilitatea G, iar formula pentru conductivitatea circuitului, formată din mai multe elemente conectate în paralel, se poate scrie și: G = G1 + G2 + G3. Conductivitatea circuitului în cazul conectării paralele a rezistențelor care îl formează este egală cu suma algebrică a conductivităților acestor rezistențe. Prin urmare, atunci când sunt adăugate receptoare paralele (rezistențe) la circuit, rezistența totală a circuitului va scădea, iar conductivitatea totală va crește în consecință.

Curenții din circuitul format din receptoare conectate în paralel sunt distribuiți între ei în proporție directă cu conductivitățile lor, adică invers proporționale cu rezistențele lor. Aici putem da o analogie din hidraulică, unde debitul de apă este distribuit prin conducte în conformitate cu secțiunile lor, atunci o secțiune mai mare este similară cu o rezistență mai mică, adică o conductivitate mai mare.

Dacă circuitul este format din mai multe (n) rezistențe identice conectate în paralel, atunci rezistența totală a circuitului va fi de n ori mai mică decât rezistența uneia dintre rezistențe, iar curentul prin fiecare dintre rezistențe va fi de n ori mai mic decât curentul total: R = R1 / n; I1 = I / n.

Circuitul format din receptoare paralele conectate la o sursă de alimentare este caracterizat prin aceea că fiecare dintre receptoare este alimentat de sursa de alimentare.

Pentru o sursă ideală de electricitate, afirmația este adevărată: atunci când conectați sau deconectați rezistențele în paralel cu sursa, curenții din rezistențele conectate rămase nu se vor schimba, adică dacă unul sau mai mulți receptori ai circuitului paralel nu reușesc, restul va continua să funcționeze în același mod.

Datorită acestor caracteristici, o conexiune paralelă are un avantaj semnificativ față de unul serial și din acest motiv este o conexiune paralelă, care este cea mai frecventă în rețelele electrice. De exemplu, toate aparatele electrice din casele noastre sunt concepute pentru a fi conectate în paralel la o rețea gospodărească și, dacă deconectați unul, nu va face rău restului.

Comparația circuitelor seriale și paralele

Compus mixt

O conexiune mixtă de receptoare se înțelege că înseamnă o astfel de conexiune atunci când o parte sau mai multe dintre ele sunt conectate în serie și o altă parte sau mai multe în paralel. Mai mult, întregul lanț poate fi format din diferiți compuși ai unor astfel de părți între ele. De exemplu, luați în considerare schema:

Trei rezistențe conectate la serie sunt conectate la o sursă de alimentare, alte două sunt conectate în paralel cu una dintre ele, iar a treia este conectată în paralel cu întregul circuit.Pentru a găsi impedanța circuitului, ele trec prin transformări succesive: un circuit complex este dus secvențial la o formă simplă, calculând secvențial rezistența fiecărei verigi și astfel găsește rezistența totală echivalentă.

Pentru exemplul nostru. Mai întâi, se găsește rezistența totală a celor două rezistențe R4 și R5 conectate în serie, apoi rezistența conexiunii lor paralele cu R2, apoi se adaugă la valoarea obținută de R1 și R3, iar apoi valoarea de rezistență a întregului circuit, inclusiv a ramurii paralele R6.

Diferite metode de conectare a receptoarelor de energie sunt utilizate în practică în diverse scopuri pentru a rezolva sarcini specifice. De exemplu, un compus mixt poate fi găsit în circuitele de încărcare moale. condensatoare electrolitice în surse de alimentare puternice, unde sarcina (condensatoarele după puntea diodei) primește mai întâi puterea în serie prin rezistență, apoi rezistența este legată de contactele releului, iar sarcina este conectată în paralel la puntea diodei.