Μέθοδοι σύνδεσης των δεκτών ηλεκτρικής ενέργειας

Με την ταυτόχρονη ένταξη πολλών δεκτών ισχύος στο ίδιο δίκτυο, αυτοί οι δέκτες μπορούν εύκολα να θεωρηθούν απλά ως στοιχεία ενός μόνο κυκλώματος, καθένα από τα οποία έχει τη δική του αντίσταση.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτή η προσέγγιση αποδεικνύεται απολύτως αποδεκτή: οι λαμπτήρες πυρακτώσεως, οι ηλεκτρικοί θερμαντήρες κλπ. Μπορούν να θεωρηθούν αντιστάτες. Δηλαδή, οι συσκευές μπορούν να αντικατασταθούν από την αντίσταση τους και είναι εύκολο να υπολογιστούν οι παράμετροι του κυκλώματος.

Η μέθοδος σύνδεσης των δεκτών ισχύος μπορεί να είναι μία από τις ακόλουθες: σειριακή, παράλληλη ή μεικτή σύνδεση.

Σειριακή σύνδεση

Όταν συνδέονται σε ένα σειριακό κύκλωμα πολλοί δέκτες (αντιστάτες), δηλαδή η δεύτερη έξοδος του πρώτου συνδέεται με την πρώτη έξοδο του δεύτερου, η δεύτερη έξοδος του δεύτερου συνδέεται με την πρώτη έξοδο του τρίτου, την δεύτερη έξοδο του τρίτου με την πρώτη έξοδο του τέταρτου κλπ. στην πηγή ισχύος, το ρεύμα Ι του ίδιου μεγέθους θα ρέει μέσω όλων των στοιχείων του κυκλώματος. Αυτή η ιδέα εξηγείται στο σχήμα.

Αντικαθιστώντας τις συσκευές με τις αντιστάσεις τους, μετασχηματίζουμε το σχήμα σε ένα κύκλωμα, τότε οι αντιστάσεις R1 έως R4, συνδεδεμένες σε σειρά, θα πάρουν το καθένα συγκεκριμένες τάσεις, οι οποίες συνολικά θα δώσουν την τιμή EMF στους ακροδέκτες της πηγής ισχύος. Για απλότητα, στη συνέχεια θα απεικονίσουμε την πηγή με τη μορφή ενός γαλβανικού κελιού.

Έχοντας εκφράσει την πτώση τάσης διαμέσου του ρεύματος και μέσω των αντιστάσεων, λαμβάνουμε την έκφραση για την ισοδύναμη αντίσταση του κυκλώματος σειράς των δεκτών: η συνολική αντίσταση της σύνδεσης σειράς των αντιστάσεων είναι πάντοτε ίση με το αλγεβρικό άθροισμα όλων των αντιστάσεων που συνθέτουν αυτό το κύκλωμα. Και δεδομένου ότι οι τάσεις σε κάθε ένα από τα τμήματα του κυκλώματος μπορούν να βρεθούν από το νόμο του Ohm (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2, κλπ.) Και E = U,

Η τάση στους ακροδέκτες της τροφοδοσίας είναι ίση με το άθροισμα των πτώσεων τάσης σε καθέναν από τους δέκτες που συνδέονται στη σειρά που συνθέτουν το κύκλωμα.

Δεδομένου ότι το ρεύμα ρέει μέσω ολόκληρου του κυκλώματος της ίδιας τιμής, θα είναι δίκαιο να πούμε ότι οι τάσεις στους δέκτες που συνδέονται στη σειρά (αντιστάσεις) σχετίζονται ανάλογα με τις αντιστάσεις. Και όσο υψηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο υψηλότερη είναι η τάση που εφαρμόζεται στον δέκτη.

Για μια σειρά σύνδεσης αντιστάσεων με την ποσότητα n τεμαχίων που έχουν τις ίδιες αντιστάσεις Rk, η ισοδύναμη ολική αντίσταση κυκλώματος ως σύνολο θα είναι n φορές μεγαλύτερη από κάθε μία από αυτές τις αντιστάσεις: R = n * Rk. Κατά συνέπεια, η τάση που εφαρμόζεται σε κάθε αντίσταση κυκλώματος θα είναι ίση μεταξύ τους και θα είναι η φορές μικρότερη από την τάση που εφαρμόζεται σε ολόκληρο το κύκλωμα: Uk = U / n.

Οι ακόλουθες ιδιότητες είναι χαρακτηριστικές για τη σύνδεση σειράς των δεκτών ισχύος: αν αλλάξετε την αντίσταση ενός από τους δέκτες κυκλώματος, τότε οι τάσεις στους άλλους δέκτες κυκλώματος θα αλλάξουν. όταν ένας από τους δέκτες σπάσει, το ρεύμα θα σταματήσει σε όλο το κύκλωμα, σε όλους τους άλλους δέκτες.

Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, η σειριακή σύνδεση είναι σπάνια και χρησιμοποιείται μόνο όταν η τάση δικτύου είναι υψηλότερη από την ονομαστική τάση των δεκτών, ελλείψει εναλλακτικών λύσεων.

Για παράδειγμα, με τάση 220 βολτ, μπορείτε να τροφοδοτήσετε δύο σειριακά συνδεδεμένες λάμπες ίσης ισχύος, καθένα από τα οποία είναι σχεδιασμένο για τάση 110 βολτ. Εάν αυτοί οι λαμπτήρες στην ίδια ονομαστική τάση τροφοδοσίας έχουν διαφορετική ονομαστική ισχύ, μία από αυτές θα είναι υπερφορτωμένη και πιθανότατα θα καεί αμέσως.

Παράλληλη σύνδεση

Μια παράλληλη σύνδεση των δεκτών περιλαμβάνει τη συμπερίληψη καθενός από αυτά μεταξύ ενός ζεύγους σημείων του ηλεκτρικού κυκλώματος έτσι ώστε να σχηματίζουν παράλληλους κλάδους, καθένας από τους οποίους τροφοδοτείται από την τάση της πηγής. Για λόγους σαφήνειας, θα αντικαταστήσουμε και πάλι τους δέκτες με τις ηλεκτρικές αντιστάσεις τους, προκειμένου να αποκτήσουμε ένα κύκλωμα σύμφωνα με το οποίο είναι εύκολο να υπολογίσουμε τις παραμέτρους.

Όπως ήδη αναφέρθηκε, στην περίπτωση μιας παράλληλης σύνδεσης, κάθε αντίσταση παρουσιάζει την ίδια τάση. Και σύμφωνα με το νόμο του Ohm, έχουμε: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Εδώ είμαι το ρεύμα πηγής. Ο πρώτος νόμος Kirchhoff για αυτό το κύκλωμα μας επιτρέπει να γράψουμε την έκφραση για το ρεύμα στο αδιαίρετο τμήμα του: I = I1 + I2 + I3.

Ως εκ τούτου, η συνολική αντίσταση για την παράλληλη σύνδεση στοιχείων κυκλωμάτων μεταξύ τους μπορεί να βρεθεί από τον τύπο:

Η αμοιβαιότητα της αντίστασης ονομάζεται αγωγιμότητα G και μπορεί επίσης να γραφεί και ο τύπος για την αγωγιμότητα του κυκλώματος, που αποτελείται από αρκετά στοιχεία που συνδέονται παράλληλα: G = G1 + G2 + G3. Η αγωγιμότητα του κυκλώματος στην περίπτωση παράλληλης σύνδεσης των αντιστάσεων που το σχηματίζουν είναι ίση με το αλγεβρικό άθροισμα των αγωγιμότητων αυτών των αντιστάσεων. Επομένως, όταν προστίθενται παράλληλοι δέκτες (αντιστάσεις) στο κύκλωμα, η συνολική αντίσταση του κυκλώματος θα μειωθεί και η συνολική αγωγιμότητα θα αυξηθεί αναλόγως.

Τα ρεύματα του κυκλώματος που αποτελούνται από παραλλήλως συνδεδεμένους δέκτες κατανέμονται μεταξύ τους σε άμεση αναλογία με τις αγωγιμότητές τους, δηλαδή αντιστρόφως ανάλογες με τις αντιστάσεις τους. Εδώ μπορούμε να δώσουμε μια αναλογία από το υδραυλικό σύστημα, όπου η ροή νερού κατανέμεται μέσω των σωλήνων σύμφωνα με τα τμήματα τους, τότε ένα μεγαλύτερο τμήμα είναι παρόμοιο με μια χαμηλότερη αντίσταση, δηλαδή μεγαλύτερη αγωγιμότητα.

Εάν το κύκλωμα αποτελείται από αρκετές (ιδ) πανομοιότυπες αντιστάσεις που συνδέονται παράλληλα, τότε η συνολική αντίσταση του κυκλώματος θα είναι n φορές χαμηλότερη από την αντίσταση μιας από τις αντιστάσεις και το ρεύμα μέσω κάθε αντιστάσεως θα είναι n φορές μικρότερο από το συνολικό ρεύμα: R = R1 / n; I1 = Ι / η.

Ένα κύκλωμα που αποτελείται από παραλλήλως συνδεδεμένους δέκτες συνδεδεμένους σε μια πηγή ισχύος χαρακτηρίζεται από το ότι κάθε ένας από τους δέκτες ενεργοποιείται από την πηγή ισχύος.

Για μια ιδανική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, η δήλωση είναι αληθής: όταν συνδέετε ή αποσυνδέετε αντιστάσεις παράλληλα με την πηγή, τα ρεύματα στις υπόλοιπες συνδεδεμένες αντιστάσεις δεν θα αλλάξουν, δηλαδή εάν αποτύχουν ένας ή περισσότεροι δέκτες του παράλληλου κυκλώματος, τα υπόλοιπα θα συνεχίσουν να λειτουργούν στην ίδια κατάσταση.

Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, μια παράλληλη σύνδεση έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με ένα σειριακό και γι 'αυτό είναι μια παράλληλη σύνδεση που είναι συνηθέστερη στα ηλεκτρικά δίκτυα. Για παράδειγμα, όλες οι ηλεκτρικές συσκευές στα σπίτια μας είναι σχεδιασμένες να συνδέονται παράλληλα με ένα οικιακό δίκτυο και αν αποσυνδέσετε ένα, δεν θα βλάψουν τα υπόλοιπα.

Σύγκριση σειριακών και παράλληλων κυκλωμάτων

Μικτή ένωση

Μια μικτή σύνδεση των δεκτών εννοείται ότι σημαίνει μια τέτοια σύνδεση όταν ένα ή περισσότερα από αυτά συνδέονται σε σειρά και ένα άλλο μέρος ή πολλά παράλληλα. Επιπλέον, ολόκληρη η αλυσίδα μπορεί να σχηματιστεί από διαφορετικές ενώσεις τέτοιων τμημάτων μεταξύ τους. Για παράδειγμα, εξετάστε το σχήμα:

Τρεις σειριακά συνδεδεμένες αντιστάσεις συνδέονται σε μία πηγή ισχύος, ενώ άλλες δύο συνδέονται παράλληλα με μία από αυτές και η τρίτη συνδέεται παράλληλα με ολόκληρο το κύκλωμα.Για να βρεθεί η σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος, περνούν διαδοχικοί μετασχηματισμοί: ένα σύνθετο κύκλωμα οδηγείται διαδοχικά σε μια απλή φόρμα, υπολογίζοντας διαδοχικά την αντίσταση κάθε συνδέσμου και έτσι βρίσκουμε τη συνολική ισοδύναμη αντίσταση.

Για παράδειγμα. Πρώτον, υπολογίζεται η συνολική αντίσταση των δύο αντιστάσεων R4 και R5 που συνδέονται σε σειρά, τότε η αντίσταση της παράλληλης σύνδεσης τους με το R2, τότε προστίθενται στην ληφθείσα τιμή των R1 και R3 και κατόπιν υπολογίζεται η τιμή αντίστασης ολόκληρου του κυκλώματος, συμπεριλαμβανομένου του παράλληλου κλάδου R6.

Διάφορες μέθοδοι σύνδεσης των δεκτών ισχύος χρησιμοποιούνται στην πράξη για διάφορους σκοπούς προκειμένου να επιλυθούν συγκεκριμένες εργασίες. Για παράδειγμα, μια μικτή ένωση μπορεί να βρεθεί σε μαλακά κυκλώματα φόρτισης. ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές σε ισχυρά τροφοδοτικά ισχύος, όπου το φορτίο (πυκνωτές μετά τη γέφυρα δίοδος) λαμβάνει πρώτα τη δύναμη σε σειρά μέσω της αντίστασης, τότε η αντίσταση γεφυρώνεται από τις επαφές του ρελέ και το φορτίο συνδέεται παράλληλα με τη δίοδο γέφυρας.