Metode za povezivanje prijemnika električne energije

Istodobnim uključivanjem nekoliko prijemnika snage u istu mrežu, ti se prijemnici mogu lako smatrati jednostavno elementima jednog kruga, od kojih svaki ima svoj otpor.

U nekim se slučajevima ovaj pristup pokaže prilično prihvatljivim: žarulje sa žarnom niti, električni grijači itd. - mogu se shvatiti kao otpornici. To jest, uređaji se mogu zamijeniti njihovim otporom, a lako je izračunati parametre kruga.

Način povezivanja prijemnika snage može biti jedan od sljedećih: serijski, paralelni ili miješani tip veze.

Serijska veza

Kada je nekoliko serijskih prijemnika (otpornika) spojeno u serijski krug, to jest, drugi izlaz prvog je spojen na prvi izlaz drugog, drugi izlaz drugog je spojen na prvi izlaz trećeg, drugi izlaz trećeg s prvim izlazom četvrtog, itd., Kada se takav krug spaja na izvor napajanja, kroz sve elemente strujne struje ja ću teći iste veličine. Ova je ideja objasnjena na slici.

Zamijenjujući uređaje njihovim otporima, pretvaramo lik u krug, a zatim će otpori R1 do R4, povezani u seriju, poprimiti određene napone, što će ukupno dati EMF vrijednost na terminalima izvora napajanja. Radi jednostavnosti, u nastavku ćemo prikazati izvor u obliku galvanske ćelije.

Izražavajući pad napona kroz struju i kroz otpor, dobivamo izraz za ekvivalentni otpor serijskog kruga prijemnika: ukupni otpor serijskog spoja otpornika uvijek je jednak algebarskoj sumi svih otpora koji čine ovaj krug. A budući da se naponi u svakom od presjeka kruga mogu naći iz Ohmovog zakona (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2, itd.) I E = U, tada za naš krug dobivamo:

Napon na priključcima napajanja jednak je zbroju pada napona na svakom serijski spojenom prijemniku koji čine krug.

Budući da struja teče kroz cijeli krug iste vrijednosti, pošteno će reći da su naponi na serijski spojenim prijemnicima (otpornicima) proporcionalni otporima. I što je veći otpor, veći je napon primijenjen na prijemnik.

Za serijsko povezivanje otpornika u količini od n komada koji imaju jednake otpore Rk, ekvivalentni ukupni otpor kruga kao cjeline će biti n puta veći od svakog od ovih otpora: R = n * Rk. U skladu s tim, napon primijenjen na svaki otpornik kruga bit će jednak jedni drugima i bit će n puta manji od napona primijenjenog na cijeli krug: Uk = U / n.

Sljedeća svojstva karakteristična su za serijsko spajanje prijemnika napajanja: ako promijenite otpor jednog od prijemnika kruga, naponi na ostalim prijemnicima krugova će se promijeniti; kada se jedan od prijemnika prekine, struja će se zaustaviti u cijelom krugu, u svim ostalim prijemnicima.

Zbog ovih značajki, serijska veza je rijetka, a koristi se samo tamo gdje je mrežni napon veći od nazivnog napona prijemnika, ako nema alternative.

Na primjer, naponom od 220 volti možete napajati dvije serijski povezane žarulje jednake snage, od kojih je svaka dizajnirana za napon od 110 volti. Ako ove žarulje istog nazivnog napona imaju različitu nazivnu snagu, jedna od njih će se preopteretiti i najvjerojatnije će odmah izgorjeti.

Paralelna veza

Paralelna povezanost prijemnika uključuje uključivanje svakog od njih između para točaka električnog kruga tako da formiraju paralelne grane, od kojih se svaka napaja naponom izvora. Radi jasnoće, ponovo ćemo zamijeniti prijemnike njihovim električnim otporima kako bismo dobili krug prema kojem je prikladno izračunati parametre.

Kao što je već spomenuto, u slučaju paralelne veze, svaki otpornik doživljava isti napon. I u skladu s Ohmovim zakonom imamo: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Ovdje sam izvor struje. Prvi Kirchhoffov zakon za ovaj krug omogućava nam pisanje izraza za struju u njenom nerazgranatom dijelu: I = I1 + I2 + I3.

Dakle, ukupni otpor paralelnog povezivanja elemenata kruga jedan s drugim može se naći iz formule:

Uzajamni otpor naziva se vodljivost G, a formula za vodljivost kruga, koja se sastoji od nekoliko elemenata spojenih paralelno, također se može napisati: G = G1 + G2 + G3. Vodljivost kruga u slučaju paralelnog povezivanja otpornika koji ga čine jednaka je algebarskoj svoti provodljivosti ovih otpornika. Stoga, kada se paralelnom prijemniku (otporniku) dodaju u krug, ukupni otpor kruga će se smanjiti, a ukupna vodljivost će se povećati u skladu s tim.

Struje u krugu koji se sastoje od paralelno povezanih prijemnika raspodijeljeni su među njima u proporciji s njihovim vodljivostima, što je obrnuto proporcionalno njihovim otporima. Ovdje možemo dati analogiju iz hidraulike, gdje se protok vode distribuira kroz cijevi u skladu s njihovim odjeljcima, tada je veći presjek sličan nižem otporu, odnosno većoj vodljivosti.

Ako se krug sastoji od više (n) identičnih otpornika paralelno povezanih, tada će ukupni otpor kruga biti n puta manji od otpora jednog od otpornika, a struja kroz svaki otpornik bit će n puta manja od ukupne struje: R = R1 / n; I1 = I / n.

Krug koji se sastoji od paralelno povezanih prijemnika spojenih na izvor napajanja karakteriziran je time da svaki od prijamnika napaja izvor napajanja.

Za idealan izvor električne energije vrijedi tvrdnja: kada spajate ili isključujete otpornike paralelno s izvorom, struje u preostalim spojenim otpornicima neće se mijenjati, to jest, ako jedan ili više prijemnika paralelnog kruga ne uspije, ostatak će nastaviti raditi u istom načinu rada.

Zbog ovih značajki paralelna veza ima značajnu prednost u odnosu na serijsku i zbog toga je paralelna veza koja je najčešća u električnim mrežama. Na primjer, svi su električni uređaji u našim domovima dizajnirani da se paralelno povezuju na kućansku mrežu, a ako isključite jedan, neće naštetiti ostalima.

Usporedba serijskog i paralelnog kruga

Mješoviti spoj

Pod miješanom vezom prijemnika podrazumijeva se takva veza kada su jedan ili više njih spojeni u nizu, a drugi dio ili više paralelno. U ovom se slučaju cijeli lanac može stvoriti od različitih spojeva takvih dijelova jedan s drugim. Na primjer, razmotrite shemu:

Tri serijski otpornika spojena su na izvor napajanja, još su dva paralelno povezana s jednim, a treći je paralelno povezan sa cijelim krugom.Da bi pronašli impedansu kruga, oni prolaze kroz uzastopne transformacije: složeni krug se vodi do jednostavnog oblika, uzastopno izračunavajući otpor svake veze, i tako pronalaze ukupni ekvivalentni otpor.

Za naš primjer. Prvo se pronalazi ukupni otpor dva otpornika R4 i R5 koji su spojeni u seriju, zatim otpor njihovog paralelnog povezivanja s R2, zatim se dodaju dobivenoj vrijednosti R1 i R3, a zatim se izračunava vrijednost otpora cijelog kruga, uključujući paralelnu granu R6.

Različite metode povezivanja prijemnika snage koriste se u praksi za različite svrhe u svrhu rješavanja konkretnih zadataka. Na primjer, miješani spoj može se naći u krugovima s mekim nabojem. elektrolitički kondenzatori u moćnim izvorima napajanja, gdje opterećenje (kondenzatori nakon diodnog mosta) prvo prima serijsku snagu kroz otpornik, zatim otpornik premosti kontakte releja, a opterećenje je paralelno povezano s diodnim mostom.