Elektromos energiavevők csatlakoztatásának módszerei

Több energiás vevő egyidejű beépítésével ugyanabban a hálózatban ezeket a vevőket egyszerűen egyetlen áramkör elemeinek lehet tekinteni, amelyek mindegyikének megvan a saját ellenállása.

Egyes esetekben ez a megközelítés nagyon elfogadhatónak bizonyul: izzólámpák, elektromos fűtőberendezések stb. Ellenállásnak tekinthetők. Vagyis az eszközök helyettesíthetőek ellenállásukkal, és könnyű kiszámítani az áramkör paramétereit.

A teljesítmény-vevők csatlakoztatásának módja a következők lehet: soros, párhuzamos vagy vegyes típusú csatlakozás.

Soros kapcsolat

Ha több vevőt (ellenállást) csatlakoztatnak egy soros áramkörben, azaz az első második kimenete a második első kimenetéhez van csatlakoztatva, a második második kimenete a harmadik első kimenetéhez van csatlakoztatva, a harmadik második kimenete pedig a negyedik első kimenetéhez stb. Kapcsolódik, amikor egy ilyen áramkört csatlakoztatnak. az áramforrás az áramkör összes elemén keresztül ugyanolyan nagyságrendű áramlással bír. Ezt az elképzelést az ábra magyarázza.

Az eszközök ellenállásukkal való cseréjével az ábrát áramkörré alakítjuk, majd az egymáshoz csatlakoztatott R1 – R4 ellenállások bizonyos feszültségeket vesznek fel, amelyek összességében az EMF értéket adják az áramforrás kivezetésein. Az egyszerűség kedvéért a következőkben a forrást galván cella formájában ábrázoljuk.

A feszültség esését az áramon és az ellenálláson keresztül a vevők soros áramkörének ekvivalens ellenállásának kifejezésével kapjuk: az ellenállások soros összeköttetésének teljes ellenállása mindig egyenlő az ezt az áramkört alkotó összes ellenállás algebrai összegével. És mivel az áramkör mindegyik szakaszának feszültségei megtalálhatók Ohm törvényéből (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2 stb.) És E = U, akkor áramkörünkre a következőket kapjuk:

A tápegység kivezetésein a feszültség megegyezik az áramkört képező sorozathoz csatlakoztatott vevők feszültségcsökkenésének összegével.

Mivel az áram a teljes áramkörön ugyanazzal az értékkel áramlik, igazságos lenne azt mondani, hogy a sorosan csatlakoztatott vevők (ellenállások) feszültségei az ellenállások arányában vannak. És minél nagyobb az ellenállás, annál nagyobb a feszültség a vevőre.

Az ellenállások soros csatlakoztatásakor, olyan darab mennyiségű ellenállás esetén, amelyek azonos Rk ellenállással rendelkeznek, az áramkör egészének ekvivalens teljes ellenállása n-szer nagyobb, mint az ellenállások mindegyike: R = n * Rk. Ennek megfelelően az egyes áramköri ellenállásokra alkalmazott feszültségek megegyeznek egymással, és n-szer kisebbek, mint a teljes áramkörre alkalmazott feszültség: Uk = U / n.

A következő tulajdonságok jellemzőek a teljesítmény-vevők soros csatlakoztatására: ha megváltoztatja az egyik áramköri ellenállást, akkor a többi áramkör-vevő feszültsége megváltozik; Ha az egyik vevő megszakad, az áram leáll az egész áramkörben, az összes többi vevőben.

Ezen tulajdonságok miatt a soros csatlakozás ritka, és alternatívák hiányában csak akkor használják, ha a hálózati feszültség magasabb a vevők névleges feszültségén.

Például 220 V feszültséggel két sorozathoz csatlakoztatott, azonos teljesítményű lámpát táplálhat, amelyek mindegyikét 110 V feszültségre tervezték. Ha ezeknek az azonos névleges tápfeszültségű lámpáknak eltérő névleges teljesítményük van, akkor egyikük túlterhelik, és valószínűleg azonnali kiégés.

Párhuzamos kapcsolat

A vevők párhuzamos csatlakoztatása magában foglalja mindegyik beépítését az elektromos áramkör két pontja között úgy, hogy párhuzamos ágakat képezzenek, amelyek mindegyikét a forrás feszültsége táplálja. Az érthetőség kedvéért a vevőket ismét kicseréljük elektromos ellenállásukra annak érdekében, hogy olyan áramkört kapjunk, amely szerint kényelmes a paraméterek kiszámítása.

Mint már említettük, párhuzamos csatlakozás esetén az ellenállások mindegyike azonos feszültséggel rendelkezik. És Ohm törvényével összhangban: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Itt vagyok a forrásáram. Ennek az áramkörnek az első Kirchhoff-törvénye lehetővé teszi az áram kifejezésének az el nem ágazott részébe írását: I = I1 + I2 + I3.

Ennélfogva az áramköri elemek egymással párhuzamos csatlakoztatásának teljes ellenállása a következő képletből származhat:

Az ellenállás kölcsönösségét G vezetőképességnek nevezzük, és az áramkör vezetőképességének képlete, amely több párhuzamosan összekapcsolt elemből áll, szintén megírható: G = G1 + G2 + G3. Az áramvezető képesség az azt alkotó ellenállások párhuzamos csatlakoztatása esetén egyenlő ezen ellenállások vezetőképességének algebrai összegével. Ezért, ha párhuzamos vevőket (ellenállásokat) adunk az áramkörhöz, az áramkör teljes ellenállása csökken, és a teljes vezetőképesség ennek megfelelően növekszik.

A párhuzamosan csatlakoztatott vevőkészülékekből álló áramkörben az áramok megoszlanak közöttük vezetőképességükhöz arányosan, azaz ellenkezőleg arányosan. Itt adhatunk analógiát a hidraulikából, ahol a vízáram eloszlik a csöveken a szakaszoknak megfelelően, akkor egy nagyobb szakasz hasonló az alacsonyabb ellenálláshoz, azaz nagyobb vezetőképességhez.

Ha az áramkör több (n) azonos ellenállást tartalmaz, amelyek párhuzamosan vannak csatlakoztatva, akkor az áramkör teljes ellenállása n-szer kisebb, mint az egyik ellenállás ellenállása, és az egyes ellenállásokon átáramló áram n-szer kisebb, mint a teljes áram: R = R1 / N; I1 = I / n.

Az áramforráshoz csatlakoztatott, párhuzamosan kapcsolt vevőkészülékekből álló áramkört az jellemzi, hogy mindegyik vevőt az energiaforrás táplálja.

Ideális áramforrás esetén az állítás igaz: ha az ellenállásokat a forrással párhuzamosan csatlakoztatják vagy leválasztják, akkor a fennmaradó csatlakoztatott ellenállások áramai nem változnak, vagyis ha a párhuzamos áramkör egy vagy több vevője meghibásodik, a többi tovább folytatja ugyanazon üzemmódot.

Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a párhuzamos csatlakozásnak jelentős előnye van a soroshoz képest, és ezért ez az egy párhuzamos kapcsolat, amely a leggyakoribb az elektromos hálózatokban. Például otthonunkban az összes elektromos készüléket úgy tervezték, hogy párhuzamosan csatlakozzon a háztartási hálózathoz, és ha lecsatlakozik, akkor a többit nem fogja károsítani.

A soros és a párhuzamos áramkörök összehasonlítása

Vegyes vegyület

A vevők vegyes összeköttetése alatt azt értjük, hogy egy ilyen összeköttetés, ha egy részük vagy többük sorosan, és egy vagy több része párhuzamosan van csatlakoztatva. Ebben az esetben a teljes lánc ezeknek a részeknek a különféle vegyületeiből állítható elő egymással. Vegyük például a diagramot:

Három sorosan csatlakoztatott ellenállás van csatlakoztatva egy energiaforráshoz, kettő az egyikükkel párhuzamosan, a harmadik pedig a teljes áramkörrel párhuzamosan csatlakozik.Az áramkör impedanciájának megállapításához egymást követő transzformációkon mennek keresztül: egy komplex áramkört egymás után egyszerű formába vezetnek, kiszámítva az egyes összeköttetések ellenállását, és így megtalálják a teljes ekvivalens ellenállást.

A mi példánkra. Először meghatározzuk a sorba kapcsolt két R4 és R5 ellenállás teljes ellenállását, azután R2-vel párhuzamos csatlakozásuk ellenállását, majd hozzáadjuk az R1 és R3 kapott értékhez, majd kiszámoljuk az egész áramkör ellenállás értékét, ideértve az R6 párhuzamos ágot is.

A teljesítmény-vevők csatlakoztatásának különféle módszereit használják a gyakorlatban, különböző célokból, konkrét feladatok megoldása érdekében. Például egy kevert vegyület megtalálható a lágy töltésű áramkörökben. elektrolit kondenzátorok erős tápegységekben, ahol a terhelés (a diódahíd utáni kondenzátorok) először sorosan kapnak energiát az ellenálláson keresztül, majd az ellenállást a relé érintkezők áthidalják, és a terhelést párhuzamosan csatlakoztatják a diódahídhoz.