Methoden voor het aansluiten van ontvangers van elektrische energie

Met de gelijktijdige opname van meerdere stroomontvangers in hetzelfde netwerk, kunnen deze ontvangers eenvoudig worden beschouwd als elementen van een enkel circuit, die elk hun eigen weerstand hebben.

In sommige gevallen blijkt deze benadering vrij acceptabel: gloeilampen, elektrische kachels, enz. - kunnen worden gezien als weerstanden. Dat wil zeggen, de apparaten kunnen worden vervangen door hun weerstand en het is gemakkelijk om de parameters van het circuit te berekenen.

De methode voor het aansluiten van de stroomontvangers kan een van de volgende zijn: seriële, parallelle of gemengde verbinding.

Seriële verbinding

Wanneer meerdere ontvangers (weerstanden) zijn verbonden in een seriële schakeling, dat wil zeggen dat de tweede uitgang van de eerste is verbonden met de eerste uitgang van de tweede, is de tweede uitgang van de tweede verbonden met de eerste uitgang van de derde, de tweede uitgang van de derde met de eerste uitgang van de vierde, etc., wanneer een dergelijke schakeling wordt aangesloten op naar de stroombron stroomt stroom I van dezelfde grootte door alle elementen van het circuit. Dit idee wordt in de figuur uitgelegd.

Door de apparaten te vervangen door hun weerstanden, transformeren we het cijfer in een circuit, waarna de weerstanden R1 tot R4, in serie geschakeld, elk bepaalde spanningen aannemen, die in totaal de EMF-waarde op de aansluitingen van de stroombron geven. Voor de eenvoud zullen we hierna de bron weergeven in de vorm van een galvanische cel.

Door de spanningsval door de stroom en door de weerstand uit te drukken, verkrijgen we de uitdrukking voor de equivalente weerstand van het serieschakeling van de ontvangers: de totale weerstand van de serieverbinding van weerstanden is altijd gelijk aan de algebraïsche som van alle weerstanden waaruit dit circuit bestaat. En aangezien de spanningen in elk van de secties van het circuit kunnen worden gevonden uit de wet van Ohm (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2, etc.) en E = U, dan krijgen we voor ons circuit:

De spanning op de klemmen van de voeding is gelijk aan de som van de spanningsval op elk van de in serie geschakelde ontvangers waaruit het circuit bestaat.

Omdat de stroom door het hele circuit van dezelfde waarde stroomt, is het redelijk om te zeggen dat de spanningen op de in serie geschakelde ontvangers (weerstanden) evenredig zijn aan de weerstanden. En hoe hoger de weerstand, hoe hoger de spanning op de ontvanger.

Voor een serieverbinding van weerstanden in het aantal n stukken met dezelfde weerstanden Rk, zal de equivalente totale weerstand van het circuit als geheel n keer groter zijn dan elk van deze weerstanden: R = n * Rk. Dienovereenkomstig zullen de spanningen die worden toegepast op elk van de circuitweerstanden gelijk zijn aan elkaar, en zullen n keer minder zijn dan de spanning die wordt toegepast op het gehele circuit: Uk = U / n.

De volgende eigenschappen zijn kenmerkend voor de serieverbinding van stroomontvangers: als u de weerstand van een van de circuitontvangers wijzigt, zullen de spanningen op de andere circuitontvangers veranderen; wanneer een van de ontvangers breekt, stopt de stroom in het hele circuit, in alle andere ontvangers.

Vanwege deze functies is een seriële verbinding zeldzaam en wordt deze alleen gebruikt wanneer de netspanning hoger is dan de nominale spanning van de ontvangers, bij afwezigheid van alternatieven.

Met een spanning van 220 volt kunt u bijvoorbeeld twee in serie geschakelde lampen van hetzelfde vermogen voeden, die elk zijn ontworpen voor een spanning van 110 volt. Als deze lampen met dezelfde nominale voedingsspanning een verschillend nominaal vermogen hebben, is een van hen overbelast en zal deze waarschijnlijk onmiddellijk doorbranden.

Parallelle verbinding

Een parallelle verbinding van de ontvangers omvat het opnemen van elk van hen tussen een paar punten van het elektrische circuit zodat ze parallelle takken vormen, die elk worden gevoed door de spanning van de bron. Voor de duidelijkheid zullen we de ontvangers opnieuw vervangen door hun elektrische weerstanden om een ​​circuit te verkrijgen volgens welke het handig is om de parameters te berekenen.

Zoals reeds vermeld, ondervindt elk van de weerstanden in het geval van een parallelle verbinding dezelfde spanning. En in overeenstemming met de wet van Ohm hebben we: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Hier ben ik de bronstroom. De eerste Kirchhoff-wet voor dit circuit stelt ons in staat om de uitdrukking voor de stroom in zijn onvertakte deel te schrijven: I = I1 + I2 + I3.

Vandaar dat de totale weerstand voor parallelle verbinding van circuitelementen met elkaar kan worden gevonden in de formule:

Het omgekeerde van de weerstand wordt de geleidbaarheid G genoemd, en de formule voor de geleidbaarheid van het circuit, bestaande uit verschillende parallel verbonden elementen, kan ook worden geschreven: G = G1 + G2 + G3. De geleidbaarheid van het circuit in het geval van een parallelle verbinding van de weerstanden die deze vormen, is gelijk aan de algebraïsche som van de geleidbaarheid van deze weerstanden. Daarom zal, wanneer parallelle ontvangers (weerstanden) aan het circuit worden toegevoegd, de totale weerstand van het circuit afnemen en de totale geleidbaarheid dienovereenkomstig toenemen.

De stromen in het circuit bestaande uit parallel geschakelde ontvangers worden daartussen verdeeld in een directe verhouding tot hun geleidbaarheid, dat wil zeggen omgekeerd evenredig met hun weerstanden. Hier kunnen we een analogie uit de hydraulica geven, waarbij de waterstroom door de pijpen wordt verdeeld in overeenstemming met hun secties, dan is een grotere sectie vergelijkbaar met een lagere weerstand, dat wil zeggen een grotere geleidbaarheid.

Als het circuit bestaat uit meerdere (n) identieke parallel geschakelde weerstanden, dan zal de totale weerstand van het circuit n keer lager zijn dan de weerstand van een van de weerstanden, en de stroom door elk van de weerstanden zal n keer minder zijn dan de totale stroom: R = R1 / n; I1 = I / n.

Een schakeling bestaande uit parallel verbonden ontvangers verbonden met een stroombron wordt gekenmerkt doordat elk van de ontvangers wordt bekrachtigd door de stroombron.

Voor een ideale bron van elektriciteit is de bewering waar: bij het aansluiten of loskoppelen van weerstanden parallel aan de bron, veranderen de stromen in de resterende aangesloten weerstanden niet, dat wil zeggen dat als een of meer ontvangers van het parallelle circuit falen, de rest in dezelfde modus blijft werken.

Vanwege deze functies heeft een parallelle verbinding een aanzienlijk voordeel ten opzichte van een seriële verbinding en om deze reden is het een parallelle verbinding die het meest voorkomt in elektrische netwerken. Alle elektrische apparaten in onze huizen zijn bijvoorbeeld ontworpen om parallel op een huishoudelijk netwerk te worden aangesloten, en als u er een loskoppelt, is dit niet schadelijk voor de rest.

Vergelijking van seriële en parallelle circuits

Gemengde verbinding

Onder een gemengde verbinding van ontvangers wordt een dergelijke verbinding verstaan ​​wanneer een deel of meerdere daarvan in serie zijn geschakeld, en een ander deel of meerdere parallel. Bovendien kan de gehele keten worden gevormd uit verschillende verbindingen van dergelijke delen onderling. Overweeg bijvoorbeeld het schema:

Drie in serie geschakelde weerstanden zijn verbonden met een stroombron, twee zijn parallel verbonden met een van hen, en de derde is parallel verbonden met het gehele circuit.Om de impedantie van het circuit te vinden, ondergaan ze opeenvolgende transformaties: een complex circuit wordt achtereenvolgens naar een eenvoudige vorm geleid, waarbij de weerstand van elke link wordt berekend, en zo de totale equivalente weerstand vinden.

Voor ons voorbeeld. Eerst wordt de totale weerstand van de twee in serie geschakelde weerstanden R4 en R5 gevonden, vervolgens de weerstand van hun parallelle verbinding met R2, vervolgens worden ze opgeteld bij de verkregen waarde van R1 en R3, en vervolgens wordt de weerstandswaarde van het gehele circuit, inclusief de parallelle tak R6, berekend.

Verschillende methoden voor het aansluiten van ontvangers worden in de praktijk voor verschillende doeleinden gebruikt om specifieke taken op te lossen. Een gemengde verbinding kan bijvoorbeeld worden gevonden in zachte ladingscircuits. elektrolytische condensatoren in krachtige voedingen, waarbij de belasting (condensatoren na de diodebrug) eerst stroom in serie ontvangt via de weerstand, dan wordt de weerstand overbrugd door de relaiscontacten en wordt de belasting parallel verbonden met de diodebrug.