0 грн.
Оформить заказ
Цепь представляет собой чертёж соединяемых проводов, кабелей, зажимов, разъёмов, которые являются частями электрической цепи. Различают последовательные, параллельные, комбинированные соединения.
Простая конструкция выглядит так: к источнику питания подключают одну лампу, к ней – вторую, затем провод соединяют с размыкателем цепи (ключом) и оставшимся проводом подсоединяют к аккумулятору. Образуется цепочка составляющих, где каждый элемент является обязательным. А если что-то перестаёт работать, то и остальная часть цепи становится неактивной.
Особенностями является одинаковая сила тока в каждой точке потребления энергии. Если напряжение постоянное, то значение тока корректируется изменением сопротивления.
Iобщ = I1 = I2 = In
U = U1 + U2 + Un
U = I*R1 + I*R2 + I*Rn
При таком типе электрической цепи ток остаётся постоянным на любом участке, а общее сопротивление является суммой значений составных компонентов. Сумма падений напряжений согласно закону Ома равна сетевому напряжению.
В литературе по радиоэлектронике можно встретить такое понятие, как «делитель напряжения». Он представляет собой созданный из 2-х и более элементов замкнутый электрический контур.
На такой простой схеме видно, что в цепи 2 резистора. Поэтому значение тока можно найти по такой формуле:
I = U : (R1 + R2)
U2 = I*R2
I = U : (R1 + R2)
UR2 = U*R2 : (R1 + R2) – для второго резистора
UR1 = U*R1 : (R1 + R2) – для первого резистора
Теперь докажем, что напряжение в цепи равно сумме падений напряжения на обоих резисторах:
U = UR1 + UR2 = U*R1 : (R1 + R2) / U*R2 : (R1 + R2) = U* (R1 + R2) / (R1 + R2) = U
По закону Кирхгофа, в последовательной цепи при наличии замкнутого контура сумма напряжений будет нулевой.
U = U1 + U2;
U - U1 - U2 = 0.
Пример последовательной цепи – простая ёлочная гирлянда. Как только один элемент перегорает, прохождение тока по проводам становится невозможным и остальные лампочки отключаются.
В замкнутом контуре лампы проводники подключены таким образом, чтобы концы и начала были соответственно соединены в одной точке (фазе). Электричество будет проходить по цепи разными путями. Количество проводников может быть от 1-2 штук до сотен единиц. Значения напряжений для каждого элемента равны, но ток будет отличаться.
U = U1 = U2 = Un
Iобщ= I1 + I2 + In
U = I*R1 + I*R2 + I*Rn
По закону Ома: I = U : R
IR1 = U : R1, IR2 = U : R2, IR3 = U : R3
U / R = U / R1 + U / R2 + U / R3
Разделив выражение на U, получим:
1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3
Делаем вывод: обратное значение общего сопротивления состоит из суммы обратных значений сопротивлений каждого из проводников.
Это выражение можно представить иначе. Упростим, взяв схему из 2-х проводников:
R = 1 : (1 / R1 + 1 / R2) = 1 : {(R2 + R1) / R1*R2} = R1*R2 / R2 + R1.
В частном случае, когда сопротивление каждого из пары проводников равно, приходим в такой формуле:
R общ = R1*R2 / R2 + R1 = R2 / 2 = 0,5 R2,
то есть, общее сопротивление двух проводников в сети с равными значениями индивидуальных сопротивлений равно половине от квадрата значения R.
Закон Кирхгофа для параллельной цепи выглядит иначе, чем для последовательной:
I = I1 + I2 + In
I - I1 - I2 - In = 0
Суммарное значение токов в цепи равно нулю.
Параллельное соединение встречается чаще, чем последовательное. Примером может служить любое жилое помещение, в котором множество электроприборов. Они включаются каждый в своём режиме, их можно выключать, а сеть будет продолжать работать для других потребителей энергии. На рисунке показано, что нулевой провод, к которому активируются объекты, заземлён. А фаза объединяет в отдельную линию все выключатели.
Составляющие между собой объединены в параллельную схему, а к резистору подключены последовательно. Чтобы подсчитать общее сопротивление по схеме, надо отдельно определить значения по разным контурам подключений. Первыми подсчёты делаются в последовательной цепи.
Расчёт подобных цепей подчиняется второму закону Кирхгофа. Он гласит: когда имеется замкнутый контур, сумма формируемых ЭДС по значению равна сумме падений напряжений.
Если рассматривать на примере, то получаем такое решение:
E1-E2 = I*R1 + I*R2
Для расчёта важно вычислять алгебраическую сумму, так как у со-направленных ЭДС и направленных в противоположные стороны токов при падении напряжений имеются разные математические знаки.
E1-E2 – алгебраическая сумма ЭДС
I*R1 + I*R2 – сумма падений напряжений.
E1-E2 = I*R1 + I*R2
I = (E1 – E2) / (R + R1 + R2)
Давайте посмотрим на основные отличия электрических схем, собранных с учётом основных схем соединений элементов.
Преимущества
Недостатки
Преимущества
Недостатки
Последовательный вариант решения подходит для использования тумблеров и выключателей. Он применяется в случае создания контура из устройств, имеющих низкое рабочее напряжение. Когда нужно, к примеру, снизить общую ёмкость приборов, применяется последовательное соединение, уменьшающее значение наполовину.
Довольно часто требуется в экспериментальный контур добавить измеряющие значения устройства: амперметр для отображения фактического замера тока и вольтметр для определения значения напряжения. Как это правильно сделать?
Последовательно в контур с рабочей нагрузкой размещают амперметр. Параллельное включение приведёт к поломке замеряющего прибора. Значение сопротивления должно быть очень маленьким, чтобы не создавать помехи для устройств.
С вольтметром другая ситуация. В приборе должно быть большое значение сопротивления. Тогда можно не учитывать ток, который расходуется устройством. При подключении он располагается параллельно тому, что продуцирует электричество или потребляет его.
Возьмём 2 лампочки с нитью накаливания и мощностью 100 В каждая, соберём последовательную цепь, создав с одним из проводов скрутку. Остальную пару проводом подключим на фазу и на нуль. В итоге ток через скрутку активирует вторую лампочку, а дальше «упирается в нуль».
Такой вариант разделит напряжение пополам. Для свечения каждой из ламп будет использоваться ≈ 110 В. И мощность у них на 50% снизится. В случае, когда взяты 2 лампочки с разной мощностью, напряжение на каждой токопринимающей единице будет отличаться по значениям. Применяется в ёлочных гирляндах, освещении подъезда
В случае параллельного соединения лам их суммарная мощность будет 200 Вт. Это вариант подходит для люстр, светильников.
Аккумуляторные элементы питания соединяются последовательно, параллельно или по совмещённому способу.
- Последовательное подключение создаёт суммарный вольтаж. Общий объём батарей определяется ёмкостью самого слабого компонента. Желательно использовать батарейки с равными значениями ёмкости во избежание быстрой поломки прибора.
- Параллельное подключение имеет место для формирования аккумулятора с увеличенным значением зарядов, протекающих по проводнику. Общая ёмкость определяется сложением отдельных значений ёмкостей батареек. Напряжение будет одинаковым на всех участках. В параллельную электрическую схему нежелательно помещать аккумуляторы с отличающимися друг у друга значениями напряжения, ёмкости. Это приведёт е перетеканию тока от более «сильного» компонента к более «слабому». Итогом становится появления в сети короткого замыкания. Нужно проверять, какой ток образуется на входе и как он меняется своё значение в сети.
- Совмещение первых двух видов. Применяется для того, чтобы использовать лучшие характеристики каждого вида, а именно суммарное напряжение и ёмкость. Комбинированное устройство удаётся сделать 2-мя способами:
* сбор нужного числа последовательно соединённых батареек, которые потом формируют в большой комплект энергетического потенциала, используя параллельное подключение;
Эта тема имеет большое значение в промышленном аспекте. Когда речь идёт о 2-3 нагревателях, выбирают схему последовательного подключения. Нужно, чтобы у них был одинаковый вольтаж для формирования равной мощности. А при параллельном соединении его вольтаж должен соответствовать и быть равным номинальному значению аналогичного показателя сети.
Представим себе предприятие, где происходит изготовление изделий из пластмассы. На одну форму требуется несколько десятков трубчатых нагревателей, работающих в едином термическом режиме. Важно, чтобы суммарное напряжение, формируемое определённым количеством элементов, не превышало показатели подаваемого тока. Что делать, если вольтаж сети не подходит к показателям ТЭНов? Используют последовательное соединение проводников в цепи. Чтобы U равномерно распределилось между всеми термическими компонентами, следует монтировать только одинаковые нагреватели.
Производственная компания «Интмакс» советует не рисковать, подбирая нагреватели, а заказать их нужных параметров, чтобы гарантированно обеспечить работу технологической линии. И тогда можно будет выбрать ту систему организации подключения, которая будет более выгодной в экономическом плане и с позиции долговечности эксплуатации ТЭНов. Помните, что нагреватели, подключенные в последовательную сборку электроцепи, должны работать все. Если хоть один из них выйдет из строя, остальные также прекратят нагревать форму с содержимым. Более стабильным является комбинированная модель, в которой задействовано последовательное и параллельное соединение проводников тока.
Рассмотрим, какие 2 закона действуют при работе ТЭНов.
На производстве используется трёхфазная сеть. При выборе схемы «звезда» один конец ТЭНов подсоединяют к общей канальной ветке, а второй – к отдельной клемме. Между нулевым проводом и фазой напряжение стабильное. К каждой ветке допускается присоединить несколько нагревателей последовательно или параллельно. Линейный ток и фазный одинаковы. Подходит для сети в 220 В и 380 В.
Схема «треугольник» основана на поэтапном подключении соответствующих выводов встык. Образуется 3 отдельных плеча со своими фазами. Отсутствие нейтральной точки формирует совпадение линейного и фазного напряжений. Эта схема используется только для 380-вольтной сети.4
Выбор схемы подключения определяет дальнейшие параметры использования проводников. Точное знание особенностей схем подключения и законов физики помогает не ошибиться в типе формирования контура.