Паралельне та послідовне з'єднання провідників в електричному ланцюзі

При монтажі електричних ланцюгів в електротехніці застосовують послідовне та паралельне з'єднання провідників. Від обраного способу з'єднання джерел та споживачів значною мірою залежать робочі параметри підключеного обладнання. Тому особливості обох методів побудови схеми обов'язково повинні враховуватися під час проектування електроланцюгів.

Що таке паралельне з'єднання провідників

При цьому способі у складі схеми в крайніх точках з'єднуються початку та кінці всіх навантажень, підключених до джерела електроструму. Самі ж навантаження розміщуються паралельно один до одного. Кількість підключених за такою схемою компонентів не обмежується. Схема використовується у багатьох сферах, дозволяючи вирішувати різні завдання компонування мереж. Наприклад, часто застосовують паралельне з'єднання акумуляторів.

При контрольному вимірі значення вольтажу електроприладів вольтметр показуватиме однакові величини. Це означає, Що електронапруга на кожному навантаженні дорівнюватиме загальній величині вольтажу, що діє в електричному ланцюзі.

Особливістю схеми паралельного з'єднання можна назвати розгалуження ланцюга. У місці розгалуження відбувається розподіл заряду з направленням його частин окремою лінією до відповідного провідника. Тому загальна величина струму дорівнюватиме сумарному значенню струмів на кожному з включених навантажень.

Сукупне електричний опір усієї електроланцюжка має менше абсолютне значення, порівняно з кожним з приладів.

Що таке послідовне з'єднання провідників

Суть цього способу полягає в томущо компоненти ланцюга підключаються один до одного по черзі. Перший провідник одним дротом підключається до джерела живлення. Другий його провід з'єднується з другим провідником, від якого йде кінець на третій провідник і т.д., поки ланцюг не буде замкнутий. Класичним прикладом Послідовним електроланцюгом можна назвати підключення лампочок у гірлянді.

Струм проходить по ланцюгу приладів, що складається з резисторів, ламп чи інших навантажень, протікаючи через кожен увімкнений в електроланцюг прилад. У зібраному таким способом ланцюга відсутній ефект поділу та накопичення заряду на різних його ділянках. Відповідно, фізична величина амперажу буде на всіх ділянках однаковою.

Сукупний електроопір всіх послідовно з'єднаних навантажень, приладів та пристроїв будь-якого типу дорівнює сумі їх індивідуальних опорів. Таким чином, його значення безпосередньо залежить від кількості підключених приладів та їх параметрів.

Аналогічно розраховується та сукупний вольтаж. Він дорівнює сумі напруги, що діють на кожному окремому електроприладі.

Різниця між послідовною та паралельною сполукою, переваги та недоліки

Принципові відмінності між послідовним та паралельним з'єднанням провідників за ключовими електротехнічними параметрами наведено в таблиці:

За рахунок своїх особливостей кожен із типів складання ланцюгів має свої переваги та недоліки. Це дозволяє використовувати дані способи для вирішення різних електротехнічних завдань.

Плюси та мінуси послідовного з'єднання

Основними перевагами електроланцюгів з послідовно з'єднаних приладів є їх такі особливості:

• простота проектування та побудови схеми;
• низька вартість комплектації;
• можливість підключення приладів, розрахованих на менше робоча напруга, порівняно з номінальною напругою мережі;
• виконання функції регулювання струму - Забезпечує рівномірні навантаження на всі прилади.

Однак у цього способу компонування електросхеми є і серйозні недоліки. Головним є ненадійність ланцюга з послідовно з'єднаних провідників. При виході з ладу будь-якого з підключених приладів відбувається відключення всього ланцюга.

Крім того, мінусом є зниження напруги зі збільшенням кількості підключених споживачів. Прикладом може бути послідовне з'єднання кількох ламп. Чим більше освітлювальних приладів підключено у такий спосіб до джерела електроживлення, тим менш яскраве світло вони даватимуть.

Плюси та мінуси паралельного з'єднання

При використанні паралельного з'єднання провідників забезпечуються такою набір переваг:

• стабільність напруги на електроприладах, незалежно від їх числа;
• можливість увімкнення або відключення окремих ділянок у потрібний момент без порушення роботи всього електроланцюга;
• надійність – при виході одного або кількох компонентів з ладу сам електроланцюг продовжує зберігати працездатність.

Недоліком є складніший розрахунок і складна схема, використання якої підвищує вартість комплектації електромережі.

Не допускається підключення приладів, з номінальним робочим вольтажом менше мережного. Паралельне з'єднання акумуляторів з різним значенням вольтажу пов'язане з перетіканням струму в АКБ з меншою його величиною, що може викликати прискорене зношування батареї.

Закон Ома для ділянки ланцюга

Одним із ключових електротехнічних законів можна назвати закон Ома для дільниці ланцюга. Саме цим законом пояснюються відмінності, які існують для паралельного та послідовного з'єднання провідників.

Формулюється він таким чином:

Сила струму в провіднику прямо пропорційна прикладеному до його кінців напруги і обернено пропорційна опору провідника.

Записується він такою формулою:

I = U/R, де

I - Сила струму, (А);

U - вольтаж, (В);

R - Електроопір, (Ом).

Змішане з'єднання провідників в електричному ланцюзі

На практиці збирання електроланцюгів, як правило, проводять таким методом, який передбачає змішане з'єднання провідників. Це комбіноване рішення, яке поєднує обидва способи. Зазвичай для монтажу основної мережі використовують паралель, а окремі споживачі за необхідності поєднують у послідовну мережу.

При розрахунку та збиранні змішаних сполук опорів обов'язково повинні враховуватися особливості, переваги та недоліки обох методів підключення. У ході проектування, схему доцільно розбити на окремі частини та виконати розрахунок за фізичними законами, які справедливі для послідовного та паралельного з'єднання. Після цього, складові об'єднують в єдину схему.

Як з'єднати вольтметр і амперметр у ланцюг

До основних електротехнічних параметрів відносяться сила струму та вольтаж. Для контролю цих величин використовують прилади – амперметри та вольтметри. Вимоги щодо підключення цих приладів у ланцюг визначаються, виходячи із законів, які діють для послідовного та паралельного з'єднання.

Для вимірювання величини струму проводиться включення амперметра до ланцюга суворо послідовно з робочим навантаженням. Важливо, щоб опір самого приладу був мінімальним, щоб не допустити його впливу на роботу електроустаткування. Якщо амперметр підключити паралельно, це призведе до виходу з ладу амперметра.

Для вимірювання напруги вольтметр у ланцюг підключається строго паралельно до джерела або приймача струму. Сам вимірювальний прилад повинен мати досить високий власний опір. Це потрібно, щоб при вимірюванні можна було знехтувати величиною струму, що відбирається через вольтметр.

Застосування паралельного та послідовного з'єднання в електротехніці

Паралельне з'єднання активно застосовується для монтажу проводки та ланцюгів у різних видах електричного обладнання та приладів. Воно дає можливість підключити електричні пристрої до електромережі незалежно один від одного.

Послідовне з'єднання використовують, коли потрібно забезпечити включення та вимкнення певних приладів. Саме за цією схемою приєднуються вимикачі та тумблери. Також схема добре підходить у тих випадках, коли необхідно сформувати електроланцюг зі споживачів з малим значенням номінальної напруги.

При паралельному з'єднанні конденсаторів сукупна ємність дорівнює сумі ємностей кожного напівпровідника. У разі застосування послідовного з'єднання конденсаторів результуюча ємність зменшується вдвічі. Ця властивість також використовується для формування електроланцюгів.