Меню

Последовательное соединение источников напряжения схема

Последовательное и параллельное соединение. Применение и схемы

В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение

При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого. Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток. Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.

Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.

Posledovatelnoe soedinenie

Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Применение

Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой. Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка. Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.

Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям. Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры. Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.

Параллельное соединение

В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.

Parallelnoe soedinenie

Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.

Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.

Применение

Если рассматривать соединения в бытовых условиях, то в квартире лампы освещения, люстры должны быть соединены параллельно. Если их соединить последовательно, то при включении одной лампочки мы включим все остальные. При параллельном же соединении мы можем, добавляя соответствующий выключатель в каждую из ветвей, включать соответствующую лампочку по мере желания. При этом такое включение одной лампы не влияет на остальные лампы.

Читайте также:  Подключение источников питания разного напряжения

Все электрические бытовые устройства в квартире соединены параллельно в сеть с напряжением 220 В, и подключены к распределительному щитку. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга. Последовательное и параллельное соединение имеют свои особенности. Существуют также смешанные соединения.

Работа тока

Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Работа тока определяется по формуле:

А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.

Для определения работы при последовательной схеме соединения, необходимо заменить в первоначальном выражении напряжение. Получаем:

А=I х (U1 + U2) х t

Раскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.

Точно также рассматриваем параллельную схему соединения. Только меняем уже не напряжение, а силу тока. Получается результат:

А = А1+А2

Мощность тока

При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:

Р=U х I

После аналогичных рассуждений выходит результат, что последовательное и параллельное соединение можно определить следующей формулой мощности:

Р=Р1 + Р2

Другими словами, при любых схемах общая мощность равна сумме всех мощностей в схеме. Этим можно объяснить, что не рекомендуется включать в квартире сразу несколько мощных электрических устройств, так как проводка может не выдержать такой мощности.

Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду

После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Если схема последовательная, то не будет гореть ни одной лампочки, так как сгоревшая лампочка разрывает общую цепь. Чтобы выяснить, какая именно лампочка сгорела, нужно проверять все подряд. Далее, заменить неисправную лампу, гирлянда будет функционировать.

Parallelnoe soedinenie girliandy

При применении параллельной схемы соединения гирлянда будет продолжать работать, даже если одна или несколько ламп сгорели, так как цепь не разорвана полностью, а только один небольшой параллельный участок. Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их.

Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов

Posledovatelno kondensatory

При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов. Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками. Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:

qобщ= q1 = q2 = q3

Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:

U= q/С

Где С — емкость. Суммарное напряжение выражается таким же законом, который подходит для сопротивлений. Поэтому получаем формулу емкости:

С= q/(U1 + U2 + U3)

Чтобы сделать эту формулу проще, можно перевернуть дроби и заменить отношение разности потенциалов к заряду емкости. В результате получаем:

1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3

Читайте также:  Сухие понижающие трансформаторы напряжения

Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.

Parallelno kondensatory

Общий заряд вычисляется как сумма всех зарядов, накопившихся на пластинах всех конденсаторов. А величина напряжения также вычисляется по общим законам. В связи с этим формула суммарной емкости при параллельной схеме соединения выглядит так:

С= (q1 + q2 + q3)/U

Это значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:

С=С1 + С2 + С3

Смешанное соединение проводников

В электрической схеме участки цепи могут иметь и последовательное и параллельное соединение, переплетающихся между собой. Но все законы, рассмотренные выше для отдельных видов соединений, справедливы по-прежнему, и используются по этапам.

Smeshannoe soedinenie

Сначала нужно мысленно разложить схему на отдельные части. Для лучшего представления ее рисуют на бумаге. Рассмотрим наш пример по изображенной выше схеме.

Удобнее всего ее изобразить, начиная с точек Б и В. Они расставляются на некотором расстоянии между собой и от края листа бумаги. С левой стороны к точке Б подключается один провод, а справа отходят два провода. Точка В наоборот, слева имеет две ветки, а после точки отходит один провод.

Далее нужно изобразить пространство между точками. По верхнему проводнику расположены 3 сопротивления с условными значениями 2, 3, 4. Снизу будет идти ток с индексом 5. Первые 3 сопротивления включены в схему последовательно, а пятый резистор подключен параллельно.

Остальные два сопротивления (первый и шестой) подключены последовательно с рассматриваемым нами участком Б-В. Поэтому схему дополняем 2-мя прямоугольниками по сторонам от выбранных точек.

Теперь используем формулу расчета сопротивления:
  • Первая формула для последовательного вида соединения.
  • Далее, для параллельной схемы.
  • И окончательно для последовательной схемы.

Аналогичным образом можно разложить на отдельные схемы любую сложную схему, включая соединения не только проводников в виде сопротивлений, но и конденсаторов. Чтобы научиться владеть приемами расчета по разным видам схем, необходимо потренироваться на практике, выполнив несколько заданий.

Источник



Последовательное соединение источников электрической

Задачи анализа электрических цепей

Все реальные электротехнические устройства работают в замкнутых электрических цепях, состоящих из источников электрической энергии, потребителей (приемников электрической энергии), соединительных проводов, приборов и аппаратуры, с помощью которых осуществляется контроль и управление режимами работы цепи или ее отдельных элементов. Работу электрических устройств оценивают по величинам тока, напряжения, мощности. Поэтому главной задачей анализа цепей является установление связи между напряжениями, токами и параметрами цепи. Под параметрами цепей постоянного тока в установившемся режиме понимают сопротивления или проводимости элементов цепи.

Электрические цепи современных электрорадиотехнических устройств весьма разнообразны. Для анализа режима их работы необходимо знать общие свойства цепей и уметь производить расчет цепей, в зависимости от их структуры, наиболее целесообразными методами. Под расчетом цепей будем подразумевать, как правило, определение токов в элементах электрической цепи (в ветвях сложной цепи) при известных значениях параметров цепи и заданных источниках электрической энергии.

Расчет простых цепей

К простым цепям относятся цепи, которые путем простых преобразований могут быть сведены к одноконтурной цепи.

Цепь с последовательно соединенными приемниками электрической энергии

1. Соединение элементов цепи называется последовательным, если к концу первого элемента подключено начало второго, к концу второго — начало третьего и т. д. При последовательном соединении через все элементы поочередно происходит один и тот же ток I. То второму закону Кирхгофа напряжение на зажимах цепи U равно сумме падений напряжений на последовательно соединенных участках цепи

Читайте также:  От нервного напряжения болят глаза

Рис. 13

U=

отсюда U=I( )=I*Rэ 2.1

Rэ= —общее сопротивление всей цепи.

На основании выражения (2.1) ток в цепи равен

I= 2.2

Падения напряжения на отдельных участках цепи пропорциональны сопротивлениям этих участков

Общая мощность цепи равна сумме мощностей, потребляемых последовательно соединенными приемниками

P= или в общем виде:

P= 2.3

2. Ток всей цепи и напряжения на отдельных участках последовательной цепи зависят от сопротивления каждого элемента. При изменении сопротивления одного элемента будут изменяться напряжения на всех элементах, так как изменяется величина тока в цепи. Так при увеличении сопротивления одного элемента ток в цепи будет уменьшаться, падения напряжения на остальных элементах цепи также будут уменьшаться, а напряжения на элементе с возрастающим сопротивлением—увеличиваться. Эта взаимозависимость режимов работы последовательно соединенных элементов является характерным недостатком последовательной цепи. Последовательное соединение приемников используют лишь в тех случаях, когда их номинальные напряжения ниже напряжения сети. В этом случае последовательно соединять целесообразно приемники с одинаковыми номинальными напряжениями.

В радиотехнической аппаратуре широко применяется последовательное соединение резисторов в так называемых делителях напряжения. Например, соединив три резистора последовательно (рис. 14), мы можем с различных точек цепи снимать различные напряжения. Последовательное соединение применяется также для включения различных вспомогательных приборов и устройств, не являющихся потребителями энергии (амперметр, выключатель, плавкий предохранитель и т, п.).

Рис. 14

Последовательное соединение источников электрической

Энергии

Последовательным соединением источников электрической энергии называется такое соединение, при котором положительный полюс (зажим) одного источника соединяется с отрицательным полюсом (зажимом) второго и т. д. При последовательном соединении источников их электродвижущие силы складываются, следовательно, общая э.д.с. батареи равна сумме э.д.с. отдельных источников. Внутреннее сопротивление последовательно соединенных источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных элементов.

Последовательное соединение источников применяется в том случае, когда необходимо иметь напряжение больше, чем то, которое может обеспечить один источник, а ток потребителя не превышает номинального тока элемента.

Такое соединение источников допускается для однородных элементов (гальванических элементов, аккумуляторов и т. п.), имеющих одинаковые э.д.с. и внутренние сопротивления. Поэтому для батареи

E = n* ; r = n 2.4.

Здесь и — соответственно э.д.с. и внутреннее сопротивление одного элемента n — количество последовательно соединенных элементов.

В некоторых случаях в электрических цепях может встретиться последовательное соединение источников, когда направление их э.д.с. различно (встречное включение). Пусть в схеме рис. 15 два

Рис. 15

источника и включены согласно, а источник — встречно.

Для упрощения схемы все последовательно соединенные источники можно заменить одним эквивалентным источником Е (рис. 16).

Рис. 16

Э.д.с. эквивалентного источника равна алгебраической сумме э.д.с. отдельных элементов: Е = +

Внутреннее сопротивление эквивалентного источника равно арифметической сумме внутренних сопротивлений заменяемых элементов

При ( + )> направление э.д.с. эквивалентного источника и направление тока в цепи совпадают с направлением э.д.с. и . Элементы и в этом случае работают в режиме источников, а элемент — в режиме потребителя электрической энергии.

Дата добавления: 2016-04-06 ; просмотров: 3447 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник