Een van de pijlers waarop veel concepten in de elektronica zijn gebaseerd, is het concept van serie- en parallelschakeling van geleiders. Ken de belangrijkste verschillen gespecificeerde soorten verbinding is gewoon nodig. Zonder dit is het onmogelijk om een ​​enkel diagram te begrijpen en te lezen.

Basisprincipes

Elektrische stroom beweegt langs de geleider van de bron naar de consument (belasting). Meestal wordt een koperen kabel als geleider gekozen. Dit komt door de eis die aan de geleider wordt gesteld: hij moet gemakkelijk elektronen kunnen afgeven.

Ongeacht de verbindingsmethode, de elektrische stroom beweegt van plus naar min. Het is in deze richting dat het potentieel afneemt. Het is de moeite waard eraan te denken dat de draad waardoor de stroom vloeit ook weerstand heeft. Maar de waarde ervan is erg klein. Daarom worden ze verwaarloosd. De weerstand van de geleider wordt verondersteld nul te zijn. In het geval dat de geleider weerstand heeft, is het gebruikelijk om het een weerstand te noemen.

Parallelle verbinding

In dit geval zijn de elementen in de keten met elkaar verbonden door twee knooppunten. Ze hebben geen verbindingen met andere knooppunten. Delen van de keten met zo'n verbinding worden takken genoemd. Het parallelle aansluitschema wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Als we in een meer begrijpelijke taal spreken, zijn in dit geval alle geleiders aan het ene uiteinde verbonden in het ene knooppunt en het andere - in het tweede. Dit leidt ertoe dat de elektrische stroom in alle elementen is verdeeld. Dit verhoogt de geleidbaarheid van het hele circuit.

Wanneer geleiders op deze manier op een circuit worden aangesloten, zal de spanning van elk van hen hetzelfde zijn. Maar de stroomsterkte van het hele circuit wordt bepaald als de som van de stromen die door alle elementen vloeien. Rekening houdend met de wet van Ohm, wordt door eenvoudige wiskundige berekeningen een interessant patroon verkregen: het omgekeerde van de totale weerstand van het hele circuit wordt gedefinieerd als de som van het omgekeerde van de weerstanden van elk individueel element. Er wordt alleen rekening gehouden met parallel geschakelde elementen.

Seriële verbinding

In dit geval zijn alle elementen van de keten zo met elkaar verbonden dat ze geen enkel knooppunt vormen. Deze verbindingsmethode heeft één belangrijk nadeel. Het ligt in het feit dat als een van de geleiders uitvalt, alle volgende elementen niet kunnen werken. Een treffend voorbeeld van zo'n situatie is een gewone slinger. Als een van de lampen erin doorbrandt, werkt de hele slinger niet meer.

De serieschakeling van elementen is anders doordat de stroomsterkte in alle geleiders gelijk is. Wat betreft de spanning van het circuit, deze is gelijk aan de som van de spanningen van de individuele elementen.

Bij deze schakeling worden de geleiders beurtelings in de schakeling opgenomen. En dit betekent dat de weerstand van het hele circuit de som is van de individuele weerstanden die kenmerkend zijn voor elk element. Dat wil zeggen, de totale weerstand van het circuit is gelijk aan de som van de weerstanden van alle geleiders. Dezelfde afhankelijkheid kan ook wiskundig worden afgeleid met behulp van de wet van Ohm.

gemengde schema's

Er zijn situaties waarin u op hetzelfde circuit zowel seriële als parallelle verbinding van elementen kunt zien. In dit geval spreken we van een gemengde verbinding. De berekening van dergelijke schema's wordt afzonderlijk uitgevoerd voor elk van de groep geleiders.

Dus om de totale weerstand te bepalen, is het noodzakelijk om de weerstand van de parallel geschakelde elementen en de weerstand van de in serie geschakelde elementen op te tellen. In dit geval is de seriële verbinding dominant. Dat wil zeggen, het wordt in de eerste plaats berekend. En pas daarna wordt de weerstand van elementen met parallelle verbinding bepaald.

LED's aansluiten

Als u de basis kent van de twee soorten verbindingselementen in een circuit, begrijpt u het principe van het maken van circuits voor verschillende elektrische apparaten. Overweeg een voorbeeld. hangt grotendeels af van de spanning van de stroombron.

Bij een lage netspanning (tot 5 V) worden de leds in serie geschakeld. In dit geval helpen een doorvoercondensator en lineaire weerstanden om het niveau van elektromagnetische interferentie te verminderen. De geleidbaarheid van de LED's wordt verhoogd door het gebruik van systeemmodulatoren.

Bij een netspanning van 12 V kunnen zowel seriële als parallelle netaansluitingen worden gebruikt. Bij seriële aansluiting worden schakelende voedingen gebruikt. Als een schakeling van drie LED's wordt samengesteld, kan een versterker achterwege blijven. Maar als het circuit meer elementen bevat, is een versterker nodig.

In het tweede geval, dat wil zeggen met een parallelle verbinding, is het noodzakelijk om er twee te gebruiken weerstanden openen en versterker (met doorvoer boven 3 A). Bovendien wordt de eerste weerstand vóór de versterker geïnstalleerd en de tweede daarna.

Bij een hoge netspanning (220 V) nemen ze hun toevlucht tot een seriële aansluiting. In dit geval worden bovendien operationele versterkers en step-down voedingen gebruikt.

Meestal vindt iedereen het moeilijk om te antwoorden. Maar dit raadsel, toegepast op elektriciteit, is vrij definitief opgelost.

Elektriciteit begint met de wet van Ohm.

En als we het dilemma beschouwen in de context van parallelle of serieschakelingen - waarbij we de ene verbinding beschouwen als een kip en de andere als een ei, dan bestaat er geen twijfel over.

Omdat de wet van Ohm het zeer originele elektrische circuit is. En het kan alleen maar consistent zijn.

Ja, ze bedachten een galvanische cel en wisten niet wat ze ermee aan moesten, dus bedachten ze meteen een andere gloeilamp. En dit is wat eruit kwam. Hier vloeide direct een spanning van 1,5 volt als stroom om strikt te gehoorzamen aan de wet van Ohm, door de gloeilamp naar achterwand dezelfde batterij. En in de batterij zelf, onder invloed van de tovenares-chemie, kwamen de ladingen opnieuw terecht op het beginpunt van hun campagne. En dus, waar de spanning 1,5 volt was, blijft dat zo. Dat wil zeggen, de spanning is constant hetzelfde en de ladingen zijn constant in beweging en passeren achtereenvolgens de gloeilamp en de galvanische cel.

En dit wordt meestal als volgt op het diagram getekend:

Volgens de wet van Ohm I=U/R

Dan zal de weerstand van de gloeilamp (met de stroom en spanning die ik schreef) zijn

R= 1/E, WaarR = 1 Ohm

En de kracht zal worden vrijgegeven P = I * U , d.w.z. P=2,25 Vm

In een serieschakeling, vooral in zo'n eenvoudig en onmiskenbaar voorbeeld, is het duidelijk dat de stroom die er van begin tot eind doorheen loopt altijd hetzelfde is. En als we nu twee lampen nemen en de stroom eerst door de ene en dan door de andere laten lopen, dan gebeurt hetzelfde weer - de stroom zal in die lamp hetzelfde zijn en weer in de andere. Hoewel verschillend van formaat. De stroom ondervindt nu de weerstand van twee gloeilampen, maar elk van hen heeft de weerstand zoals die was en blijft, omdat deze uitsluitend wordt bepaald fysieke eigenschappen de gloeilamp zelf. De nieuwe stroom wordt weer berekend volgens de wet van Ohm.

Het zal gelijk blijken te zijn aan I \u003d U / R + R, dat wil zeggen 0,75A, precies de helft van de stroom die aanvankelijk was.

In dit geval moet de stroom twee weerstanden overwinnen, hij wordt kleiner. Zoals te zien is aan de gloed van de bollen - ze branden nu halfslachtig. En de totale weerstand van een ketting van twee gloeilampen is gelijk aan de som van hun weerstanden. Rekenen kennen, dat kan apart geval gebruik de vermenigvuldigingsactie: als N identieke lampen in serie zijn geschakeld, dan is hun totale weerstand gelijk aan N keer R, waarbij R de weerstand van één lamp is. De logica is onberispelijk.

En we zullen onze experimenten voortzetten. Nu gaan we iets soortgelijks doen als met de gloeilampen, maar alleen aan de linkerkant van het circuit: we voegen nog een galvanische cel toe, precies zoals de eerste. Zoals je kunt zien, hebben we nu de totale spanning verdubbeld en is de stroom weer 1,5 A geworden, wat de lampen aangeven, ze gaan weer op volle sterkte branden.

Wij concluderen:

• Bij seriële verbinding de weerstand van het elektrische circuit en de spanning van de elementen worden opgeteld en de stroom op alle elementen blijft ongewijzigd.

Het is eenvoudig te controleren of deze bewering waar is voor zowel actieve componenten (galvanische cellen) als passieve componenten (gloeilampen, weerstanden).

Dat wil zeggen, dit betekent dat de spanning gemeten over één weerstand (dit wordt de spanningsval genoemd) veilig kan worden opgeteld bij de spanning gemeten over de andere weerstand, en het totaal zal dezelfde 3 V zijn. En op elk van de weerstanden is het zal gelijk zijn aan de helft - dan is er 1,5 V. En terecht. Twee galvanische cellen genereren hun spanningen en twee gloeilampen verbruiken ze. Omdat in een spanningsbron de energie van chemische processen wordt omgezet in elektriciteit, die de vorm van spanning heeft aangenomen, en in gloeilampen wordt dezelfde energie omgezet van elektriciteit in warmte en licht.

Laten we teruggaan naar het eerste circuit, er een andere gloeilamp in aansluiten, maar op een andere manier.

Nu is de spanning op de punten die de twee takken verbinden hetzelfde als op de galvanische cel - 1,5 V. Maar aangezien de weerstand van beide lampen ook hetzelfde is als voorheen, zal de stroom door elk van hen 1,5 A gaan - stroom "volle gloed".

De galvanische cel voedt ze nu tegelijkertijd met stroom, daarom vloeien beide stromen er tegelijk uit. Dat wil zeggen, de totale stroom van de spanningsbron zal 1,5 A + 1,5 A = 3,0 A zijn.

Wat is het verschil tussen deze schakeling en de schakeling wanneer dezelfde gloeilampen in serie waren geschakeld? Alleen in de gloed van gloeilampen, dat wil zeggen alleen in stroom.

Toen was de stroom 0,75 A, nu is dat in één keer 3 A geworden.

Het blijkt dat, in vergelijking met het originele circuit, wanneer de lampen in serie waren geschakeld (schema 2), de weerstandsstroom groter bleek te zijn (waarom deze afnam en de lampen hun helderheid verloren), en de parallelle verbinding MINDER heeft weerstand, hoewel de weerstand van de lampen ongewijzigd bleef. Wat is hier aan de hand?

Maar feit is dat we een interessante waarheid vergeten dat elke stok twee uiteinden heeft.

Als we zeggen dat een weerstand weerstand biedt aan stroom, vergeten we eigenlijk dat hij nog steeds stroom geleidt. En nu, wanneer de gloeilampen parallel zijn aangesloten, is de totale eigenschap voor hen om stroom te geleiden toegenomen, en niet om er weerstand aan te bieden. Welnu, en dienovereenkomstig een bepaalde waarde G, naar analogie met de weerstand R en moet geleidbaarheid worden genoemd. En ze moet parallelle verbinding dirigenten samengevat.

Nou, hier is ze dan

De wet van Ohm zou er dan uitzien

I = U* G&

En in het geval van een parallelle verbinding, zal de stroom I gelijk zijn aan U * (G + G) \u003d 2 * U * G, en dat is precies wat we waarnemen.

Circuitelementen vervangen door een gemeenschappelijk equivalent element

Ingenieurs moeten vaak de stromen en spanningen in alle delen van circuits kennen. En echte elektrische circuits zijn behoorlijk complex en vertakt en kunnen veel elementen bevatten die actief elektriciteit verbruiken en op een heel andere manier met elkaar verbonden zijn. verschillende combinaties. Dit heet rekenen. elektrische circuits. Het wordt gedaan bij het ontwerpen van de energievoorziening van huizen, appartementen, organisaties. Tegelijkertijd is het erg belangrijk welke stromen en spanningen in het elektrische circuit zullen werken, al was het maar om de draadsecties te selecteren die bij hen passen, de belastingen op het hele netwerk of de onderdelen ervan, enzovoort. En hoe moeilijk zijn elektronische schakelingen, met duizenden en zelfs miljoenen elementen, ik denk dat iedereen het begrijpt.

Het allereerste dat zich voordoet, is om de kennis te gebruiken van hoe spanningsstromen zich gedragen in zulke eenvoudige netwerkverbindingen als serieel en parallel. Ze doen dit: in plaats van de seriële verbinding van twee of meer actieve consumentenapparaten (zoals onze gloeilampen) die op het netwerk worden gevonden, tekent u er een, maar zo dat de weerstand ervan dezelfde is als die van beide. Dan verandert het patroon van stromen en spanningen in de rest van de schakeling niet. Evenzo met een parallelle verbinding: teken in plaats daarvan een element waarvan de GELEIDBAARHEID hetzelfde zou zijn als beide.

Als het circuit nu opnieuw wordt getekend, waarbij de seriële en parallelle verbindingen worden vervangen door één element, krijgen we een circuit dat het "equivalente vervangingscircuit" wordt genoemd.

Deze procedure kan worden voortgezet totdat we de eenvoudigste over hebben - waarmee we de wet van Ohm aan het begin illustreerden. Alleen in plaats van een gloeilamp zal er één weerstand zijn, die de equivalente belastingsweerstand wordt genoemd.

Dit is de eerste taak. Het geeft ons de mogelijkheid om, met behulp van de wet van Ohm, de totale stroom in het hele netwerk of de totale belastingsstroom te berekenen.

Dit is de volledige berekening van het elektriciteitsnet.

Voorbeelden

Laat het circuit 9 actieve weerstanden bevatten. Het kunnen gloeilampen zijn of iets anders.

Op de ingangsklemmen staat een spanning van 60 V.

De weerstandswaarden voor alle elementen zijn als volgt:

Vind alle onbekende stromen en spanningen.

Het is noodzakelijk om het zoekpad naar parallelle en seriële secties van het netwerk te volgen, hun equivalente weerstanden te berekenen en het circuit geleidelijk te vereenvoudigen. We zien dat R 3 , R 9 en R 6 in serie geschakeld zijn. Dan is hun equivalente weerstand R e 3, 6, 9 gelijk aan hun som R e 3, 6, 9 = 1 + 4 + 1 Ohm = 6 Ohm.

Nu vervangen we het parallelle stuk van de weerstanden R 8 en R e 3, 6, 9, en krijgen we R e 8, 3, 6, 9. Pas als de geleiders parallel zijn geschakeld, zal de geleidbaarheid moeten worden opgeteld.

Geleidbaarheid wordt gemeten in eenheden die Siemens worden genoemd, omgekeerd in ohm.

Als je de breuk draait, krijgen we de weerstand R e 8, 3, 6, 9 \u003d 2 Ohm

Op precies dezelfde manier als in het eerste geval combineren we de weerstanden R 2, R e 8, 3, 6, 9 en R 5, in serie geschakeld, en krijgen we R e 2, 8, 3, 6, 9, 5 \ u003d 1 + 2 + 1 = 4 ohm.

Er zijn nog twee stappen over: verkrijg een weerstand die gelijk is aan twee weerstanden in parallelle verbinding van geleiders R 7 en R e 2, 8, 3, 6, 9, 5.

Het is gelijk aan R e 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 \u003d 1 / (1/4 + 1/4) \u003d 1 / (2/4) \u003d 4/2 \u003d 2 ohm

Bij de laatste stap sommen we alle in serie geschakelde weerstanden R 1, R e 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 en R 4 op en krijgen we een weerstand die gelijk is aan de weerstand van het hele circuit R e en gelijk aan de som van deze drie weerstanden

R e \u003d R 1 + R e 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 \u003d 1 + 2 + 1 \u003d 4 Ohm

Laten we onthouden ter ere van wie de weerstandseenheid die door ons in de laatste van deze formules is geschreven, is genoemd, en we berekenen volgens zijn wet de totale stroom in het hele circuit I

Nu, in de tegenovergestelde richting, in de richting van de toenemende complexiteit van het netwerk, is het mogelijk om, volgens de wet van Ohm, stromen en spanningen te verkrijgen in alle ketens van ons vrij eenvoudige circuit.

Dit is meestal hoe de voedingsschema's van appartementen worden berekend, die uit parallelle en seriële secties bestaan. Wat in de regel niet past in elektronica, omdat er veel dingen anders zijn geregeld en alles veel ingewikkelder is. En hier wordt bijvoorbeeld zo'n circuit, als je niet begrijpt of dit een parallelle verbinding van geleiders of in serie is, berekend volgens de wetten van Kirchhoff.

Inhoud:

De stroom van stroom in een elektrisch circuit wordt uitgevoerd door geleiders, in de richting van de bron naar de verbruikers. De meeste van deze schema's gebruiken koperdraden en elektrische ontvangers in een bepaald aantal, met verschillende weerstanden. Afhankelijk van de uitgevoerde taken, gebruiken elektrische circuits serie- en parallelschakeling van geleiders. In sommige gevallen kunnen beide soorten verbindingen worden gebruikt, dan wordt deze optie gemengd genoemd. Elk circuit heeft zijn eigen kenmerken en verschillen, dus hiermee moet van tevoren rekening worden gehouden bij het ontwerpen van circuits, het repareren en onderhouden van elektrische apparatuur.

Seriële aansluiting van geleiders

Bij elektrotechniek groot belang heeft een serie- en parallelschakeling van geleiders in een elektrisch circuit. Onder hen wordt vaak een seriële aansluiting van geleiders gebruikt, die uitgaat van dezelfde aansluiting van consumenten. In dit geval wordt de opname in het circuit achtereenvolgens uitgevoerd in volgorde van prioriteit. Dat wil zeggen, het begin van de ene consument is verbonden met het einde van een andere door middel van draden, zonder enige vertakkingen.

De eigenschappen van zo'n elektrisch circuit kunnen worden beschouwd aan de hand van het voorbeeld van circuitsecties met twee belastingen. De huidige sterkte, spanning en weerstand op elk van hen moeten respectievelijk worden aangeduid als I1, U1, R1 en I2, U2, R2. Als resultaat werden relaties verkregen die de afhankelijkheid tussen de grootheden uitdrukken op de volgende manier: ik = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. De verkregen gegevens worden op praktische wijze bevestigd door de corresponderende secties te meten met een ampèremeter en een voltmeter.

Zo heeft de serieschakeling van geleiders de volgende individuele kenmerken:

• De stroomsterkte in alle delen van het circuit zal hetzelfde zijn.
• De totale spanning van het circuit is de som van de spanningen in elke sectie.
• De totale weerstand omvat de weerstand van elke afzonderlijke geleider.

Deze verhoudingen zijn geschikt voor elk aantal in serie geschakelde geleiders. De waarde van de totale weerstand is altijd hoger dan de weerstand van een individuele geleider. Dit komt door een toename van hun totale lengte wanneer ze in serie zijn aangesloten, wat ook leidt tot een toename van de weerstand.

Als je identieke elementen in serie verbindt in de hoeveelheid n, dan krijg je R \u003d n x R1, waarbij R de totale weerstand is, R1 de weerstand van één element en n het aantal elementen. De spanning U daarentegen is verdeeld in gelijke delen, die elk n keer kleiner zijn dan de totale waarde. Als bijvoorbeeld 10 lampen van hetzelfde vermogen in serie zijn aangesloten op een netwerk met een spanning van 220 volt, dan is de spanning in elk van hen: U1 \u003d U / 10 \u003d 22 volt.

In serie geschakelde geleiders hebben een karakteristiek onderscheidend kenmerk. Als ten minste één van hen tijdens bedrijf uitvalt, stopt de stroom in het hele circuit. Meest een goed voorbeeld is wanneer een doorgebrande gloeilamp in een serieschakeling leidt tot het uitvallen van het hele systeem. Om een ​​​​doorgebrande gloeilamp vast te stellen, moet u de hele slinger controleren.

Parallelle aansluiting van geleiders

In elektrische netwerken kunnen geleiders worden aangesloten verschillende manieren: in serie, parallel en gecombineerd. Onder hen is parallelle verbinding zo'n optie wanneer de geleiders aan het begin- en eindpunt met elkaar zijn verbonden. Zo zijn het begin en het einde van de belastingen met elkaar verbonden en zijn de belastingen zelf evenwijdig aan elkaar. Een elektrisch circuit kan twee, drie of meer parallel geschakelde geleiders bevatten.

Als we serie- en parallelschakeling beschouwen, kan de stroomsterkte in het laatste geval worden onderzocht met behulp van de volgende schakeling. Er worden twee gloeilampen genomen, met dezelfde weerstand en parallel geschakeld. Voor de aansturing is elke lamp met zijn eigen lamp verbonden. Bovendien wordt een andere ampèremeter gebruikt om de totale stroom in het circuit te bewaken. Het testcircuit wordt aangevuld met een stroombron en een sleutel.

Na het sluiten van de sleutel moet u de meetwaarden controleren meetinstrumenten. De ampèremeter op lamp #1 toont de stroom I1 en op lamp #2 de stroom I2. De totale ampèremeter toont de waarde van de stroomsterkte, gelijk aan de som van de stromen van individuele, parallel geschakelde circuits: I \u003d I1 + I2. In tegenstelling tot een seriële verbinding, zal de andere normaal functioneren als een van de lampen doorbrandt. Daarom wordt in elektrische thuisnetwerken een parallelle verbinding van apparaten gebruikt.

Met hetzelfde circuit kunt u de waarde van de equivalente weerstand instellen. Hiervoor wordt een voltmeter toegevoegd aan het elektrische circuit. Hierdoor kun je in parallelschakeling de spanning meten, terwijl de stroom gelijk blijft. Er zijn ook snijpunten van de geleiders die beide lampen verbinden.

Als resultaat van metingen zal de totale spanning in parallelschakeling zijn: U = U1 = U2. Daarna kunt u de equivalente weerstand berekenen, waarbij alle elementen in dit circuit voorwaardelijk worden vervangen. Wanneer parallel aangesloten, in overeenstemming met de wet van Ohm I \u003d U / R, wordt de volgende formule verkregen: U / R \u003d U1 / R1 + U2 / R2, waarin R de equivalente weerstand is, R1 en R2 de weerstanden zijn van beide lampen is U \u003d U1 \u003d U2 de spanningswaarde die wordt weergegeven door de voltmeter.

Er moet ook rekening mee worden gehouden dat de stromen in elk circuit optellen tot de totale stroomsterkte van het hele circuit. In zijn definitieve vorm ziet de formule die de equivalente weerstand weergeeft er als volgt uit: 1/R = 1/R1 + 1/R2. Met een toename van het aantal elementen in dergelijke ketens, neemt ook het aantal termen in de formule toe. Het verschil in de belangrijkste parameters onderscheidt zich van elkaar en stroombronnen, waardoor ze in verschillende elektrische circuits kunnen worden gebruikt.

De parallelle verbinding van geleiders wordt gekenmerkt door een voldoende kleine waarde van de equivalente weerstand, dus de stroomsterkte zal relatief hoog zijn. Met deze factor moet rekening worden gehouden bij het inschakelen van de stopcontacten een groot aantal van elektrische apparaten. In dit geval neemt de stroomsterkte aanzienlijk toe, wat leidt tot oververhitting. kabel lijnen en daaropvolgende branden.

Wetten van serie en parallelschakeling van geleiders

Deze wetten, die betrekking hebben op beide soorten aansluitingen van geleiders, zijn eerder al gedeeltelijk overwogen.

Voor een beter begrip en perceptie ervan in een praktisch vlak, de serie- en parallelschakeling van geleiders, moeten de formules in een bepaalde volgorde worden beschouwd:

• Een serieschakeling gaat uit van dezelfde stroom in elke geleider: I = I1 = I2.
• parallel- en serieschakeling van geleiders legt elk op zijn eigen manier uit. Bij een seriële aansluiting zullen bijvoorbeeld de spanningen op alle geleiders aan elkaar gelijk zijn: U1 = IR1, U2 = IR2. Bovendien, wanneer in serie geschakeld, is de spanning de som van de spanningen van elke geleider: U \u003d U1 + U2 \u003d I (R1 + R2) \u003d IR.
• De totale weerstand van een circuit in serieschakeling bestaat uit de som van de weerstanden van alle individuele geleiders, ongeacht hun aantal.
• Bij een parallelle verbinding is de spanning van het hele circuit gelijk aan de spanning op elk van de geleiders: U1 \u003d U2 \u003d U.
• De totale stroomsterkte gemeten in het hele circuit is gelijk aan de som van de stromen die door alle parallel aan elkaar geschakelde geleiders vloeien: I = I1 + I2.

Om elektrische netwerken effectiever te ontwerpen, moet u de serie- en parallelschakeling van geleiders en de bijbehorende wetten goed kennen en de meest rationele praktische toepassing ervoor vinden.

Gemengde aansluiting van geleiders

In elektrische netwerken wordt in de regel een serie-, parallelle en gemengde verbinding van geleiders gebruikt, ontworpen voor specifieke bedrijfsomstandigheden. Meestal wordt echter de voorkeur gegeven aan de derde optie, een reeks combinaties bestaande uit verschillende soorten verbindingen.

In dergelijke gemengde circuits wordt actief seriële en parallelle aansluiting van geleiders gebruikt, waarvan bij het ontwerpen rekening moet worden gehouden met de voor- en nadelen elektrische netwerken. Deze verbindingen bestaan ​​niet alleen uit individuele weerstanden, maar ook uit vrij complexe secties, waaronder veel elementen.

De gemengde aansluiting wordt berekend volgens de bekende eigenschappen van serie- en parallelschakeling. De berekeningsmethode is om het schema op te splitsen in eenvoudigere componenten, die afzonderlijk worden beschouwd en vervolgens met elkaar worden opgeteld.

Inhoud:

Elektrische circuits gebruiken Verschillende types verbindingen. De belangrijkste zijn seriële, parallelle en gemengde verbindingsschema's. In het eerste geval worden verschillende weerstanden gebruikt, die achter elkaar in een enkele ketting zijn aangesloten. Dat wil zeggen, het begin van een weerstand is verbonden met het einde van de tweede en het begin van de tweede - met het einde van de derde, enzovoort, tot een willekeurig aantal weerstanden. De stroomsterkte in een serieschakeling zal op alle punten en in alle secties gelijk zijn. Om andere parameters van het elektrische circuit te bepalen en te vergelijken, moeten andere soorten verbindingen worden overwogen, die hun eigen eigenschappen en kenmerken hebben.

Serie- en parallelschakeling van weerstanden

Elke belasting heeft een weerstand die vrije doorstroming verhindert elektrische stroom. Het pad loopt van de stroombron, door de geleiders naar de belasting. Voor de normale doorgang van stroom moet de geleider een goede geleidbaarheid hebben en gemakkelijk elektronen afstaan. Deze bepaling komt verder van pas bij de vraag wat een seriële verbinding is.

De meeste elektrische circuits gebruiken koperen geleiders. Elk circuit bevat energieontvangers - belastingen met verschillende weerstanden. De aansluitparameters kunnen het beste worden overwogen aan de hand van het voorbeeld van een extern stroombroncircuit dat bestaat uit drie weerstanden R1, R2, R3. Seriële verbinding omvat de sequentiële opname van deze elementen in een gesloten circuit. Dat wil zeggen, het begin van R1 is verbonden met het einde van R2 en het begin van R2 is verbonden met het einde van R3, enzovoort. Er kan een willekeurig aantal weerstanden in zo'n keten zitten. Deze symbolen worden gebruikt in berekeningen.

In alle secties zal het hetzelfde zijn: I \u003d I1 \u003d I2 \u003d I3, en de totale weerstand van het circuit is de som van de weerstanden van alle belastingen: R \u003d R1 + R2 + R3. Het blijft alleen om te bepalen wat er zal zijn met een seriële verbinding. Volgens de wet van Ohm is spanning stroom en weerstand: U = IR. Hieruit volgt dat de spanning bij de stroombron gelijk zal zijn aan de som van de spanningen bij elke belasting, aangezien de stroom overal hetzelfde is: U = U1 + U2 + U3.

Bij een constante spanningswaarde zal de stroom in serieschakeling afhangen van de weerstand van het circuit. Daarom, wanneer de weerstand op ten minste één van de belastingen verandert, zal er een verandering in de weerstand in het hele circuit zijn. Bovendien zullen de stroom en spanning bij elke belasting veranderen. Het grootste nadeel van een seriële verbinding wordt beschouwd als de stopzetting van de werking van alle elementen van het circuit, zelfs als er maar één uitvalt.

Volledig verschillende karakteristieken van stroom, spanning en weerstand worden verkregen bij gebruik van een parallelle verbinding. In dit geval zijn het begin en het einde van de belastingen verbonden op twee gemeenschappelijke punten. Er is een soort vertakking van de stroom, wat leidt tot een afname van de totale weerstand en een toename van de algehele geleidbaarheid van het elektrische circuit.

Om deze eigenschappen weer te geven is weer de wet van Ohm nodig. In dit geval zien de huidige sterkte in parallelle verbinding en de formule er als volgt uit: I \u003d U / R. Dus, met de parallelschakeling van het n-de aantal identieke weerstanden, zal de totale weerstand van het circuit n keer kleiner zijn dan elk van hen: Rtot = R/n. Dit duidt op een omgekeerd evenredige verdeling van stromen in belastingen ten opzichte van de weerstanden van deze belastingen. Dat wil zeggen, met een toename van parallel geschakelde weerstanden, zal de stroomsterkte daarin proportioneel afnemen. In de vorm van formules worden alle karakteristieken als volgt weergegeven: stroom - I = I1 + I2 + I3, spanning - U = U1 = U2 = U3, weerstand - 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 .

Bij een constante waarde van de spanning tussen de elementen zijn de stromen in deze weerstanden niet van elkaar afhankelijk. Als een of meer weerstanden van het circuit worden uitgeschakeld, heeft dit geen invloed op de werking van andere apparaten die aan blijven. Deze factor is het belangrijkste voordeel van parallelle aansluiting van elektrische apparaten.

De circuits gebruiken meestal niet alleen serieschakeling en parallelschakeling van weerstanden, ze worden gebruikt in gecombineerde vorm bekend als . Om de kenmerken van dergelijke circuits te berekenen, worden de formules van beide opties gebruikt. Alle berekeningen zijn onderverdeeld in verschillende fasen, wanneer eerst de parameters van individuele secties worden bepaald, waarna ze worden opgeteld en een algemeen resultaat wordt verkregen.

Wetten van serie en parallelschakeling van geleiders

De hoofdwet toegepast in de berekeningen verschillende soorten verbindingen, is de wet van Ohm. De belangrijkste positie is de aanwezigheid van een stroom in het circuitgedeelte, die recht evenredig is met de spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand in dit gedeelte. In de vorm van een formule ziet deze wet er als volgt uit: I \u003d U / R. Het dient als basis voor de berekening van elektrische circuits die in serie of parallel zijn geschakeld. De volgorde van berekeningen en de afhankelijkheid van alle parameters van de wet van Ohm worden duidelijk weergegeven in de figuur. Hieruit wordt de formule voor een serieschakeling afgeleid.

Meer complexe berekeningen met andere grootheden vereisen het gebruik van . Het belangrijkste standpunt is dat verschillende in serie geschakelde stroombronnen een elektromotorische kracht (EMF) zullen hebben die de algebraïsche som vormt van de EMF van elk van hen. De totale weerstand van deze batterijen zal bestaan ​​uit de som van de weerstanden van elke batterij. Als de parallelle verbinding van het n-de aantal bronnen met gelijke EMF en interne weerstanden, dan is de totale hoeveelheid EMF gelijk aan de EMF bij een van de bronnen. De waarde van de interne weerstand is dan rv = r/n. Deze bepalingen zijn niet alleen relevant voor stroombronnen, maar ook voor geleiders, inclusief de formules voor de parallelle aansluiting van geleiders.

In het geval dat de EMF van de bronnen zal hebben andere betekenis, worden aanvullende Kirchhoff-regels toegepast om de stroomsterkte in verschillende delen van het circuit te berekenen.

Bijna iedereen die met elektra bezig was, moest het probleem van parallelle en serieschakeling van circuitelementen oplossen. Sommigen lossen de problemen van parallelle en serieschakeling van geleiders op met behulp van de "poke" -methode, voor velen is de "vuurvaste" guirlande een onverklaarbaar, maar vertrouwd axioma. Maar al deze en nog veel meer soortgelijke vragen zijn gemakkelijk op te lossen door de methode die in de zeer wordt voorgesteld vroege XIX eeuw door de Duitse natuurkundige Georg Ohm. De door hem ontdekte wetten zijn nog steeds van kracht en bijna iedereen kan ze begrijpen.

Fundamentele elektrische grootheden van het circuit

Om erachter te komen hoe een bepaalde verbinding van geleiders de kenmerken van het circuit zal beïnvloeden, is het noodzakelijk om de grootheden te bepalen die kenmerkend zijn voor elk elektrisch circuit. Dit zijn de belangrijkste:

Wederzijdse afhankelijkheid van elektrische grootheden

Nu moet je beslissen, aangezien alle bovenstaande grootheden van elkaar afhankelijk zijn. Afhankelijkheidsregels zijn eenvoudig en komen neer op twee basisformules:

• ik=U/R.
• P=I*U.

Hier is I de stroom in het circuit in ampère, U is de spanning die aan het circuit wordt geleverd in volt, R is de circuitweerstand in ohm, P is elektrische energie schakelingen in watt.

Stel dat we het eenvoudigste elektrische circuit voor ons hebben, bestaande uit een stroombron met spanning U en een geleider met weerstand R (belasting).

Aangezien het circuit gesloten is, stroomt er stroom I. Welke waarde zal het zijn? Op basis van de bovenstaande formule 1, om het te berekenen, moeten we de spanning kennen die wordt ontwikkeld door de voeding en de belastingsweerstand. Als we bijvoorbeeld een soldeerbout nemen met een spoelweerstand van 100 ohm en daar op aansluiten verlichting stopcontact met een spanning van 220 V, dan is de stroom door de soldeerbout:

220 / 100 = 2,2 A.

Wat is de kracht van deze soldeerbout? Laten we formule 2 gebruiken:

2,2 * 220 = 484W.

Het bleek een goede soldeerbout te zijn, krachtig, waarschijnlijk met twee handen. Op dezelfde manier kunt u, door deze twee formules te gebruiken en ze om te zetten, de stroom vinden door middel van vermogen en spanning, spanning door stroom en weerstand, enz. Hoeveel verbruikt bijvoorbeeld een lamp van 60W in uw bureaulamp:

60 / 220 = 0,27 A of 270 mA.

Weerstand lampspoel in bedrijfsmodus:

220 / 0,27 = 815 ohm.

Schakelingen met meerdere geleiders

Alle bovenstaande gevallen zijn eenvoudig: één bron, één lading. Maar in de praktijk kunnen er meerdere belastingen zijn en deze zijn ook op verschillende manieren aangesloten. Er zijn drie soorten lastaansluitingen:

1. Parallel.
2. Opeenvolgend.
3. Gemengd.

Parallelle aansluiting van geleiders

De kroonluchter heeft 3 lampen van elk 60 watt. Hoeveel verbruikt een kroonluchter? Dat klopt, 180 watt. We berekenen eerst snel de stroom door de kroonluchter:

180/220 = 0,818 A.

En dan haar weerstand:

220 / 0.818 = 269 ohm.

Daarvoor berekenden we de weerstand van één lamp (815 ohm) en de stroom er doorheen (270 mA). De weerstand van de kroonluchter bleek drie keer lager en de stroom drie keer hoger. En nu is het tijd om naar het schema van de driearmige lamp te kijken.

Alle lampen erin zijn parallel geschakeld en aangesloten op het netwerk. Blijkt dat bij een parallelschakeling van drie lampen de totale belastingsweerstand met een factor drie afneemt? In ons geval wel, maar het is privé - alle lampen hebben dezelfde weerstand en hetzelfde vermogen. Als elk van de belastingen zijn eigen weerstand heeft, is het niet voldoende om de totale waarde van een eenvoudige deling door het aantal belastingen te berekenen. Maar zelfs hier is er een uitweg - gebruik gewoon deze formule:

1/Rtot. = 1/R1 + 1/R2 + … 1/Rn.

Voor gebruiksgemak kan de formule eenvoudig worden getransformeerd:

Rtot. = (R1*R2*…Rn) / (R1+R2+…Rn).

Hier Rtot. - de totale weerstand van het circuit wanneer de belasting parallel is aangesloten. R1 ... Rn - weerstand van elke belasting.

Waarom de stroom toenam toen je drie lampen parallel aanzette in plaats van één, is gemakkelijk te begrijpen - omdat het afhangt van de spanning (deze bleef ongewijzigd) gedeeld door de weerstand (deze nam af). Vanzelfsprekend zal het vermogen in parallelschakeling evenredig toenemen met de toename van de stroom.

seriële verbinding

Nu is het tijd om uit te zoeken hoe de circuitparameters zullen veranderen als de geleiders (in ons geval de lampen) in serie worden geschakeld.

De berekening van de weerstand in een serieschakeling van geleiders is uiterst eenvoudig:

Rtot. = R1 + R2.

Dezelfde drie in serie geschakelde lampen van zestig watt zullen al 2445 ohm bedragen (zie berekeningen hierboven). Wat zijn de gevolgen van het verhogen van de weerstand van het circuit? Volgens formule 1 en 2 wordt het vrij duidelijk dat het vermogen en de stroomsterkte zullen dalen als de geleiders in serie worden geschakeld. Maar waarom zijn alle lichten nu gedimd? Dit is een van de meest interessante eigenschappen serieschakeling van geleiders, die zeer veel wordt gebruikt. Laten we eens kijken naar een krans van drie ons bekende, maar in serie geschakelde lampen.

De totale spanning die op het hele circuit werd toegepast, bleef 220 V. Maar het werd verdeeld over elk van de lampen in verhouding tot hun weerstand! Omdat we hetzelfde lampvermogen en dezelfde weerstand hebben, wordt de spanning gelijk verdeeld: U1 = U2 = U3 = U/3. Dat wil zeggen, elk van de lampen krijgt nu drie keer minder spanning, daarom gloeien ze zo zwak. Neem meer lampen - hun helderheid zal nog meer dalen. Hoe bereken je de spanningsval over elk van de lampen als ze allemaal verschillende weerstanden hebben? Hiervoor zijn de vier bovenstaande formules voldoende. Het berekeningsalgoritme is als volgt:

1. Meet de weerstand van elke lamp.
2. Bereken de totale weerstand van de schakeling.
3. Bereken op basis van de totale spanning en weerstand de stroom in het circuit.
4. Bereken op basis van de totale stroom en weerstand van de lampen de spanningsval over elk van hen.

Wil je je kennis consolideren? Beslissen een eenvoudige taak zonder naar het antwoord aan het einde te kijken:

Tot uw beschikking staan ​​15 miniatuurlampjes van hetzelfde type, ontworpen voor een spanning van 13,5 V. Is het mogelijk om Kerst slinger aangesloten op een gewoon stopcontact, en zo ja, hoe?

gemengde verbinding

Natuurlijk heb je gemakkelijk de parallelle en seriële aansluiting van geleiders ontdekt. Maar wat als je zoiets voor je neus hebt?

Gemengde aansluiting van geleiders

Hoe bepaal je de totale weerstand van een circuit? Om dit te doen, moet u het circuit in verschillende secties opsplitsen. De bovenstaande constructie is vrij eenvoudig en er zullen twee secties zijn - R1 en R2, R3. Eerst bereken je de totale weerstand van de parallel geschakelde elementen R2, R3 en vind je Rtot.23. Bereken vervolgens de totale weerstand van het hele circuit, bestaande uit R1 en Rtot.23 in serie geschakeld:

• Rgen.23 = (R2*R3) / (R2+R3).
• Rketting = R1 + Rgen.23.

Het probleem is opgelost, alles is heel eenvoudig. En nu is de vraag iets ingewikkelder.

Complexe gemengde weerstandsverbinding

Hoe hier te zijn? Evenzo moet je gewoon wat fantasie tonen. Weerstanden R2, R4, R5 zijn in serie geschakeld. We berekenen hun totale weerstand:

Rgen.245 = R2+R4+R5.

Nu verbinden we R3 parallel met Rtot.245:

Rtot.2345 = (R3* Rtot.245) / (R3+ Rtot.245).

Rketting \u003d R1 + Rgen.2345 + R6.

Dat is alles!

Het antwoord op het probleem met de slingers van de kerstboom

De lampen hebben een bedrijfsspanning van slechts 13,5 V en het stopcontact is 220 V, ze moeten dus in serie geschakeld worden.

Aangezien de lampen van hetzelfde type zijn, wordt de netspanning gelijkelijk over hen verdeeld en krijgt elke lamp 220/15 = 14,6 V. De lampen zijn ontworpen voor een spanning van 13,5 V, dus zo'n slinger, hoewel het zal werken , zal zeer snel doorbranden. Om het idee te realiseren heb je minimaal 220 / 13,5 = 17, en bij voorkeur 18-19 gloeilampen nodig.