שיטות לחיבור מקלטי אנרגיה חשמליים

עם שילוב בו-זמנית של מספר מקלטים חשמליים באותה רשת, ניתן להתייחס למקלטים אלה פשוט כאלמנטים של מעגל בודד, שלכל אחד מהם יש התנגדות משלו.

בחלק מהמקרים, גישה זו מתבררת כמקובלת למדי: מנורות ליבון, תנורי חימום חשמליים וכו '- יכולות להיתפס כנגדים. כלומר, ניתן להחליף את המכשירים בהתנגדותם, וקל לחשב את הפרמטרים של המעגל.

שיטת חיבור מקלטי הכוח יכולה להיות אחת מהפעולות הבאות: חיבור סדרתי, מקביל או מעורב.

חיבור סידורי

כאשר מספר מקלטים (נגדים) מחוברים במעגל סדרתי, כלומר הפלט השני של הראשון מחובר לפלט הראשון של השני, הפלט השני של השני מחובר לפלט הראשון של השלישי, הפלט השני של השלישי עם הפלט הראשון של הרביעי וכו ', כשמחברים מעגל כזה ל למקור הכוח, הזרם I באותו גודל יזרום בכל יסודות המעגל. רעיון זה מוסבר באיור.

החלפת המכשירים בהתנגדותם, אנו הופכים את הדמות למעגל, ואז ההתנגדות R1 עד R4, המחוברים בסדרה, כל אחד יתחייב במתח מסוים, אשר בסך הכל ייתן את ערך ה- EMF במסופי מקור הכוח. לשם הפשטות, להלן אנו מתארים את המקור בצורה של תא גלווני.

בביטוי נפילת המתח דרך הזרם ודרך ההתנגדות, אנו משיגים את הביטוי להתנגדות המקבילה של מעגל הסדרה של המקלטים: ההתנגדות הכוללת של חיבור הנגדים בסדרה תמיד שווה לסכום האלגברי של כל ההתנגדות המרכיבה מעגל זה. ומכיוון שניתן למצוא את המתחים בכל אחד מקטעי המעגל מחוקיו של אוהם (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2 וכו ') ו- E = U, אז עבור המעגל שלנו אנו מקבלים:

המתח בקווי אספקת החשמל שווה לסכום ירידות המתח בכל אחד מקלטים המחוברים לסדרה המרכיבים את המעגל.

מכיוון שהזרם זורם בכל המעגל באותו ערך, יהיה זה הוגן לומר כי המתחים ברסיברים (נגדים) המחוברים לסדרה קשורים ביחס להתנגדות. וככל שההתנגדות גבוהה יותר, כך המתח המופעל על המקלט גבוה יותר.

עבור חיבור סדרתי של נגדים בכמות n חלקים בעלי אותם התנגדות Rk, ההתנגדות הכוללת המקבילה של המעגל בכללותו תהיה גדולה פי n מכל אחת מההתנגדות הללו: R = n * Rk. בהתאם, המתחים המופעלים על כל אחד מנגדי המעגל יהיו שווים זה לזה, ויהיו n פחות ממתח המופעל על כל המעגל: Uk = U / n.

המאפיינים הבאים מאפיינים את חיבור הסדרה של מקלטי כוח: אם תשנה את ההתנגדות של אחד ממקלטני המעגל, אזי המתחים בקולטני המעגל האחרים ישתנו; כאשר אחד המקלטים נשבר, הזרם ייפסק במעגל כולו, בכל שאר המקלטים.

בשל תכונות אלה, חיבור סדרתי הוא נדיר ומשמש רק במקום בו מתח החשמל גבוה מהמתח המדורג של המקלטים, בהיעדר חלופות.

לדוגמא, עם מתח של 220 וולט תוכלו להפעיל שתי מנורות מחוברות בסדרה בעלות כוח שווה, שכל אחת מהן מיועדת למתח של 110 וולט. אם למנורות אלה באותו מתח אספקה ​​מדורג יש כוח מדורג אחר, אחת מהן תעבור עומס יתר על המידה וסביר להניח שהיא תישרף מייד.

חיבור מקביל

חיבור מקביל של המקלטים כרוך בהכללת כל אחד מהם בין זוג נקודות במעגל החשמלי כך שהם יוצרים ענפים מקבילים, שכל אחד מהם מופעל על ידי מתח המקור. לשם הבהרה, נחליף שוב את המקלטים בהתנגדותם החשמלית על מנת לקבל מעגל שלפיו נוח לחשב את הפרמטרים.

כאמור, במקרה של חיבור מקביל, כל אחד מהנגדים חווה את אותו מתח. ובהתאם לחוק של אוהם, יש לנו: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

הנה אני המקור הנוכחי. החוק Kirchhoff הראשון למעגל זה מאפשר לנו לכתוב את הביטוי לזרם בחלקו הלא מסועף: I = I1 + I2 + I3.

מכאן שניתן למצוא את ההתנגדות הכוללת לחיבור מקביל של רכיבי מעגל זה לזה מהנוסחה:

הדדיות של ההתנגדות נקראת המוליכות G, וניתן לכתוב גם את הנוסחה למוליכות המעגל, המורכבת מכמה אלמנטים המחוברים במקביל: G = G1 + G2 + G3. המוליכות של המעגל במקרה של חיבור מקביל של הנגדים היוצרים אותו שווה לסכום האלגברי של המוליכות של נגדים אלה. לכן כאשר מוסיפים מקלטים (נגדים) מקבילים למעגל, ההתנגדות הכוללת של המעגל תפחת, והמוליכות הכוללת תגדל בהתאם.

הזרמים במעגל המורכבים מקלטים מחוברים במקביל מופצים ביניהם ביחס ישיר למוליכות שלהם, כלומר ביחס הפוך להתנגדותם. כאן אנו יכולים לתת אנלוגיה מהידראוליקה, שם זרימת המים מופצת דרך הצינורות בהתאם לחתכים שלהם, ואז קטע גדול יותר דומה להתנגדות נמוכה יותר, כלומר מוליכות גדולה יותר.

אם המעגל מורכב מכמה (n) נגדים זהים המחוברים במקביל, אז ההתנגדות הכוללת של המעגל תהיה נמוכה פי פעמים מההתנגדות של אחד הנגדים, והזרם דרך כל אחד מהנגדים יהיה n פי פחות מהזרם הכולל: R = R1 / n; I1 = I / n.

מעגל המורכב מקלטים מחוברים במקביל המחוברים למקור כוח מאופיין בכך שכל אחד מהמקלטים מופעל על ידי מקור הכוח.

לגבי מקור חשמל אידיאלי, ההצהרה נכונה: כאשר חיבור או ניתוק נגדים במקביל למקור, הזרמים בנגדים המחוברים הנותרים לא ישתנו, כלומר אם מקלט אחד או יותר של המעגל המקביל ייכשלו, השאר ימשיכו לעבוד באותו מצב.

בשל תכונות אלה, לחיבור מקביל יש יתרון משמעותי על פני אחד מסדרתיים, ומסיבה זו מדובר בחיבור מקביל הנפוץ ביותר ברשתות החשמל. לדוגמה, כל מוצרי החשמל בבתים שלנו מיועדים להיות מחוברים לרשת ביתית במקביל, ואם תנתק מכשיר כזה, זה לא יפגע בשאר.

השוואה בין מעגלים טוריים ומקבילים

מעגל סדרה

מעגל מקביל

1. הזרם זהה בכל רכיבי המעגל.

1. המתח זהה על מהדקי הענף.

2. ירידת המתח על פני המסופים של כל התנגדות שווהIR

2. זרם בכל סניף שווה ל U / R.

3. המתח המופעל על המעגל שווה לסכום ירידות המתח.

3. הזרם במעגל הכולל שווה לסכום זרמי הענף.

4. פתוח בנקודה מסוימת במעגל גורם לזרם להפסיק לזרום ברחבי המעגל.

4. שבר בענף אחד אינו מונע מעבר זרם בשאר סניפים.

מתחם מעורב

חיבור מעורב של מקלטים מובן כמשמעותו חיבור כזה כאשר חלק או חלק מהם מחוברים בסדרה, וחלק אחר או כמה במקביל. יתר על כן, השרשרת כולה יכולה להיווצר מתרכובות שונות של חלקים כאלה ביניהם. לדוגמה, שקול את התוכנית:

שלושה נגדים המחוברים בסדרות מחוברים למקור כוח, שניים נוספים מחוברים במקביל לאחד מהם והשלישי מחובר במקביל למעגל כולו.כדי למצוא את עכבת המעגל הם עוברים טרנספורמציות עוקבות: מעגל מורכב מוביל ברצף לצורה פשוטה, ומחושב ברצף את ההתנגדות של כל קישור, וכך מוצאים את ההתנגדות המקבילה הכוללת.

לדוגמא שלנו. ראשית, נמצא את ההתנגדות הכוללת של שני הנגדים R4 ו- R5 המחוברים בסדרה, ואז מתנגדת ההתנגדות של החיבור המקביל שלהם עם R2, ואז הם מתווספים לערך המתקבל של R1 ו- R3 ואז מחושב ערך ההתנגדות של המעגל כולו, כולל הענף המקביל R6.

שיטות שונות לחיבור מקלטי כוח משמשות בפועל למטרות שונות על מנת לפתור משימות ספציפיות. לדוגמא, ניתן למצוא תרכובת מעורבת במעגלי טעינה רכים. קבלים אלקטרוליטיים באספקת חשמל עוצמתית, שם העומס (קבלים לאחר גשר הדיודה) מקבל תחילה כוח בסדרה דרך הנגד, ואז הנגד מגשר על ידי אנשי הקשר הממסר, והעומס מחובר לגשר הדיודה במקביל.