Меню

Способы соединения потребителей электрического тока



Соединение потребителей электрической энергии

Потребители электрической энергии могут соединяться между собой последовательно, параллельно и смешанно.

Последовательное соединение образуют резисторы, к концу первого из которых присоединено начало второго, к концу второго – начало третьего и т.д. (рис.9).

При таком способе соединения через все резисторы вместе и каждое в отдельности проходит один и тот же ток:

Общее сопротивление последовательно соединенных резисторов равно их сумме:

Падение напряжения на первом резисторе U1 = I·R1, на втором U2 = I·R2, на третьем U3 = I·R3, на некотором n-ом резисторе Un = I·Rn.Сумма падений напряжения на последовательно соединенных резисторах равно напряжению на зажимах источника

По закону Ома сила т ока в цепи

где U – напряжение на зажимах источника тока, В;

R – общее сопротивление цепи, Ом;

Параллельное соединениесоставляют резисторы, начала которых сведены в одну точку, а концы – в другую. (рис.10).Параллельно соединенные резисторы образуют ветви (разветвления). Ток в общей точке распределяется по отдельным ветвям. Через меньший резистор течет больший ток, а через больший – меньший, т.е. токи по ветвям распределяются обратно пропорционально величине сопротивлений (по закону Ома). С увеличением числа ветвей результирующее значение сопротивления уменьшается.

При параллельном соединении потребителей напряжение на них равны между собой:

Сила тока в каждой их ветвей

Из приведенных выражений следует, что или в общем виде

То есть токи в ветвях распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям.

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов в параллельных ветвях

Учитывая последние соотношения и равенства, получим формулу для расчета общего (эквивалентного) сопротивления при параллельном соединении потребителей:

где R – общее сопротивление разветвления;

— общая проводимость разветвления;

— проводимости отдельных ветвей.

При параллельном соединении общая проводимость разветвления равна сумме проводимостей ветвей

Если известна общая проводимость разветвления, то общее эквивалентное сопротивление

. (44)

Смешанное сопротивление образуется, если резисторы в цепи соединены последовательно, а другие параллельно (рис.11).

При расчете цепей со смешанным соединением приемников пользуются правилами и соотношениями, ранее полученными для последовательного и параллельного соединения. Цепь разбивают на отдельные участки, состоящие из последовательно и параллельно соединенных потребителей, и определяют эквивалентные сопротивления для каждого из участков, а затем и для всей цепи.

Законы Кирхгофа

Для расчета сложных электрических цепей применяют различные методы, которые основаны на двух законах (правилах) Кирхгофа.

При формулировке законов Кирхгофа пользуются понятиями «узел», «ветвь» и «контур» электрической цепи.

Узлом электрической цепи называется точка, в которой соединяются три или большее число проводов или ветвей;

Ветвью называется отдельный участок цепи, расположенный между двумя узлами.

Контуром называют любую замкнутую группу последовательно соединенных между собой ветвей.

Первый закон Кирхгофа. Сумма токов, приходящих к узлу цепи, равна сумме токов , уходящих от этого узла (рис.12). Например, на рис.12 к узлу А приходят токи I1 и I2, а уходят токи I4 и I3., значит,

Источник

Способы соединения источника и потребителей тока

Закон Ленца-Джоуля

Проводник, по которому протекает ток, нагревается. Количество
выделяемого при этом тепла определяется законом Ленца-Джоуля.

Количество тепла, выделяемое в проводнике при прохождении по нему электрического тока, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого этот ток протекает.

Q = 0,24I 2 R t,

где Q — количество выделяемого тепла;

I — сила тока в амперах;

t — время в секундах

0,24— тепловой эквивалент, Ватт-секунда = 0,24 калорий.

Тепловое действие тока используется в нагревательных приборах, в аппаратах защиты (предохранители).

Потребители и источники электроэнергии могут быть соединены друг с другом последовательноили параллельно.Если в цепи часть элементов соединена последовательно, а часть параллельно, то такое соединение носит название смешанного.

При последовательном соединениипотребителей общий ток в цепи везде одинаковый

Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках

Читайте также:  Где применяют ток в электролитах

Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков

Последовательное соединение Параллельное соединение

источников и приемников тока источников и приемников тока

При параллельном соединенииобщий ток в цепи равен сумме токов, протекающих в отдельных ветвях

Iоб = I1 +I2 +I3 + п

Общее напряжение на всех участках одинаково. Если в цепь включено параллельно два сопротивления R1 и R2, причем R1≠R2, то общее сопротивление

Если сопротивления одинаковые, т.е. R1 = R2 = R3 = Rn. то общее сопротивление Rоб = R1/n,

где n— их количество.

Если сопротивлений три и более, то общее сопротивление цепи легко подсчитать через проводимость, а результат перевернуть

Подсчитать величину тока в цепи, если известно напряжение общее и величины сопротивлений имеющие смешанное соединение.

При прохождении электрического тока через проводник вокруг него создается магнитное поле. Магнитные силовые линии располагаются в плоскости, перпендикулярной проводнику и имеют форму концентрических окружностей. Направление магнитных силовых линий этого поля легко

определить по «правилу буравчика».

Если буравчик ввинчивать по направлению тока, то рукоятка будет вращаться по направлению силовых линий.

Если изогнуть проводник и сделать несколько витков, то получим катушку (соленоид). Вокруг катушки образуется магнитное поле.

Магнитное поле катушки зависит от числа витков и величины тока, протекающего по катушке. Полярность катушки легко определить по правилу правой руки

Если наложить правую руку на катушку так, чтобы четыре пальца указывали направление тока по виткам катушки, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс. Силовые линии магнитного поля выходят из северного полюса и заходят в южный.

Если внутрь катушки поместить металлический стержень, то получим электромагнит.

При подаче тока на катушку сердечник намагничивается. При снятии напряжения с катушки размагничивается. Можно использовать для включения и выключения аппарата Сердечник помещенный в катушку усиливает магнитное поле катушки.

Чем больше количество витков в катушке, тем сильнее ее магнитное поле.

Чем больше величина тока, протекающего по катушке, тем сильнее магнитное поле катушки.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Способы соединения потребителей электроэнергии.

Последовательное соединение

При последовательном соединении во всей цепи (и в источнике в том числе) ток одинаковый:

Iобщ = I1 = I2 = I3 = Iист;

Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого потребителя:

Общее напряжение складывается из падений напряжений на каждом потребителе:

Ø При подключении потребителей последовательно общее сопротивление цепи увеличится, а общий ток уменьшится (Iобщ = Uобщ/Rобщ);

Ø При последовательном соединении, наибольшее падение напряжения и выделение тепловой энергии будет на потребителе наименьшей мощности, т.е. с наибольшем сопротивлением.

Прим. Так как подключение или отключение потребителей при последовательном соединении будет влиять на работу остальных потребителей, такое соединение применяется редко (гирлянда, тяговые двигатели на некоторых локомотивах) – для уменьшения напряжения на каждом потребителе.

Параллельное соединение

При параллельном соединении каждый потребитель подключается на одинаковое напряжение (часто говорят, что напряжение подается на потребитель):

Uобщ = U1 = U2 = U3;

Общий ток в цепи складывается из токов через каждый потребитель:

Iобщ= I1 + I2 + I3; (по 1-му закону Кирхгофа)

В такой схеме складываются не сопротивления потребителей, а их проводимости:

Ø общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет всегда меньше самого наименьшего сопротивления любой из ветви;

Ø при увеличении числа потребителей включенных параллельно, общее сопротивление цепи уменьшается, а общий потребляемый ток увеличивается(увеличивается нагрузка цепи);

Ø больший ток пойдет по цепи с меньшим сопротивлением;

Ø если при параллельном соединении сопротивление потребителей одинаково, то общее сопротивление Rобщ можно определять по формуле:

R — сопротивление одного потребителя

Rобщ= —-

N — количество потребителей

3. Смешанное соединение (мостовая схема)

Частным случаем смешанного соединения является мостовая схема.

Мостовая схема имеет четыре плеча A – C – B – D, каждое плечо моста включает в себя потребитель (на данной схеме – резисторы, но могут быть электродвигатели). Так же мост имеет две диагонали

Читайте также:  Подача тока может прекратиться

А – С — питающая диагональ

В – D — измерительная диагональ.

При одинаковых параметрах потребителей (R1 = R2 = R3 =R4или, в схеме с двигателями – если они работают в одном режиме)падение напряжений на плечах моста будет равным, и потенциалы точек ВиD будут равны (φв = φD ). Тогда напряжение на гальванометре равно нулю, т.е. ток через измерительную диагональ не идет. Такой мост называется уравновешенным.

Равновесие моста имеет место не только при равенстве параметров всех потребителей, но и при условии R1 /R4= R2 /R3.При изменении сопротивления любого плеча (один из двигателей выходит из общего режима работы) равновесие моста нарушается, на измерительной диагонали появляется напряжение и ток. Поэтому такая схема используется, в частности, для срабатывания реле боксования в электровозах, тепловозах, секциях электропоездов.

Источник

Параллельное и последовательное соединение проводников в электрической цепи

При монтаже электрических цепей в электротехнике применяют последовательное и параллельное соединение проводников. От выбранного способа соединения источников и потребителей в значительной мере зависят рабочие параметры подключенного оборудования. Поэтому особенности обоих методов построения схемы обязательно должны учитываться при проектировании электроцепей.

Параллельное и последовательное подключение проводов в электроцепи: обложка

Что такое параллельное соединение проводников

При данном способе в составе схемы в крайних точках соединяются начала и концы всех нагрузок, подключенных к источнику электротока. Сами же нагрузки размещаются параллельно по отношению друг к другу. Количество подключенных по такой схеме компонентов не ограничивается. Схема используется во многих сферах, позволяя решать разные задачи компоновки сетей. Например, часто задействуют параллельное соединение аккумуляторов.

Включение параллельной цепи

При контрольном измерении значения вольтажа электроприборов вольтметр будет показывать одинаковые величины. Это означает, что электронапряжение на каждой нагрузке будет равняться общей величине вольтажа, действующего в электрической цепи.

Схема и формулы параллельного соединения приборов

Особенностью схемы параллельного соединения можно назвать разветвление цепи. В месте разветвления происходит деление заряда с направлением его частей по отдельной линии к соответствующему проводнику. Поэтому общая величина тока будет равна суммарному значению токов на каждой из включенных нагрузок.

Совокупное электрическое сопротивление всей электроцепи имеет меньшее абсолютное значение, по сравнению с каждым из приборов.

Что такое последовательное соединение проводников

Суть этого способа заключается в том, что компоненты цепи подключаются друг к другу поочередно. Первый проводник одним проводом подключается к источнику питания. Второй его провод соединяется со вторым проводником, от которого идет конец на третий проводник и т.д., пока цепь не будет замкнута. Классическим примером последовательной электроцепи можно назвать подключение лампочек в гирлянде.

Выключенное последовательное соединение

Ток проходит по цепи приборов, состоящей из резисторов, ламп или других нагрузок, протекая через каждый включенный в электроцепь прибор. В собранной таким способом цепи отсутствует эффект деления и накопления заряда на разных ее участках. Соответственно, физическая величина ампеража будет на всех участках одинаковой.

Схема последовательного соединения

Совокупное электросопротивление всех последовательно соединенных нагрузок, приборов и устройств любого типа равняется сумме их индивидуальных сопротивлений. Таким образом, его значение прямо зависит от количества подключенных приборов и их параметров.

Аналогично рассчитывается и совокупный вольтаж. Он равняется сумме напряжений, действующих на каждом отдельном электроприборе.

Разница между последовательным и параллельным соединением, преимущества и недостатки

Принципиальные отличия между последовательным и параллельным соединение проводников по ключевым электротехническим параметрам приведены в таблице:

Параметр/тип соединения Последовательное Параллельное
Электросопротивление Равняется сумме электросопротивлений всех электропотребителей. Меньше значения электросопротивления каждого отдельного из подключенных электроприборов.
Напряжение Равняется совокупному вольтажу всех электропотребителей. Одинаковая величина на всех участках электроцепи.
Сила тока Одинаковая величина на всех участках электроцепи. Равняется совокупному значению токов на каждом из приборов.

Сравнение свечения ламп при разном соединении

Плюсы и минусы последовательного соединения

Основными преимуществам электроцепей из последовательно соединенных приборов являются их следующие особенности:

  • простота проектирования и построения схемы;
  • низкая стоимость комплектации;
  • возможность подключения приборов, рассчитанных на меньшее рабочее напряжение, по сравнению с номинальным напряжением сети;
  • выполнение функции регулирования тока – обеспечивает равномерные нагрузки на все приборы.
Читайте также:  Индукционное реле тока обозначение

Аккумуляторы соединенные последовательно

Однако у этого способа компоновки электросхемы есть и серьезные недостатки. Главным из них является ненадежность цепи из последовательно соединенных проводников. При выходе из строя любого из подключенных приборов, происходит отключение всей цепи.

Лампочки соединенные в цепь. Одна перегорела

Кроме того, минусом является снижение напряжения при увеличении количества подключенных потребителей. Примером может служить последовательное соединение нескольких ламп. Чем больше осветительных приборов подключено таким способом к источнику электропитания, тем менее яркий свет они будут давать.

Плюсы и минусы параллельного соединения

При использовании параллельного соединения проводников обеспечиваются такой набор преимуществ:

  • стабильность напряжения на электроприборах, вне зависимости от их числа;
  • возможность включения или отключения отдельных участков в нужный момент без нарушения работы всей электроцепи;
  • надежность – при выходе одного или нескольких компонентов из строя сама электроцепь продолжает сохранять работоспособность.

Аккумуляторы подключенные параллельно

Недостатком является более сложный расчет и сложная схема, использование которой повышает стоимость комплектации электросети.

Закон Ома для участка цепи

Одним из ключевых электротехнических законов можно назвать закон Ома для участка цепи. Именно этим законом объясняются отличия, которые существуют для параллельного и последовательного соединения проводников.

Формулируется он таким образом:

Записывается он следующей формулой:

I = U/R, где

I – сила тока, (А);

U – вольтаж, (В);

R – электросопротивление, (Ом).

Закон Ома. Человечки толкают, сопротивление сжимает

Смешанное соединение проводников в электрической цепи

На практике сборку электроцепей, как правило, проводят таким метод, который предусматривает смешанное соединение проводников. Это комбинированное решение, которое сочетает оба способа. Обычно для монтажа основной сети используют параллель, а отдельные потребители при необходимости объединяют в последовательную сеть.

Смешанное соединение, резисторы и формулы расчета

При расчете и сборке смешанных соединений сопротивлений обязательно должны учитываться особенности, преимущества и недостатки обоих методов подключения. В ходе проектирования, схему целесообразно разбить на отдельные части и выполнить расчет в по физическим законам, которые справедливы для последовательного и параллельного соединения. После этого, составные части объединяют в единую схему.

Как соединить вольтметр и амперметр в цепь

К числу основных электротехнических параметров относятся сила тока и вольтаж. Для контроля этих величин используют приборы – амперметры и вольтметры. Требования по подключению этих приборов в цепь определяются, исходя из законов, которые действуют для последовательного и параллельного соединения.

Схема подключенного вольтметра и амперметра

Для измерения величины тока производится включение амперметра в цепь строго последовательно с рабочей нагрузкой. Важно, чтобы сопротивление самого прибора было минимальным, чтобы не допустить его влияние на работу электрооборудования. Если амперметр подключить параллельно, это приведет к выходу амперметра из строя.

Для измерения напряжения вольтметр в цепь подключается строго параллельно источнику или приемнику тока. Сам измерительный прибор должен иметь довольно высокое собственное сопротивление. Это требуется, чтобы при измерении можно было пренебречь величиной тока, который отбирается через вольтметр.

Применение параллельного и последовательного соединения в электротехнике

Параллельное соединение активно применяется для монтажа проводки и цепей в различных видах электрического оборудования и приборов. Оно дает возможность подключить электрические устройства к электросети независимо друг от друга.

Подключенные электроприборы и лампочки в квартире по разной схеме подключения

Последовательное соединение используют, когда нужно обеспечить включение и отключение определенных приборов. Именно по этой схеме подсоединяются выключатели и тумблеры. Также схема хорошо подходит в тех случаях, когда необходимо сформировать электроцепь из потребителей с малым значением номинального напряжения.

Простая схема подключения с тумблером

При параллельном соединении конденсаторов совокупная емкость равняется сумме емкостей каждого полупроводника. В случае применения последовательного соединения конденсаторов, результирующая емкость уменьшается вдвое. Это свойство также используется при формировании электроцепей.

Последовательное соединение проводников: видео

Параллельное соединение проводников: видео

Способы соединения резисторов, решение задачи смешанного соединения проводников: видео

Источник