Metodi per il collegamento di ricevitori di energia elettrica

Con l'inclusione simultanea di più ricevitori di potenza nella stessa rete, questi ricevitori possono essere facilmente considerati semplicemente come elementi di un singolo circuito, ognuno dei quali ha una propria resistenza.

In alcuni casi, questo approccio risulta abbastanza accettabile: lampade a incandescenza, riscaldatori elettrici, ecc. - possono essere percepiti come resistori. Cioè, i dispositivi possono essere sostituiti dalla loro resistenza ed è facile calcolare i parametri del circuito.

Il metodo di collegamento dei ricevitori di potenza può essere uno dei seguenti: connessione seriale, parallela o mista.

Connessione seriale

Quando più ricevitori (resistori) sono collegati in un circuito seriale, ovvero la seconda uscita della prima è collegata alla prima uscita della seconda, la seconda uscita della seconda è collegata alla prima uscita della terza, la seconda uscita della terza con la prima uscita della quarta, ecc., Quando si collega un tale circuito a alla fonte di alimentazione, la corrente I della stessa grandezza fluirà attraverso tutti gli elementi del circuito. Questa idea è spiegata nella figura.

Sostituendo i dispositivi con le loro resistenze, trasformiamo la figura in un circuito, quindi le resistenze da R1 a R4, collegate in serie, assumeranno ciascuna delle tensioni, che in totale daranno il valore EMF ai terminali della fonte di alimentazione. Per semplicità, di seguito rappresenteremo la fonte sotto forma di una cella galvanica.

Esprimendo la caduta di tensione attraverso la corrente e attraverso la resistenza, otteniamo l'espressione per la resistenza equivalente del circuito in serie dei ricevitori: la resistenza totale del collegamento in serie dei resistori è sempre uguale alla somma algebrica di tutte le resistenze che compongono questo circuito. E poiché le tensioni in ciascuna delle sezioni del circuito possono essere trovate dalla legge di Ohm (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2, ecc.) Ed E = U, quindi per il nostro circuito otteniamo:

La tensione ai terminali dell'alimentatore è uguale alla somma delle cadute di tensione su ciascuno dei ricevitori collegati in serie che compongono il circuito.

Poiché la corrente scorre attraverso l'intero circuito dello stesso valore, sarà corretto affermare che le tensioni sui ricevitori collegati in serie (resistori) sono correlate in proporzione alle resistenze. E maggiore è la resistenza, maggiore è la tensione applicata al ricevitore.

Per una connessione in serie di resistori nella quantità di n pezzi aventi le stesse resistenze Rk, la resistenza totale equivalente del circuito nel suo insieme sarà n volte maggiore di ciascuna di queste resistenze: R = n * Rk. Di conseguenza, le tensioni applicate a ciascuno dei resistori di circuito saranno uguali tra loro e saranno n volte inferiori alla tensione applicata all'intero circuito: Uk = U / n.

Le seguenti proprietà sono caratteristiche per il collegamento in serie dei ricevitori di potenza: se si modifica la resistenza di uno dei ricevitori di circuito, le tensioni sugli altri ricevitori di circuito cambieranno; quando uno dei ricevitori si rompe, la corrente si interromperà in tutto il circuito, in tutti gli altri ricevitori.

A causa di queste caratteristiche, la connessione seriale è rara e viene utilizzata solo dove la tensione di rete è superiore alla tensione nominale dei ricevitori, in assenza di alternative.

Ad esempio, con una tensione di 220 volt, è possibile alimentare due lampade collegate in serie di uguale potenza, ognuna delle quali è progettata per una tensione di 110 volt. Se queste lampade alla stessa tensione di alimentazione nominale hanno una potenza nominale diversa, una di esse verrà sovraccaricata e molto probabilmente si brucerà all'istante.

Connessione parallela

Una connessione parallela dei ricevitori comporta l'inclusione di ciascuno di essi tra una coppia di punti del circuito elettrico in modo da formare rami paralleli, ciascuno dei quali è alimentato dalla tensione della sorgente. Per chiarezza, sostituiremo nuovamente i ricevitori con le loro resistenze elettriche al fine di ottenere un circuito in base al quale è conveniente calcolare i parametri.

Come già accennato, nel caso di una connessione parallela, ciascuna resistenza presenta la stessa tensione. E in conformità con la legge di Ohm, abbiamo: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Qui sono la fonte di corrente. La prima legge di Kirchhoff per questo circuito ci permette di scrivere l'espressione per la corrente nella sua parte non ramificata: I = I1 + I2 + I3.

Pertanto, dalla formula si trova la resistenza totale per il collegamento parallelo di elementi circuitali tra loro:

Il reciproco della resistenza è chiamato conducibilità G, e la formula per la conducibilità del circuito, costituita da diversi elementi collegati in parallelo, può anche essere scritta: G = G1 + G2 + G3. La conduttività del circuito nel caso di connessione parallela dei resistori che lo formano è uguale alla somma algebrica delle conduttività di questi resistori. Pertanto, quando ricevitori paralleli (resistori) vengono aggiunti al circuito, la resistenza totale del circuito diminuirà e la conduttività totale aumenterà di conseguenza.

Le correnti nel circuito costituite da ricevitori collegati in parallelo sono distribuite tra loro in proporzione diretta alle loro conduttività, cioè inversamente proporzionali alle loro resistenze. Qui possiamo dare un'analogia dall'idraulica, in cui il flusso d'acqua è distribuito attraverso i tubi secondo le loro sezioni, quindi una sezione più grande è simile a una resistenza inferiore, cioè una maggiore conduttività.

Se il circuito è costituito da più (n) resistori identici collegati in parallelo, la resistenza totale del circuito sarà n volte inferiore alla resistenza di uno dei resistori e la corrente attraverso ciascuno dei resistori sarà n volte inferiore alla corrente totale: R = R1 / n; I1 = I / n.

Un circuito costituito da ricevitori collegati in parallelo collegati a una fonte di alimentazione è caratterizzato dal fatto che ciascuno dei ricevitori è alimentato dalla fonte di alimentazione.

Per una fonte ideale di elettricità, l'affermazione è vera: quando si collegano o si disconnettono resistori in parallelo alla sorgente, le correnti nei restanti resistori collegati non cambieranno, cioè se uno o più ricevitori del circuito parallelo falliscono, il resto continuerà a funzionare nella stessa modalità.

Grazie a queste caratteristiche, una connessione parallela ha un vantaggio significativo rispetto a una seriale e per questo motivo è una connessione parallela più comune nelle reti elettriche. Ad esempio, tutti gli apparecchi elettrici nelle nostre case sono progettati per essere collegati in parallelo a una rete domestica e, se lo scolleghi, non danneggerà il resto.

Confronto di circuiti seriali e paralleli

Circuito di serie

Circuito parallelo

1. La corrente è la stessa in tutti gli elementi del circuito.

1. La tensione è la stessa sui morsetti di derivazione.

2. La caduta di tensione attraverso i terminali di ciascuna resistenza è ugualeIR.

2. Corrente in ciascun ramo è uguale a U / R.

3. La tensione applicata al circuito è uguale alla somma delle cadute di tensione.

3. La corrente nel circuito complessivo è uguale alla somma delle correnti di diramazione.

4. Un'apertura in un punto del circuito provoca l'arresto della corrente nell'intero circuito.

4. Un'interruzione in un ramo non impedisce il passaggio corrente nel resto rami.

Composto misto

Una connessione mista di ricevitori è intesa come tale connessione quando una parte o più di esse sono collegate in serie e un'altra parte o più in parallelo. Inoltre, l'intera catena può essere formata da diversi composti di tali parti tra loro. Ad esempio, considera lo schema:

Tre resistori collegati in serie sono collegati a una fonte di alimentazione, altri due sono collegati in parallelo a uno di essi e il terzo è collegato in parallelo all'intero circuito.Per trovare l'impedenza del circuito, passano attraverso trasformazioni successive: un circuito complesso viene portato sequenzialmente in una forma semplice, calcolando in sequenza la resistenza di ciascun collegamento, e quindi trova la resistenza equivalente totale.

Per il nostro esempio Innanzitutto viene trovata la resistenza totale dei due resistori R4 e R5 collegati in serie, quindi viene calcolata la resistenza della loro connessione parallela con R2, quindi vengono aggiunti al valore ottenuto di R1 e R3, quindi viene calcolato il valore di resistenza dell'intero circuito, incluso il ramo parallelo R6.

Vari metodi di collegamento dei ricevitori di potenza sono utilizzati in pratica per vari scopi al fine di risolvere compiti specifici. Ad esempio, un composto misto può essere trovato nei circuiti di carica dolce. condensatori elettrolitici in potenti alimentatori, in cui il carico (condensatori dopo il ponte a diodi) riceve prima l'alimentazione in serie attraverso il resistore, quindi il resistore è collegato dai contatti del relè e il carico è collegato al ponte a diodi in parallelo.