V sérii nebo paralelně? Porovnání sériových a paralelních obvodů: článek na blogu THERMOELEMENT

Existují tři hlavní typy elektrických obvodů: sériové, paralelní a kombinované. Pochopení těchto konfigurací obvodů vám pomůže při analýze obvodu a pomocí několika základních pravidel můžete snadno vypočítat proud a napětí každé součásti. Pojďme se tedy v tomto článku blíže podívat na základy sériových a paralelních obvodů, porovnat sériové versus paralelní a uvést některé aplikace sériových a paralelních obvodů. Na závěr zvážíme vlastnosti připojení elektrických ohřívačů v sérii nebo paralelně.

• Co je sériový obvod?
  • Dělič napětí
  • Aplikace sériového obvodu
  • Obvod děliče proudu
  • Aplikace paralelního obvodu

  Co je sériový obvod?

  Jednoduchý DC obvod sestává z uzavřené cesty, kterou protéká stejnosměrný proud. Nejjednodušším zdrojem stejnosměrného proudu je baterie a pokud na svorky baterie připojíme malou svítilnu, získáme jednoduchý stejnosměrný obvod. Praktické obvody se ale skládají z více součástek než jedna lampa.

  Pokud se obvod skládá z více než jedné součástky a jsou-li všechny spojeny svými konci tak, že jimi protéká stejný proud, pak se takový obvod nazývá sériový obvod.

  Vezmeme-li jako příklad jednoduchou elektrickou součástku, jako je rezistor, následující obvod ukazuje tři rezistory zapojené do série se zdrojem napětí. V sériovém obvodu může proud protékat pouze jedním způsobem.

  

  Protože proud ve všech rezistorech je stejný, můžeme snadno vypočítat napětí na jednotlivých rezistorech pomocí Ohmova zákona.

  Pokud je V napájecí napětí, I je proud v obvodu, R ₁ , R ₂ , R ₃ – odpor a V _R1 , V _R2 a V _R3 – napětí na odpovídajících rezistorech, pak použitím Ohmova zákona dostaneme .

  Jestliže R je celkový odpor obvodu, pak V = IR a proto

  Celkový odpor obvodu sériového rezistoru je tedy roven součtu odporů jednotlivých prvků.

  Dělič napětí

  Z výše uvedeného vysvětlení sériového obvodu jste si mohli všimnout zajímavého bodu o napětích na jednotlivých rezistorech. Zjednodušme tuto diskuzi tím, že se podíváme na pouhé dva odpory v sérii.

  

  Zde V je napájecí napětí, R ₁ a R. ₂ jsou rezistory a V _{R 1} a V _{R 2} – napětí na rezistorech R ₁ a R. ₂ resp.

  Ohmův zákon

  Pokud spočítáme napětí na R ₂ , pak dostaneme

  Napětí na rezistoru R ₂ je součástí vstupního napětí. Toto je známé jako obvod děliče napětí nebo obvod děliče potenciálu.

  Kirchhoffův zákon napětí

  Z předchozího třírezistorového sériového zapojení jsme zjistili, že napětí zdroje se rovná součtu napětí na jednotlivých rezistorech.

  Transformací této rovnice získáme Kirchhoffův zákon napětí.

  Podle Kirchhoffova zákona o napětí je algebraický součet napětí v uzavřené smyčce nulový.

  Aplikace sériového obvodu

  Jedním z nejznámějších příkladů použití sériového obvodu jsou naše slavnostní novoroční girlandy. Během Nového roku a dalších svátků zdobíme naše domovy barevnými světly, které se skládají z několika žárovek zapojených do série.

  

  Hlavním problémem svátečních světel je to, že i když jedna žárovka shoří, přeruší tok proudu a celý řetězec se nerozsvítí. Mnoho lidí má proto celé balíčky nefunkčních girland, kterým na každé žárovce jakoby najedete tester a problém vyřešíte pouhým kroucením drátů, ale každý se k tomu nedostane a je jednodušší si koupit nový.

  Co je paralelní obvod?

  V sériovém obvodu existuje pouze jedna cesta pro tok proudu. Při přechodu na paralelní obvod bude existovat více než jedna cesta pro tok proudu. Vezmeme-li znovu tři odpory, následující obrázky ukazují různé konfigurace několika paralelně zapojených prvků obvodu.

  

  Obvody na obrázku výše mohou vypadat jinak, ale ve skutečnosti jsou stejné. Pokud se podíváte pozorně, jeden konec všech prvků obvodu (v tomto případě rezistorů) je společný a druhý konec je také společný. Paralelní řetězec dvou prvků se tedy skládá ze dvou společných bodů.

  Chcete-li více porozumět paralelním obvodům, zvažte následující obvod, ve kterém máme tři odpory připojené paralelně ke zdroji napětí. Protože jsou všechny tři rezistory připojeny ke zdroji napětí, je napětí na všech rezistorech stejné.

  

  Totéž však neplatí pro proud, protože má více cest k toku. Pokud I je celkový proud a já _R1 , I _R2 a já _R3 – proudy protékající příslušnými odpory, pak je celkový proud roven součtu jednotlivých proudů.

  Ohmův zákon

  Aplikováním Ohmova zákona dostáváme já _R1 =V/R ₁ , I _R2 =V/R ₂ a já _R3 =V/R ₃

  Jestliže R je impedance obvodu, I = V/R

  U paralelně zapojených rezistorů je převrácená hodnota celkového odporu rovna součtu převrácených hodnot jednotlivých odporů.

  Kirchhoffův zákon

  Z výše uvedené diskuse máme celkový proud v obvodu jako součet jednotlivých proudů v příslušných rezistorech.

  Můžeme přeskupit výše uvedenou rovnici, abychom získali Kirchhoffův současný zákon.

  Podle Kirchhoffova současného zákona je algebraický součet proudů vstupujících do uzlu a vystupujících z uzlu roven nule.

  Obvod děliče proudu

  Stejně jako sériová síť rezistorů může být konfigurována jako obvod děliče napětí, paralelní síť rezistorů může vést k obvodu děliče proudu.

  Přestože je dělič napětí poměrně populární, použití děliče proudu závisí na aplikaci.

  Aplikace paralelního obvodu

  Důležitým příkladem aplikace paralelních obvodů je naše domácí elektroinstalace. Základní elektroinstalace ve všech domácnostech je vlastně paralelní konfigurace. Všechny paralelní větve tak přijímají plných 120 V (nebo 240 V) a proud závisí na zatížení.

  I když se vyskytne problém/porucha v jedné paralelní větvi nebo okruhu, jsou ovlivněny pouze spotřebiče nebo zařízení připojená k tomuto okruhu, zatímco zbývající větve fungují normálně.

  Paralelní a sériové připojení: srovnání

  

  V následující tabulce je jednoduché srovnání sériových a paralelních obvodů.

  V sériovém obvodu protéká všemi prvky stejný proud.

  V paralelním obvodu může mít proud více než jednu cestu.

  Všechny komponenty jsou spojeny end-to-end, přičemž mezi komponenty je pouze jeden společný bod.

  Jeden konec všech součástí paralelně je připojen ke společnému bodu a druhý konec je připojen k jinému společnému bodu. Paralelní obvod má tedy dva společné body.

  Napětí na součástkách není stejné a závisí na individuálním odporu.

  Napětí na všech součástech v paralelním obvodu je stejné a rovné napájecímu napětí.

  Pokud jedna součást selže v sériovém obvodu, celý obvod přestane fungovat, protože existuje pouze jedna proudová cesta.

  I když jedna z paralelních větví selže, zbývající větve nadále normálně fungují.

  Proud je ve všech součástkách stejný a součet jednotlivých napětí se rovná napájecímu napětí.

  Napětí je stejné pro všechny paralelně zapojené součástky a součet jednotlivých proudů se rovná celkovému proudu v obvodu.

  Pokud máme tři rezistory zapojené do série, pak je ekvivalentní odpor součtem jednotlivých odporů (R = R ₁ + R ₂ + R ₃ ).

  Zapojíme-li paralelně tři rezistory, pak se inverze ekvivalentního odporu rovná součtu inverzí jednotlivých odporů (1/R = 1/R ₁ +1/R ₂ +1/R ₃ )

  Sériové nebo paralelní připojení ohřívačů: co je lepší?

  Pojďme zjistit, jak správně připojit elektrické ohřívače k ​​napájení: paralelně nebo sériově? Jak jsme již dříve zjistili, porucha alespoň jednoho prvku v sériovém zapojení vede k poruše celé větve obvodu. Proto lze velké množství ohřívačů zapojit paralelně, ale sériově se obvykle nepoužívají více než 2-3 topná tělesa. Navíc, pokud potřebujete zapojit topná tělesa do série, musí mít stejný výkon, aby přijaly stejné napětí. Můžete například připojit dva ohřívače 240 V do série k napájecímu zdroji 480 V. Pokud je napájení připojeno paralelně, musí napájecí zdroj odpovídat jmenovitému napětí ohřívače.

  Paralelní připojení ohřívačů

  Sériové zapojení ohřívačů

  Každé topné těleso bude napájeno stejným napětím

  Pro identická topná tělesa bude napětí vypočítáno pomocí vzorce Celkem/počet topných těles

  Celkový výkon topidel = součet výkonů všech topných těles

  Celkový výkon topných těles = Výkon jednoho topného tělesa / počet topných těles

  Porucha jednoho topného tělesa sníží výkon systému, ale neovlivní provoz jako celek

  Porucha i jednoho ohřívače povede k úplnému selhání celého okruhu.

  Častým důvodem, proč se ohřívače zapojují do série, i přes všechny nevýhody tohoto způsobu, je to, že existují topná tělesa, která nejsou dimenzována na napětí zdroje a tímto způsobem je nutné snížit napětí dodávané do topení. živel. Pamatujte ale, že do série lze zapojit pouze identická topidla, aby se napětí mezi nimi rozdělilo rovnoměrně.

  Ale i tak doporučujeme vybrat nebo vyrobit topná tělesa na míru, která jsou nejvhodnější pro váš systém a zdroj energie, abyste je nemuseli zapojovat do série jen proto, že se parametry neshodují.

  Výkon

  Sériové a paralelní obvody jsou dvě hlavní formy elektrických obvodů. Jasné pochopení těchto dvou obvodů vám pomůže snadno analyzovat jakýkoli složitý obvod. Naučili jsme se základy sériového obvodu, paralelního obvodu, porovnali sériový a paralelní obvod spolu s několika příklady jejich aplikací a podrobně jsme se podívali na použití sériového a paralelního obvodu pro připojení ohřívačů.

  Stále máte otázky? Zeptejte se nás telefonicky nebo emailem. Naši specialisté na vše odpoví a pomohou s výběrem topných těles. Společnost TERMOELEMENT vyrábí průmyslová topidla a materiály pro topné systémy.

  

  Proč se v girlandě na vánoční stromeček nemusí rozsvítit žárovky stejné barvy? Proč jsou všechny elektrospotřebiče v domě dimenzovány na 220 V? Spoiler: je to všechno o typech připojení vodičů – budeme o nich mluvit v tomto článku.

  · Aktualizováno 6. prosince 2024

  Spoj vodičů je způsob elektrického spojení dvou nebo více vodičů za účelem vytvoření elektrického kontaktu. Hlavní typy připojení vodičů jsou: sériové (všechny prvky jsou spojeny jeden po druhém) a paralelní (všechny prvky jsou připojeny k jedné společné dvojici bodů).

  • Sériové zapojení: baterie ve svítilně.
  • Paralelní zapojení: rezistory ve spojovací krabici.

  Sériové připojení vodičů je způsob připojení, při kterém jsou vodiče spojeny jeden po druhém a proud každým z nich je stejný. Příklad: Lampy v girlandě.

  Paralelní připojení vodičů je způsob připojení, při kterém jsou vodiče připojeny ke stejným uzlům a napětí na nich je stejné. Příklad: Lampy v lustru.

  Jak po vyhoření jedné žárovky v girlandě můžete určit způsob připojení a opravit ji? Zkusme na to přijít.

  Anfisa našla na balkóně starou girlandu. Po zapojení do zásuvky si dívka všimla, že všechna světla svítí kromě zelených. Po pečlivém prozkoumání vodičů Anfisa viděla, že všechny zelené žárovky jsou zapojeny do série jedna po druhé.

  Posledovatelnoe soedinenie provodnikov

  Při sériovém zapojení je konec prvního vodiče připojen k začátku druhého, konec druhého k začátku třetího atd.

  

  Sériové zapojení se obvykle používá v případech, kdy je potřeba cíleně zapnout nebo vypnout konkrétní elektrický spotřebič. Například, aby školní elektrický zvonek fungoval, musí být zapojen do série se zdrojem proudu a klíčem.

  Zde je několik příkladů použití řetězového obvodu:

  • osvětlení ve vozech vlaků nebo tramvají;
  • jednoduché girlandy na vánoční stromeček;
  • svítilna;
  • ampérmetr pro měření proudu v obvodu.

  Zákony sériového zapojení vodičů

  

  1. Při sériovém zapojení je síla proudu v jakékoli části obvodu stejná: I = I₁ = I₂ = … = já_n. Pokud v obvodu se sériovým zapojením jedna z lamp selže a neprotéká jí žádný elektrický proud, pak žádný proud neprotéká zbývajícími lampami. Vzpomeňme na Anfisu a její girlandu: když jedna ze zelených žárovek shořela, proud, který jí procházel, se stal nulovým. V důsledku toho se nerozsvítily ostatní zelené kontrolky zapojené do série. Chcete-li opravit girlandu, musíte identifikovat spálenou žárovku a vyměnit ji.
  2. Při sériovém zapojení je celkový odpor obvodu roven součtu odporů jednotlivých vodičů: R_ekv = R₁ + R₂ + … + R_n.
  3. Při sériovém zapojení se celkové napětí obvodu rovná součtu napětí v jednotlivých úsecích: U_ekv =U₁ +u₂ + … + U_n.

  Příklad řešení problému

  Lampa je zapojena do obvodu s napětím 220 V a protéká jí proud 20 A Když byl k lampě zapojen reostat do série, proud v obvodu klesl na 11 A. Jaký je odpor. reostat?

  Řešení.

  1. Pomocí Ohmova zákona určíme odpor lampy: R₁ =U/I₁ = 220 / 20 = 11 Ohm.
  2. Také pomocí Ohmova zákona určíme celkový odpor obvodu, když je reostat zapnutý: R = U / I₂ = 220 / 11 = 20 Ohm.
  3. Při sériovém zapojení se odpory lampy a reostatu sčítají: R = R₁ + R₂.
  4. Když známe celkový odpor obvodu a odpor lampy, určíme požadovaný odpor reostatu: R₂ = R – R₁ = 20 − 11 = 9 Ohm.

  Odpověď: Odpor reostatu je 9 ohmů.

  Sériové připojení bohužel není vždy vhodné. Například v nákupním centru Auchan je otevřeno od 9:00 do 23:00, kino – od 10:00 do 02:30 a obchody – od 10:00 do 22:00. Pokud je okruh zapojen do série, budou muset svítit světla v celém obchodním centru od 9:00 do 02:30. Souhlaste s tím, že tento způsob provozu je ekonomicky nerentabilní i při minimálním tarifu elektřiny. V tomto případě by bylo dobrým řešením použít paralelní připojení.

  Paralelní připojení vodičů

  V paralelním zapojení jsou začátky všech vodičů spojeny v jednom společném bodě elektrického obvodu a jejich konce v jiném.

  

  Paralelní zapojení se používá v případech, kdy je nutné připojit elektrické spotřebiče nezávisle na sobě. Pokud například vypnete varnou konvici, chladnička bude nadále fungovat. A když jedna žárovka v lustru dohoří, zbytek stále osvětluje místnost.

  Zde je několik dalších příkladů použití metody paralelního připojení:

  • osvětlení ve velkých nákupních oblastech;
  • domácí elektrické spotřebiče v bytě;
  • počítače v učebně informatiky;
  • voltmetr pro měření napětí na části obvodu.

  Paralelní zapojení vodičů: vzorce

  

  1. Napětí v paralelním zapojení je stejné v jakékoli části obvodu: U = U₁ =U₂ = … = U_n. Jak si pamatujete, všechny domácí elektrické spotřebiče jsou navrženy pro stejné jmenovité napětí 220 V. A budete souhlasit, je mnohem snazší vytvořit všechny zásuvky stejné, než vypočítat napětí pro každé zařízení při jejich sériovém zapojení.
  2. Proudová síla v paralelním zapojení (v nerozvětvené části obvodu) je rovna součtu proudových sil v jednotlivých paralelně zapojených vodičích: I_ekv = I₁ + I₂ + … + já_n. Elektrický proud protéká větvemi nepřímo úměrně jejich odporu. Pokud jsou odpory ve větvích stejné, pak se proud v paralelním zapojení rozdělí mezi ně rovnoměrně.
  3. Celkový odpor obvodu je určen vzorcem: 1 / R_ekv = 1/R₁ + 1/R₂ + … + 1 / R_n. Pro dva paralelně zapojené vodiče lze vzorec napsat jinak: R_ekv = (R₁ R₂) / (R.₁ + R₂).

  Jestliže n identické vodiče, z nichž každý má odpor R₁, jsou zapojeny paralelně, pak celkový odpor části obvodu lze zjistit vydělením odporu jednoho z vodičů jejich počtem:

  Vraťme se k Anfise a její girlandě. Už jsme přišli na to, proč přestala svítit všechna zelená světla. Je čas zjistit, proč všichni ostatní dál hořeli. Moderní girlandy používají paralelní a sériové připojení současně. Například žárovky stejné barvy jsou zapojeny do série a s jinými barvami – paralelně. Vypnutí větve se zelenými žárovkami tedy neovlivnilo chod zbytku obvodu.

  Příklad řešení problému

  Dva rezistory s odpory 10 Ohm, respektive 11 Ohm, jsou zapojeny paralelně a připojeny na napětí 220 V. Jaký je proud v nerozvětvené části obvodu?

  Řešení.

  1. Stanovme celkový odpor při paralelním připojení vodičů: R = (R₁ R₂) / (R1 + R2) = (10 11) / (10 + 11) = 110 / 21 Ohm ≈ 5,24 Ohm.
  2. Pomocí Ohmova zákona určíme proudovou sílu v obvodu: I = U / R = 220 / (110 / 21) = 42 A.

  Odpověď: Proud v nerozvětvené části obvodu je 42 A.