Spis treści:
- 1 Sposoby połączeń pomiędzy elementami elektronicznymi i ich własności w praktyce
- 2 Połączenie szeregowe
- 3 Zastosowania połączenia szeregowego
- 4 Połączenie szeregowe - zalety
- 5 Połączenie szeregowe - wady
- 6 Połączenie równoległe
- 7 Zastosowania połączenia równoległego
- 8 Połączenie równoległe - zalety
- 9 Połączenie równoległe - wady
- 10 Zalety połączenia równoległego w porównaniu z połączeniem szeregowym
- 11 Dlaczego połączenie równoległe lepsze od szeregowego?
Elementy tworzące obwody elektryczne i układy elektroniczne, w zależności od projektu są ze sobą łączone w odpowiednich konfiguracjach. Najbardziej podstawowe rodzaje połączeń pomiędzy nimi to połączenia szeregowe i równoległe.
Sposoby połączeń pomiędzy elementami elektronicznymi i ich własności w praktyce
W tym artykule przedstawiono koncepcję połączenia szeregowego i równoległego elementów elektronicznych w ujęciu praktycznym. Omówiono także wady i zalety tych rodzajów połączeń.
Połączenie szeregowe
W gałęziach obwodów, w których elementy tworzą połączenie szeregowe, prąd ma tylko jedną możliwą drogę do pokonania. W przypadku szeregowego połączenia rezystorów w gałęzi całkowita rezystancja zastępcza jest sumą rezystancji tych rezystorów, zgodnie ze wzorem (1.1):
RS =R1 + R2 + . . . +Rn-1 + Rn (1.1)
Rezystancja zastępcza dla szeregowego połączenia rezystorów
W szeregowym połączeniu rezystorów prąd płynący przez poszczególne rezystory jest taki sam. Natomiast wartości spadków napięć na poszczególnych rezystorach mogą się względem siebie odpowiednio różnić, w zależności od wartości rezystancji dla każdego z nich. Zgodnie z prawem Ohma, spadki napięć będą liniowo proporcjonalne do prądu płynącego przez rezystory, a łączny spadek napięcia na rezystorach musi wynosić co do modułu tyle, ile wynosi napięcie przyłożone do początkowego i końcowego zacisku tej gałęzi. Takie połączenie można również zaaplikować do innych odbiorników połączonych ze sobą szeregowo, np. żarówek. Jeśli np. żarówka w połączeniu szeregowym ulegnie przepaleniu, wówczas takie połączenie jest przerwane i uniemożliwia dalszy przepływ prądu.
Zastosowania połączenia szeregowego
W niektórych istniejących rozwiązaniach instalacji elektrycznych ludzie łączą światła bezpieczeństwa w swoich domach szeregowo, co sprawia, że będą one miały wspólny przełącznik zasilania. Problem z tego rodzaju połączeniem polega na tym, że gdy w obwodzie pojawi się usterka, inny podłączony odbiornik w tym obwodzie ulegnie awarii. Jest to połączenie typu „wszystko albo nic”. Dopóki odbiorniki nie otrzymają energii ze źródła zasilania, zanim zostanie ona przekazana kolejnemu odbiornikowi, a ten, który dostarczy, nie ulegnie awarii, nastąpi przerwa w dostawie prądu. Połączenia obwodów szeregowych są powszechne i powszechnie stosowane w urządzeniach elektrycznych. Włókna żarówek radioskalowych w małych radioodbiornikach są zwykle połączone szeregowo. Aktualne urządzenia sterujące są zawsze połączone szeregowo z urządzeniem, które chronią. Bezpieczniki są połączone szeregowo z urządzeniem, które chronią, np. z układami ogrzewania elektrycznego domu, które są wyposażone w termostat, cewki elektromagnetyczne, wyłączniki bezpieczeństwa połączone szeregowo ze źródłem napięcia itp.
Połączenie szeregowe - zalety
W połączeniu szeregowym wymagany jest mniejszy przekrój przewodów. Takiego połączenia używamy do ochrony obwodu, aby połączyć bezpieczniki i wyłączniki szeregowe z innymi urządzeniami. Obwód szeregowy nie obciąża się łatwo ze względu na wysoką rezystancję, gdy w obwodzie dodawane jest większe obciążenie. W przypadku zasilania bateryjnego żywotność baterii w obwodzie szeregowym jest większa niż w przypadku pracy równoległej. Co więcej, jest to najprostsza metoda połączenia elektrycznego, a usterki można łatwo wykryć i naprawić w odróżnieniu od połączenia równoległego lub szeregowo-równoległego, który z powodu swojej budowy jest trudniejsze w diagnozowaniu usterek.
Połączenie szeregowe - wady
Przerwanie przewodu, awaria lub usunięcie pojedynczej lampy spowoduje przerwanie obwodu i spowoduje, że wszystkie inne przestaną działać, ponieważ w obwodzie przepływa tylko jedna ścieżka prądu. Jeśli w szeregowym obwodzie oświetlenia zostanie dodanych więcej lamp, ich jasność zostanie zmniejszona. Ponieważ napięcia są dzielone w obwodzie szeregowym. Jeśli dodamy więcej obciążeń w obwodzie szeregowym, przepięcie wzrośnie, co nie jest dobrym znakiem dla ochrony urządzeń elektrycznych. Połączenie szeregowe to połączenie typu „wszystko albo nic”, co oznacza, że wszystkie urządzenia będą działać jednocześnie lub wszystkie zostaną odłączone, jeśli wystąpi usterka w którymkolwiek z podłączonych urządzeń w obwodzie szeregowym. Wysokie napięcie zasilania jest potrzebne, jeśli musimy zwiększyć obciążenie (żarówki, grzejniki elektryczne, klimatyzator itp.) w obwodzie szeregowym. Na przykład, jeśli w obwodzie pięć lamp 230 V połączonych szeregowo, to napięcie zasilania powinno wynosić: 5 x 230 V = 1150V. Ogólna rezystancja obwodu szeregowego wzrasta (a prąd maleje), gdy w obwodzie dodawane jest większe obciążenie. Zgodnie z potencjalnym zamysłem rozbudowy, tylko te urządzenia elektryczne powinny być dodawane do bieżącego obwodu szeregowego, jeśli mają taką samą wartość prądu, ponieważ prądy są takie same w każdym punkcie obwodu szeregowego. Wiemy jednak, że urządzenia i urządzenia elektryczne tj. żarówki, wentylator, nagrzewnica, klimatyzator itp. mają różne parametry prądowe, dlatego nie można ich łączyć w obwód szeregowy, aby zapewnić płynną i wydajną pracę.
Połączenie równoległe
Rezystory lub inne odbiorniki w obwodzie są połączone ze sobą równolegle, gdy koniec każdego z rezystorów czy zacisków odbiornika ma wspólny punkt lub złącze, a pozostałe końce są również połączone ze wspólnym punktem lub złączem. Takie obwody są znane jako obwody równoległe. W przeciwieństwie do połączenia szeregowego, przy obliczaniu całkowitej rezystancji w obwodzie równoległym brana jest pod uwagę odwrotność każdej indywidualnej rezystancji, tzw. konduktancja. Tak więc, gdy kilka rezystorów jest połączonych ze sobą równolegle, odwrotność całkowitej rezystancji jest wyznaczana przez arytmetyczną lub algebraiczną sumę odwrotności indywidualnych rezystorów, zgodnie z zależnością (1.2):
1Rp =1R1+1R2+ . . . +1Rn-1+1Rn (1.2)
Równoległe połączenie obwodów daje takie samo napięcie na zaciskach wszystkich gałęzi obwodów. Natomiast wartość prądu płynącego przez poszczególne gałęzie, zależy indywidualnie od rezystancji wypadkowej każdej z gałęzi obwodu.
Zastosowania połączenia równoległego
Połączenie równoległe jest bardzo powszechne w użyciu. Różne lampy i urządzenia elektryczne w naszych domach są połączone równolegle, dzięki czemu każda z lamp lub urządzeń może działać niezależnie. Aby mieć kontrolę nad poszczególnymi lampami lub obciążeniami, muszą one być połączone równolegle.
Połączenie równoległe - zalety
Każde podłączone urządzenie elektryczne w obwodzie równoległym jest niezależne od innych. W ten sposób włączenie/wyłączenie urządzenia nie wpłynie na inne urządzenia i ich działanie. W przypadku przerwy w którejkolwiek równoległej gałęzi lub wyjęcia jakiejkolwiek lampy nie spowoduje to przerwania wszystkich obwodów i podłączonych obciążeń, innymi słowy, inne światła/lampy i urządzenia elektryczne będą nadal działać płynnie. Jeśli w równoległych obwodach oświetleniowych zostanie dodanych więcej lamp, ich jasność nie zostanie zmniejszona (jak to ma miejsce tylko w szeregowych obwodach oświetleniowych), ponieważ napięcie jest takie samo w każdym punkcie w obwodzie równoległym, co oznacza, że odbiorniki uzyskują takie samo napięcie jak napięcie źródła. Możliwe jest także dodanie większej liczby opraw oświetleniowych i punktów obciążenia w obwodach równoległych zgodnie z przyszłymi potrzebami, o ile obwód nie jest przeciążony. Dodanie dodatkowych odbiorników i innych elementów nie zwiększy rezystancji gałęzi zasilania, ale zmniejszy ogólną rezystancję obwodu, zwłaszcza gdy używane są urządzenia o dużym natężeniu prądu, takie jak klimatyzator i grzejniki elektryczne. Ponadto, połączenie równoległe jest niezawodne, bezpieczne i prostsze w użyciu.
Połączenie równoległe - wady
W odróżnieniu od połączenia szeregowego połączenie równoległe wymusza większy przekrój przewodów zasilających, który jest używany w równoległym obwodzie zasilania oświetlenia. W takim połączeniu jest wymagany większy prąd potrzebny po dodaniu każdej dodatkowej żarówki lub innego rodzaju obciążenia. W przypadku zasilania bateryjnego, w połączeniu równoległym dochodzi do szybszego wyczerpania baterii. Ponadto, konstrukcja oprzewodowania równoległego jest nieco bardziej złożona i trudniejsza w diagnostyce uszkodzeń niż w przypadku połączenia szeregowego.
Zalety połączenia równoległego w porównaniu z połączeniem szeregowym
Połączenie obwodu szeregowego to połączenie typu „wszystko lub nic”. Oznacza to, że jeśli jedno z urządzeń ulegnie awarii, wszystkie inne również ulegną awarii, dlatego ten rodzaj połączenia jest dobry tylko wtedy, gdy chcemy chronić urządzenie.
Dlaczego połączenie równoległe lepsze od szeregowego?
Nie można przecenić zastosowania, zastosowania i znaczenia połączeń szeregowych i równoległych w dzisiejszych czasach. Zastosowanie połączenia szeregowego i równoległego widać wyraźnie w naszych domach, salach szkolnych oraz w latarniach ulicznych. Za jednym naciśnięciem przycisku, wszystkie światła podlegające pod pojedynczy przycisk są włączane. W zależności od naszych wymagań instalacja oświetleniowa może zostać odpowiednio podzielona, aby przykładowo zmienić intensywność oświetlenia w pomieszczeniu. Rodzaj połączenia wykonanego z wentylatorami sufitowymi i oświetleniem określi, czy będą miały wspólny przełącznik, czy nie. Szeregowe połączenie obwodu daje nam możliwość podłączenia więcej niż dwóch obciążeń do wspólnego przełącznika. Połączenie równoległe umożliwia nam podłączenie obciążeń do ich indywidualnego przełącznika. Zarówno połączenie szeregowe, jak i równoległe są dobre, ale jedno jest preferowane z tego lub innego powodu. Gdy bezpiecznik w obwodzie zostanie przepalony, wtedy chronione przez niego urządzenie nie ulegnie uszkodzeniu, ponieważ prąd nie będzie już do niego docierał. Podczas gdy połączenie szeregowe może działać lub nie, połączenie równoległe daje możliwość działania, nawet gdy część gałęzi równoległych ma przerwę. Połączenie równoległe zapewnia odporność na przepływ prądu w porównaniu z połączeniem szeregowym
