Параллельное соединение проводников
Содержание
В основном элементы электрических цепей соединяют между собой параллельным либо последовательным методом. Электрику необходимо знать определения этих видов связей, иметь представление о различиях между ними и вариантах практического применения.
Последовательно соединенные проводники
Последовательное соединение
Этот способ подразумевает, что все приборы, входящие в состав электроцепи, связываются между собой проводами так, что во фрагменте цепи, где происходит включение, отсутствуют какие-либо узелки. При последовательном соединении проводников значение токовой силы в разных участках будет иметь одно и то же значение. Это связано с тем, что в безузловой цепи электронный заряд идет по одному и тому же проводнику. Чтобы вычислить общий показатель цепного напряжения, нужно сложить данные по всем фрагментам цепи:
U = U1 + U2 +…+Un.
При объединении аккумуляторных или гальванических единиц в одну батарею последовательный способ поможет увеличить рабочее напряжение.
Резисторы
Общее сопротивление цепи с последовательно связанными резисторами высчитывается по тому же правилу, что и напряжение: оно равно сумме показателей для каждого элемента.
Катушка индуктивности
Когда дроссели соединены последовательно так, чтобы магнитное поле каждой катушки не накладывалось на соседние дроссели, общая индуктивность такого соединения будет равна сложенным параметрам всех катушек:
L = L1+L2 +…+Ln.
Электрический конденсатор
Когда несколько конденсаторов соединяется между собой в цепь, соотношение их емкостей может быть описано такой формулой:
1/С = 1/С1 +1/С2 +…+ 1/Cn.
Мемристоры
Мемристивность цепи оценивается как сумма показателей всех подсоединенных компонентов:
M = M1 +M2 +… + Mn.
Выключатели
Если несколько таких устройств подсоединены в цепь последовательно, она будет замкнутой только при замыкании всех устройств. Если хоть один переключатель разомкнуть, цепь также размыкается. При выходе из строя какого-либо устройства остальные тоже перестанут функционировать. Это правило распространяется и на цепь из нескольких розеток.
Для домашней разводки проводов
Хотя данный способ потенциально мог бы принести потребителю определенные выгоды (экономия проводников, упрощение подключения заземления), на практике для подключения бытовых электроприборов он не используется. Это связано с тем, что неисправность одного из устройств приводит к прекращению функционирования остальных. Этот пример можно проиллюстрировать на елочной гирлянде: в ней используется именно рассматриваемый тип соединения, в случае перегорания какой-либо из ламп остальные затухают. Именно поэтому электроприборы в домашнюю сеть всегда подключаются параллельно.
Практическое использование последовательной схемы
Для замены кабелей
Если соединить несколько кабелей в одну линию, в случае перегорания какого-либо из элементов ток будет пропадать на всей протяженности конструкции. Поэтому подключение параллельных проводников является более практичным вариантом. Его применяют в качестве замены толстого провода, подходящего для высокомощных нагрузок. Когда такого провода нет в наличии, подключают серию более тонких, в сумме они переносят ток, эквивалентный одному толстому. Нужные сечения находят расчетным путем, опираясь на данные о потерях напряжения. Такие конструкции широко применяются при обустройстве электролиний большой протяженности.
Параллельное соединение
Параллельное соединение проводников предполагает объединение связываемых сетью приборов посредством двух узловых соединений. В этом случае токовая сила на участке, не принадлежащем разветвлению, равна сумме значений этого параметра для каждого из параллельно подключенных кабелей. Значение напряжения, напротив, одинаковое для любого из элементов соединения:
U = U1 = U2 =…=Un.
Схема параллельного соединения
Резисторы
Когда эти элементы соединены параллельно, значения сопротивлений находятся в таком отношении между собой, что общая проводимость (параметр, обратно пропорциональный сопротивлению, то есть равный 1/R) равна сумме проводимостей всех резисторных элементов:
1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn.
Катушка индуктивности
Общая индуктивность и показатели для каждой из подсоединенных дросселей находятся в таком соотношении:
1/L = 1/L1 + 1/L2 + … + 1/Ln.
Электрический конденсатор
Общая емкость в данном случае будет равной суммированным показателям отдельных приборов:
C = C1 +C2 +…+ Cn.
Мемристоры
При параллельном включении нескольких мемристоров в сеть соотношение их основных характеристик выражается такой формулой:
M = (M1-1 + M2-1 +…+ Mn-1)-1
Выключатели
В случае параллельного подключения нескольких таких устройств цепочка считается замкнутой, когда в этом положении находится хотя бы один переключатель.
Примеры использования
Последовательная схема применяется для соединения компонентов квартирного звонка, карманного фонаря (выключатель, лампа и батарея) и других устройств, в которых необходимо обеспечить активизацию при нажатии кнопки. На ней также построены елочные гирлянды.
Примерами параллельного соединения могут служить люстры и осветительные приборы в квартире. Если в этом случае воспользоваться последовательным вариантом, при включении любой лампы будут включаться и прочие, что совершенно не входит в цели монтажа. Кроме того, в этом случае цепь перестанет работать при неисправности одного из устройств. Подключая лампы параллельно, можно оснастить каждое разветвление собственным выключателем, тогда им можно будет управлять, не затрагивая других элементов.
Правила для различных соединений проводников
Для обоих вариантов соединения существуют правила подсчета различных параметров электрической цепи.
Законы последовательной цепи
Законы последовательного соединения имеют такой вид:
- ток на всех участках цепочки идентичен, тогда как напряжение на ее концах равно сумме значений для каждого ее участка;
- у соединенных конденсаторов электрозаряды на обкладках примут одинаковые значения;
- когда в такую цепь соединены резисторы, ток идет в начале через первый элемент, потом через второй и, последовательно проходя все устройства, доходит до последнего (общая величина спада напряжения равна суммированным потерям его для каждого из резисторов).
Законы параллельного соединения проводников
Здесь следующая картина:
- когда электроприбор перегорает, путь электротока не блокируется, а остальные приборы не выключаются;
- ток распределяется на все распараллеленные участки и принимает на них разные значения, напряжение везде остается прежним;
- при подключении конденсаторов заряд на каждом из них равен произведению напряжения (одинакового для всех) и емкости конкретного устройства, общая емкость равна суммированным показателям всех приборов.
Смешанное соедиение проводников
Смешанное соединение – сложная конфигурация из нескольких проводников, часть из которых коммуницируют параллельно, часть – последовательно. Чтобы рассчитать значения разных показателей (ток, сопротивление и т.д.) для такого соединения, его разбивают на структурные элементы и проводят вычисления для каждого из них. При подсчете данных для укрупненных единиц их можно заменять на эквивалентные.
Примеры смешанных схем
При соединении нескольких устройств в одну цепочку важно выбрать правильный способ соединения. Если он не будет соответствовать практическим задачам, устройства не будут функционировать корректно.
