Как работают последовательные и параллельные цепи. В чем разница между этими типами соединений. Какие преимущества и недостатки имеет каждый способ подключения. Где применяются последовательные и параллельные схемы в быту и технике.
Основные принципы последовательного соединения проводников
Последовательное соединение предполагает подключение элементов цепи друг за другом, образуя единую линию без разветвлений. При таком способе подключения ток проходит через все элементы по очереди.
Ключевые особенности последовательного соединения:
- Сила тока одинакова во всех участках цепи
- Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных элементах
- Общее сопротивление равно сумме сопротивлений всех элементов
Закономерности последовательного соединения можно выразить формулами:
I = I1 = I2 = I3 = … = const
U = U1 + U2 + U3 + …
R = R1 + R2 + R3 + …
где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.
Как работает параллельное соединение проводников
При параллельном соединении все элементы подключаются к одним и тем же двум точкам цепи. Ток в такой схеме разветвляется, проходя через каждый элемент отдельно.
Основные характеристики параллельного соединения:
- Напряжение на всех элементах одинаково
- Общий ток равен сумме токов через отдельные элементы
- Величина, обратная общему сопротивлению, равна сумме величин, обратных сопротивлениям элементов
Математически это можно записать так:
U = U1 = U2 = U3 = … = const
I = I1 + I2 + I3 + …
1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …
Ключевые отличия последовательного и параллельного соединения
Чтобы лучше понять разницу между этими типами соединений, рассмотрим их основные отличия:
- Путь тока: при последовательном соединении ток проходит через все элементы по одному пути, при параллельном — разветвляется на несколько путей.
- Напряжение: в последовательной цепи напряжение распределяется между элементами, в параллельной — одинаково на всех элементах.
- Сила тока: в последовательной цепи ток везде одинаков, в параллельной — суммируется из токов отдельных ветвей.
- Сопротивление: при последовательном соединении общее сопротивление увеличивается, при параллельном — уменьшается.
- Влияние неисправностей: в последовательной цепи поломка одного элемента нарушает всю цепь, в параллельной — остальные элементы продолжают работать.
Преимущества и недостатки последовательного соединения
Рассмотрим плюсы и минусы последовательного способа подключения элементов:
Преимущества:
- Простота конструкции и монтажа
- Возможность легко увеличить общее сопротивление цепи
- Удобно для создания делителей напряжения
Недостатки:
- При выходе из строя одного элемента перестает работать вся цепь
- Сложно обеспечить одинаковое напряжение на всех элементах
- Общий ток ограничен самым «слабым» элементом
Достоинства и недостатки параллельного соединения
Теперь рассмотрим преимущества и недостатки параллельного подключения:
Преимущества:
- Высокая надежность — при выходе из строя одного элемента остальные продолжают работать
- Одинаковое напряжение на всех элементах
- Возможность подключать элементы с разными характеристиками
Недостатки:
- Более сложная схема подключения
- Увеличение общего тока при добавлении элементов
- Сложнее контролировать ток в отдельных ветвях
Где применяется последовательное соединение
Последовательное соединение используется в различных областях техники и быта:
- Елочные гирлянды старого типа
- Некоторые виды датчиков и измерительных приборов
- Делители напряжения в электронных схемах
- Батарейки в пульте дистанционного управления
- Предохранители в электрических цепях
Где используется параллельное подключение потребителей электроэнергии в доме или квартире? Большинство бытовых электроприборов подключаются именно по параллельной схеме. Это позволяет обеспечить стабильное напряжение и независимую работу устройств.
Области применения параллельного соединения
Параллельное соединение широко распространено в технике и повседневной жизни:
- Домашняя электропроводка
- Подключение осветительных приборов
- Розетки в помещениях
- Системы резервного электропитания
- Солнечные панели
- Аккумуляторные батареи
Как рассчитать общее сопротивление при параллельном соединении? Для этого используется формула:
1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …
Где R — общее сопротивление, а R1, R2, R3 и т.д. — сопротивления отдельных элементов.
Комбинированные схемы: сочетание последовательного и параллельного соединения
На практике часто используются комбинированные схемы, сочетающие оба типа соединений. Это позволяет объединить преимущества обоих способов и компенсировать их недостатки.
Примеры использования комбинированных схем:
- Электрические цепи в сложной бытовой технике
- Системы электроснабжения зданий
- Электронные устройства
- Автомобильная электрика
При расчете параметров комбинированных цепей сначала определяют эквивалентные сопротивления для участков с одним типом соединения, а затем рассчитывают общие характеристики.
Правила безопасности при работе с электрическими цепями
При работе с электрическими соединениями важно соблюдать правила безопасности:
- Отключайте питание перед началом работ
- Используйте изолированный инструмент
- Проверяйте отсутствие напряжения перед касанием проводов
- Не превышайте допустимую нагрузку на элементы цепи
- При сомнениях обращайтесь к профессиональным электрикам
Соблюдение этих правил поможет избежать поражения электрическим током и повреждения оборудования.
Последовательное и параллельное соединение проводников в электрических цепях, отличия
Что такое проводник
В каждой электрической цепи в качестве проводников рассматривается материал или вещество, наделенные свойством проведения электрического тока и обладающие определенным уровнем сопротивления. Этот коэффициент вычисляется по формуле:
- p — обозначен уровень удельного сопротивления, Oм*м,
- R — указывает на эффективное сопротивление проводника, Ом,
- S — это площадь поперечного сечения, м2,
- I — значение длины проводника, м.
Из вышесказанного следует, что любой проводник может рассматриваться, как резистор, имеющий собственное сопротивление.
В случае, если проводники соединены с использованием последовательной схемы, коэффициент силы тока для каждого из них является одинаковым. А величина общего напряжения в созданной электроцепи представляет собой совокупность напряжений на концах каждого отдельно взятого проводника.
Если используется параллельная схема подсоединения, напряжение между двумя узлами, которыми объединены элементы в электроцепи, падает в них до одинакового значения. В то же время, для определения величины, обратной коэффициенту общего сопротивления, используется метод суммирования величин, которые обратны сопротивлениям проводящих элементов, подключенных параллельно.
Особенности последовательного соединения
Специфика использования данного способа предполагает подсоединение проводников, используя последовательную схему подключения. Это означает, что концы одного проводящего элемента соединяются с концами двух других входящих в схему проводников. Главная особенность такого типа соединения – отсутствие каких-либо разветвлений в цепи, проводники имеют принадлежность к одному и тому же кабелю. Другими словами, через каждый новоприсоединенный проводник может протекать электрический ток с одинаковым значением. В сумме же напряжение в токопроводящих элементах равно значениям, имеющимся на концах каждого из них.
К примеру, если последовательно соединить несколько резисторов в одну цепь, не оставив ни одного разветвления, величина заряда из одного какого-либо проводника будет равной величинам заряда в других. Во всех проводящих элементах цепи сила тока будет иметь одно и то же значение.
В то же время, при этом типе соединения допускается замена всех используемых резисторов на один эквивалентный. Величина тока на нем, как правило, совпадает с общим током, движущимся по остальным резисторам. А значение общего напряжения складывается из напряжений в каждом отдельно взятом резисторе. Это позволяет объяснить разность потенциалов на примере единого эквивалентного резистора.
С учетом этих правил и закона Ома, которые применимы для всех резисторов, очень легко доказывается равность между значением сопротивления на эквивалентном резисторе и суммой всех сопротивлений.
Где применяется этот способ соединения
Этот способ соединения применяется в устройствах с целенаправленным включением и выключением.
К примеру, звон электрического звонка раздастся лишь при условии, если он последовательно был соединен с источником питания и кнопкой нажатия. Исходя из вышеперечисленных правил, если электрический ток будет отсутствовать на одном из проводников, его не будет и на остальных проводниках. А если электричество будет хотя бы на одном из проводящих элементов, он будет выявлен и на остальных.
По этому же принципу функционируют обычные карманные фонарики. В их конструкции предусмотрены три важных элемента. Цепь формируется из маленькой лампочки, батареи и кнопки. Чтобы одно такое устройство засветило, необходимо последовательно подключить обозначенные элементы при помощи простого нажатия кнопки.
В то же время, в доме или городской квартире, где установлено большое количество устройств и приборов освещения разного типа, их не обязательно соединять по последовательной схеме. Ведь зачастую включать и выключать свет в каждом помещении не нужно. Подключение лампочек и люстр в данном случае выполняется с использованием параллельной схемы.
Особенности параллельного соединения
Эта схема предполагает подсоединение заданного количества проводящих устройств параллельно по отношению к друг другу. Так, в одну точку сперва объединяются все начала проводников, в другую точку – их концы. На примере нескольких резисторов рассмотрим схему параллельного подсоединения.
Это разветвленное соединение, где в каждой указанной в схеме ветви есть по одному резистору. После того, как ток достигает точки разветвления, происходит условное разделение электричества к каждому существующему резистору. В результате составляется суммарное значение электрических токов, действительных для всех сопротивлений, которые подключены в данный момент к электроцепи. В то же время, элементы с параллельными соединениями имеют одинаковые значения для всех напряжений. В данном способе также допускается замена всех включенных резисторов на один эквивалентный.
При составлении схем параллельных соединений учитываются следующие закономерности:
- Общее значение сопротивления в электроцепи находится путем складывания обратных величин сопротивлений в цепи проводников.
- Значение тока в электроцепи равно сумме токов в каждом из используемых для формирования цепи проводников.
- На выходах из электроцепи напряжение является равным значению, присутствующему на любом из проводников этой цепи.
Где может применяться параллельная схема соединений
Для бытовых условий подойдет пример с устройствами освещения. В такой схеме приборы освещения соединяются, как правило, параллельно. Если использовать последовательный способ, получится, что при включении одной люстры или лампы загорятся остальные в доме. Параллельное соединение же позволяет добавлять в каждую из используемых ветвей соответствующего выключателя и включать осветительные устройства, где и когда это нужно.
Важно отметить, что для соединения всех электроприборов в быту используется параллельная схема и сеть 220B. Таким же образом все элементы сети подключаются к распределительному щиту, независимо друг от друга.
Для проведения электроизмерительных работ обращайтесь в электролабораторию компании ТМ Электро.
Последовательное и параллельное соединение проводников
Параллельное соединение проводников.
Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.
При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.
При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.
Содержание
|
1 РезисторыПоследовательное соединение
При последовательном соединении проводников сила тока в любых частях цепи одна и та же:
Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:
Резисторы
Катушка индуктивности
Электрический конденсатор
- .
Мемристоры
Параллельное соединение
Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках:
Напряжение на участках цепи АВ и на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же:
Резистор
При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратно пропорциональные сопротивлению (то есть общая проводимость складывается из проводимостей каждого резистора )
Если цепь можно разбить на вложенные подблоки, последовательно или параллельно включённые между собой, то сначала считают сопротивление каждого подблока, потом заменяют каждый подблок его эквивалентным сопротивлением, таким образом находится общее(искомое) сопротивление.
Доказательство
Так как заряд при разветвлении тока сохраняется (см. Законы Кирхгофа), то:
Из закона Ома ток через каждый резистор равен: , но разность потенциалов на всех резисторах будет одинакова, поэтому перепишем уравнение суммы токов:
Делим всё на и получаем общую проводимость , и общее сопротивление
Для двух параллельно соединённых резисторов их общее сопротивление равно: .
Если , то общее сопротивление равно:
При параллельном соединении резисторов их общее сопротивление будет меньше наименьшего из сопротивлений.
Катушка индуктивности
Электрический конденсатор
- .
Мемристоры
См. также
- Делитель напряжения
- Электрический импеданс
- Закон Ома
- Законы Кирхгофа
Ссылки
- Последовательное и параллельное соединение сопротивлений
В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. |
и параллельные схемы: в чем разница?
Узнайте, чем последовательные схемы отличаются от параллельных
К
Тимоти Тиле
Тимоти Тиле
Тимоти Тиле имеет степень младшего специалиста в области электроники и является местным электриком № 176 IBEW с более чем 30-летним опытом работы в жилых, коммерческих и промышленных электросетях.
Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс
Обновлено 29.03.23
Ель / Микела Бутиньоль
Один из первых принципов, который нужно понять, изучая электричество, — это различие между параллельной и последовательной цепями. Оба типа цепей питают несколько устройств с помощью электрического тока, протекающего по проводам, но на этом сходство заканчивается.
Чтобы понять разницу между цепью, в которой устройства соединены последовательно , и цепью, в которой они соединены параллельно, вы должны сначала понять основы электрической цепи.
Проще говоря, все схемы работают, создавая замкнутый контур проводов, по которым может течь электрический ток. Электрический ток — это, по сути, движение электронов по цепи от источника (через горячие провода) и обратно к источнику (через нейтральные провода). Когда к этой цепи подключены источники света или другие устройства, движущийся ток может питать эти устройства. Любое прерывание пути (например, размыкание переключателя) останавливает поток электрического тока, мгновенно прерывая цепь.
Основы домашней электротехники 101
Что такое последовательная цепь?
Последовательная цепь представляет собой замкнутую цепь, в которой ток протекает по одному пути. В последовательной цепи устройства вдоль контура цепи соединены в непрерывный ряд, так что при отказе или отключении одного устройства прерывается вся цепь.
Таким образом, все устройства в цепи перестают работать одновременно. Последовательные цепи довольно редко встречаются в домашней проводке, но иногда они используются в цепочках рождественских огней или ландшафтных светильников, где выход из строя одной лампочки приводит к тому, что вся цепочка гаснет.
Когда лампочка гаснет в цепочке праздничных огней, это создает обрыв в проводке. Однако многие современные цепочки праздничных огней теперь подключаются через параллельную цепь, так что гирлянда может оставаться работоспособной, даже если одна из лампочек неисправна. Большинство новых светодиодных праздничных огней подключаются в виде параллельных цепей.
Что такое параллельная цепь?
Гораздо более распространенными, чем последовательные цепи, являются те, которые соединены параллельно, включая большинство бытовых ответвлений, питающих осветительные приборы, розетки и приборы. Параллельная цепь также является замкнутой цепью, в которой ток разделяется на два или более пути, прежде чем снова собраться вместе, чтобы завершить полную цепь.
Здесь проводка сконфигурирована так, что каждое устройство находится в постоянном контакте с магистралью основной цепи. Отдельные устройства просто «подключаются» к контуру главной цепи, подобно тому, как съезды на автостраде позволяют автомобилям существовать и въезжать на автостраду, не прерывая основную магистраль. Параллельная схема имеет много таких контуров «вход/выход», так что сбой в любом отдельном контуре никогда не отключит всю цепь.
Большинство стандартных бытовых цепей на 120 вольт в вашем доме являются (или должны быть) параллельными цепями. Розетки, выключатели и осветительные приборы подключены таким образом, что горячие и нейтральные провода поддерживают непрерывный путь цепи, независимый от отдельных устройств, получающих питание от цепи.
Иногда этот непрерывный путь создается путем «связывания» проводов цепи для питания розетки или светильника (косички представляют собой выходной и входной пандусы для протекания тока). В других случаях конструкция устройства создает непрерывный непрерывный путь.
Стандартная розетка, например, имеет металлическую полосу (соединительный язычок) между парами винтовых клемм, которая обеспечивает сохранение пути к следующей розетке. Если розетка выйдет из строя, соединительный выступ на устройстве гарантирует, что ток продолжится до следующей розетки в цепи.
Когда использовать последовательную цепь вместо параллельной
Один бытовой пример, когда последовательная проводка полезна, когда одна розетка GFCI (прерыватель цепи замыкания на землю) используется для защиты других стандартных розеток, расположенных «ниже по потоку» от GFCI.
Розетка GFCI имеет винтовые клеммы с маркировкой «линия», а также винтовые клеммы с маркировкой «нагрузка». Нагрузочные клеммы можно использовать для удлинения проводки к дополнительным обычным розеткам за пределами GFCI, что также позволяет им пользоваться защитой GFCI. Однако, если GFCI выйдет из строя, все подключенные нисходящие выходы также перестанут функционировать. Таким образом, этот участок схемы является примером последовательного соединения.
Еще один элемент, в котором используется последовательная проводка, — это удлинитель. Удлинитель использует один переключатель для управления несколькими приборами и устройствами в параллельной схеме. Однако, если вы выключите удлинитель, вы выключите все приборы и устройства, подключенные к удлинителю.
Последовательная цепь
Параллельная цепь
Замкнутая цепь
Обычно используется в домах
Надежный метод подключения
Сбой не влияет на все устройства/лампы
Как выполнять соединения электрических проводов косичками
В чем разница между параллельным и последовательным соединением
Ключевое различие между параллельным и последовательным соединением заключается в том, что при параллельном соединении компоненты соединяются друг с другом, образуя ровно два наборы электрически общих точек, тогда как при последовательном соединении все компоненты соединены встык, образуя единый путь для протекания тока.
Нам нужны разные схемы подключения, когда два или более электрических устройства подключены к цепи с источником энергии. Параллельные паттерны и паттерны серий — два таких основных паттерна. В параллельном соединении все компоненты имеют два общих узла. При последовательном соединении все компоненты соединены таким образом, что два компонента используют один и тот же узел.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Обзор и основные отличия
2. Что такое параллельное соединение
3. Что такое последовательное соединение
4. Параллельное и последовательное соединение в табличной форме
5. Резюме. Параллельное и последовательное соединение
Что такое параллельное соединение?
В параллельном соединении все компоненты имеют два общих узла. В этом типе комбинации электронные устройства подключаются параллельно друг другу; поэтому все устройства используют одни и те же два узла. Более того, входное напряжение всегда равно напряжению на каждом устройстве, а электрический ток, проходящий через устройства, распределяется между подключенными устройствами.
Более того, для получения эквивалентного сопротивления этой системы требуется конкретная формула.
Рисунок 01: Параллельное соединение (слева) и последовательное соединение (справа)
Подробную информацию о напряжении, токе и сопротивлении параллельного соединения можно суммировать следующим образом:
- Напряжение: одинаковое для всех компоненты в параллельной цепи
E всего = E1 = E2 = E3 = ………
- Ток: общий ток цепи равен сумме токов в отдельной ветви
я всего = I1 + I2 + I3 + ……….
- Сопротивление: результирующее сопротивление уменьшается при добавлении дополнительных компонентов/устройств
1/R всего = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ……
Что такое последовательное соединение?
При последовательном соединении все компоненты соединены таким образом, что два компонента используют один и тот же узел. В этом типе комбинации электронные устройства соединяются друг с другом последовательно по схеме сквозного соединения.
Поэтому два устройства всегда используют один и тот же узел, но не все устройства используют одни и те же два узла, как при параллельном соединении.
Более того, входное напряжение разделено на последовательные составляющие, поэтому входное напряжение не равно выходному, которое поступает от конкретного устройства в данном соединении. Кроме того, мы можем просто сложить значения резисторов, чтобы получить эквивалентное сопротивление системы. Электрический ток, проходящий через каждое устройство, не влияет на проходящий электрический ток, поэтому он остается постоянным.
Рисунок 02: Последовательное соединение
Подробную информацию о напряжении, токе и сопротивлении последовательного соединения можно суммировать следующим образом:
- Напряжение: равно сумме отдельных падений напряжения
E всего = E1 + E2 + E3 + ……….
- Ток: одинаковый на каждом резисторе
I общее = I1 = I2 = I3 = ………
- Сопротивление: общее сопротивление равно сумме отдельных сопротивлений
R всего = R1 + R2 + R3 + …….
.
В чем разница между параллельным и последовательным соединением?
В параллельном соединении все компоненты имеют два общих узла, а в последовательном соединении все компоненты соединены таким образом, что два компонента используют один и тот же узел. Основное различие между параллельным и последовательным соединением заключается в том, что при параллельном соединении компоненты соединяются друг с другом, образуя ровно два набора электрически общих точек, тогда как при последовательном соединении все компоненты соединяются встык, образуя единый путь для текущего потока.
При этом при параллельном соединении входное напряжение всегда равно напряжению на каждом устройстве; однако при последовательном соединении входное напряжение не равно напряжению на каждом устройстве, поскольку входное напряжение делится на последовательные составляющие.
Приведенная ниже инфографика представляет различия между параллельным и последовательным соединением в табличной форме для параллельного сравнения.
