Mètodes per connectar receptors d’energia elèctrica

Amb la inclusió simultània de diversos receptors d’energia a la mateixa xarxa, es poden considerar fàcilment aquests receptors simplement com a elements d’un únic circuit, cadascun dels quals té la seva pròpia resistència.

En alguns casos, aquest plantejament resulta força acceptable: les làmpades incandescents, els calefactors elèctrics, etc., es poden percebre com a resistències. És a dir, els dispositius es poden substituir per la seva resistència, i és fàcil calcular els paràmetres del circuit.

El mètode de connexió dels receptors d’alimentació pot ser un dels següents: connexió en sèrie, paral·lela o mixta.

Connexió en sèrie

Quan diversos receptors (resistències) estan connectats en un circuit en sèrie, és a dir, la segona sortida del primer està connectada a la primera sortida del segon, la segona sortida del segon està connectada a la primera sortida del tercer, la segona sortida del tercer amb la primera sortida del quart, etc., en connectar un circuit a la font d’energia, a través de tots els elements del corrent del circuit fluiré de la mateixa magnitud. Aquesta idea s’explica a la figura.

Substituint els dispositius per les seves resistències, transformem la figura en un circuit i, a continuació, les resistències R1 a R4, connectades en sèrie, adoptaran cadascuna tensions, cosa que en total donarà el valor EMF als terminals de la font d’energia. Per senzillesa, en endavant representarem la font en forma de cèl·lula galvànica.

Expressant la caiguda de tensió a través del corrent i mitjançant la resistència, obtenim l’expressió per a la resistència equivalent del circuit en sèrie dels receptors: la resistència total de la connexió en sèrie de resistències és sempre igual a la suma algebraica de totes les resistències que formen aquest circuit. I ja que les tensions en cadascuna de les seccions del circuit es poden trobar a partir de la llei d'Ohm (U = I * R, U1 = I * R1, U2 = I * R2, etc.) i E = U, llavors per al nostre circuit obtenim:

La tensió als terminals de l'alimentació és igual a la suma de les caigudes de tensió a cadascun dels receptors connectats en sèrie que formen el circuit.

Com que el corrent flueix per tot el circuit del mateix valor, serà just dir que les tensions dels receptors (resistències) connectades en sèrie estan relacionades en proporció amb les resistències. I com més gran sigui la resistència, més alta és la tensió aplicada al receptor.

Per a una connexió en sèrie de resistències en la quantitat de n peces que presentin les mateixes resistències Rk, la resistència total equivalent del circuit en conjunt serà n vegades superior a cadascuna d’aquestes resistències: R = n * Rk. D’aquesta manera, les tensions aplicades a cadascuna de les resistències del circuit seran iguals entre elles i seran n vegades menys que la tensió aplicada a tot el circuit: Uk = U / n.

Les característiques següents són característiques per a la connexió en sèrie dels receptors de potència: si canvieu la resistència d'un dels receptors de circuit, canviaran les tensions dels altres receptors de circuit; quan un dels receptors es trenqui, el corrent s’aturarà a tot el circuit, a la resta de receptors.

A causa d’aquestes característiques, la connexió en sèrie és rara i només s’utilitza quan la tensió de xarxa és superior al voltatge nominal dels receptors, en absència d’alternatives.

Per exemple, amb un voltatge de 220 volts, podeu alimentar dues làmpades connectades en sèrie d’igual potència, cadascuna de les quals està dissenyada per a un voltatge de 110 volts. Si aquestes làmpades amb la mateixa tensió d'alimentació nominal tenen una potència nominal diferent, una d'elles es sobrecarregarà i probablement s'encengui immediatament.

Connexió paral·lela

Una connexió paral·lela dels receptors implica la inclusió de cadascun d’ells entre un parell de punts del circuit elèctric de manera que formin branques paral·leles, cadascun dels quals està alimentat per la tensió de la font. Per obtenir més claredat, tornarem a substituir els receptors per les seves resistències elèctriques per obtenir un circuit segons el qual sigui convenient calcular els paràmetres.

Com ja s’ha comentat, en el cas d’una connexió paral·lela, cadascuna de les resistències experimenta el mateix voltatge. I d’acord amb la llei d’Ohm, tenim: I1 = U / R1, I2 = U / R2, I3 = U / R3.

Aquí estic el corrent font. La primera llei Kirchhoff d’aquest circuit ens permet escriure l’expressió del corrent en la seva part no distribuïda: I = I1 + I2 + I3.

Per tant, la resistència total per a la connexió en paral·lel d'elements de circuit entre si es pot trobar a partir de la fórmula:

La recíproca de la resistència s’anomena conductivitat G, i també es pot escriure la fórmula de la conductivitat del circuit, formada per diversos elements connectats en paral·lel: G = G1 + G2 + G3. La conductivitat del circuit en el cas de connexió paral·lela de les resistències que el formen és igual a la suma algebraica de les conductivitats d’aquestes resistències. Per tant, quan s’afegeixen receptors (resistències) paral·lels al circuit, la resistència total del circuit disminuirà, i la conductivitat total augmentarà en conseqüència.

Els corrents del circuit compost per receptors connectats en paral·lel es distribueixen entre ells en proporció directa a les seves conductivitats, és a dir, inversament proporcionals a les seves resistències. Aquí podem donar una analogia de la hidràulica, on el flux d’aigua es distribueix a través de les canonades d’acord amb les seves seccions, llavors una secció més gran és similar a una menor resistència, és a dir, una major conductivitat.

Si el circuit consta de diverses (n) resistències idèntiques connectades en paral·lel, la resistència total del circuit serà n vegades inferior a la resistència d’una de les resistències i el corrent a través de cadascuna de les resistències serà n vegades menor que el corrent total: R = R1 / n; I1 = I / n.

Un circuit format per receptors amb connexió paral·lela connectats a una font d’energia es caracteritza perquè cadascun dels receptors està alimentat per la font d’energia.

Per a una font d’electricitat ideal, l’afirmació és certa: quan connecteu o desconnecteu resistències en paral·lel a la font, els corrents de les resistències connectades restants no canviaran, és a dir, si un o diversos receptors del circuit paral·lel fallen, la resta continuarà funcionant en el mateix mode.

Degut a aquestes característiques, una connexió paral·lela té un avantatge significatiu respecte a una de sèrie i, per aquest motiu, és una connexió paral·lela que és més habitual a les xarxes elèctriques. Per exemple, tots els electrodomèstics de les nostres cases estan dissenyats per estar connectats a una xarxa domèstica en paral·lel i, si en desconnecteu, no perjudicarà la resta.

Comparació de circuits en sèrie i paral·lels

Circuit de sèrie

Circuit paral·lel

1. El corrent és el mateix en tots els elements del circuit.

1. La tensió és la mateixa a les pinces de branca.

2. La caiguda de tensió als terminals de cada resistència és igualIR

2. Corrent a cada branca és igual a U / R

3. La tensió aplicada al circuit és igual a la suma de les caigudes de tensió.

3. El corrent del circuit global és igual a la suma dels corrents de branca.

4. Una obertura en un punt del circuit fa que el corrent deixi de fluir per tot el circuit.

4. Un trencament en una branca no impedeix el pas actual a la resta branques.

Compost mixt

S'entén per connexió mixta de receptors aquesta connexió quan una part o diversos d'ells estan connectats en sèrie, i una altra part o diversos en paral·lel. D'altra banda, tota la cadena es pot formar a partir de diferents compostos d'aquestes parts entre si. Per exemple, considereu l'esquema:

Tres resistències connectades a la sèrie estan connectades a una font d’alimentació, dues més estan connectades en paral·lel a una d’elles i la tercera està connectada en paral·lel a tot el circuit.Per trobar la impedància del circuit, passen per successives transformacions: un circuit complex es porta seqüencialment a una forma senzilla, calculant seqüencialment la resistència de cada enllaç, i així es troba la resistència total equivalent.

Per al nostre exemple. Primer es troba la resistència total de les dues resistències R4 i R5 connectades en sèrie, després es calcula la resistència de la seva connexió paral·lela amb R2, després s’afegeix al valor obtingut de R1 i R3, i després es calcula el valor de resistència de tot el circuit, inclosa la branca paral·lela R6.

A la pràctica s’utilitzen diversos mètodes per connectar receptors d’energia per a diversos propòsits per resoldre tasques específiques. Per exemple, es pot trobar un compost mixt en circuits de càrrega tova. condensadors electrolítics en potents fonts d’alimentació, on la càrrega (condensadors després del pont del díode) primer rep energia en sèrie a través de la resistència, després la resistència es trenca pels contactes del relé i la càrrega es connecta paral·lelament al pont del díode.