Параллельное соединение проводников

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении все проводники (резисторы, лампы и т.д.) подключаются к одной и той же паре точек A и B (рис. 43). Связь между общими значениями силы тока, напряжения и сопротивления с их значениями на отдельных участках цепи при этом отличается от той, что была при последовательном соединении. Теперь соответствующие формулы имеют вид

Чтобы убедиться в справедливости этих соотношений, следует собрать цепь и с помощью амперметра и вольтметра произвести необходимые измерения.

Итак, при параллельном соединении проводников напряжение на всех участках цепи одно и то же, общая сила тока равна сумме сил токов на отдельных проводниках, а общее сопротивление двух проводников находится как отношение произведения их сопротивлений к их сумме.

Первые две из этих закономерностей справедливы для любого числа параллельно соединенных проводников, последняя — только для двух.

Мы видим, что общее сопротивление двух одинаковых проводников в 2 раза меньше сопротивления одного проводника. Эта закономерность допускает обобщение: если параллельно соединено n одинаковых потребителей электроэнергии (резисторов, ламп и т.д.), то их общее сопротивление в n раз меньше сопротивления каждого из них:

Отсюда следует, что с увеличением числа проводников общее сопротивление будет становиться все меньше и меньше. Это может показаться странным. На самом деле ничего удивительного в этом нет: ведь при параллельном соединении проводников происходит как бы увеличение общей площади их поперечного сечения, а с увеличением площади сечения проводника, как известно, его сопротивление уменьшается.

Отличительной особенностью параллельного соединения нескольких потребителей является то, что при выключении одного из них остальные продолжают работать. Так, например, вывернув одну лампу в цепи, изображенной на рисунке 44, мы увидим, что другая будет по-прежнему гореть.

Большинство потребителей электроэнергии — электронагревательные приборы, холодильники, швейные машины, магнитофоны, телевизоры и т. д. — рассчитаны на напряжение сети 220 В. Поэтому все они должны включаться в сеть параллельно, ибо только в этом случае они окажутся под одним и тем же напряжением (220 В) и будут продолжать работать при выключении одного из них.

На рисунке 45 приведена упрощенная схема квартирной электропроводки. Провода сети, между которыми существует напряжение 220 В, обозначены буквами Ф и О. Первый из них называют фазным, второй — нулевым. Нулевой провод соединен с землей. Именно с ним соединяют все потребители. И наоборот, все выключатели соединяют с фазным проводом. Такой порядок подключения потребителей и выключателей обеспечивает наибольшую безопасность человека.

. 1. Какое соединение называют параллельным? 2. Начертите схему цепи, изображенной на рисунке 44. 3. Какие три закономерности справедливы для параллельного соединения проводников? 4. Как находится общее сопротивление параллельно соединенных проводников, когда они одинаковые? 5. Перечислите все элементы электрической цепи, изображенной на рисунке 45. 6. Предположим, что при замене лампы человек случайно коснулся металлического контакта в патроне лампы и одновременно с этим какой-либо заземленной части здания (например, батареи отопления). Под каким напряжением он окажется? Рассмотрите ситуацию, когда лампа и выключатель подсоединены к проводам сети так, как это показано на рисунке 45. Что произойдет, если лампу и выключатель поменять местами? 7. Почему у вольтметров делают большое внутреннее сопротивление, а у амперметров — малое?

Схема параллельного подключения лампочек в цепи

Начинающим электрикам довольно часто приходится сталкиваться с особенностями подключения того или иного электрооборудования. Ярким примером может считаться схема параллельного подключения ламп, как один из наиболее распространенных вариантов. Именно его используют профессионалы в быту при монтаже освещения, последовательная схема применяется сравнительно редко. Поэтому с целью недопущения ошибок во время параллельного подключения стоит рассмотреть вопрос более детально.

Что такое параллельное подключение?

Под параллельным подключением в электротехнике следует понимать такой способ соединения электрических приборов, при котором каждый из них имеет аналогичное соединение полюсов по отношению к источнику питания или в электрической цепи.

Для этого рассмотрим пример параллельного включения лампочек накаливания:

Рис. 1. Параллельное подключение ламп к источнику

Как видите, здесь каждая лампа от Л1 до Л4 соединяется одним контактом к фазному выводу, а вторым, к нулевому. Или в таком же порядке для цепи постоянного тока – один контакт лампы к плюсу, а второй к минусу. Таким образом, получается, что все выводы фазы одинаковые и соединены в одну точку, также в одну точку подключены и нулевые выводы. С технической стороны параллельное подключение может производиться любым количеством ламп от двух и более.

Особенностью этого соединения является подача напряжения от источника E в месте включения контакта от каждой лампы. Соответственно, каждая из ламп получает номинал питания, к примеру, 220 вольт сети придется на пару контактов. Следует отметить, что кроме ламп Ильича параллельное подключение подходит и для любых других типов осветительного оборудования (светодиодных лампочек, люминесцентных, галогенных и т.д.).

Помимо вышеприведенного примера можно встретить и другие способы параллельного подсоединения:

Рис. 2. Варианты смешанного параллельного подключения

Как видите на рисунке выше лампочки Л1 – Л3 на первой схеме имеют параллельное включение по отношению друг к другу. Однако по отношению к резистору R1 и диоду VD1 подключение всей группы будет последовательным. На второй схеме лампы Л1 – Л2 и Л3 – Л4 подключены последовательно по отношению друг к другу, но попарно Л1 – Л2 с парой Л3 – Л4 подключены параллельно. На практике важно учитывать не только особенности конфигурации цепи, но и физические параметры.

Физические параметры

Важным этапом при подключении галогенных, светодиодных или люминесцентных светильников являются физические данные. Основным параметром для всех ламп можно считать омическое сопротивление, на основании которого и рассчитывается потребляемая мощность.

Для примера рассмотрим вариант подключения приборов освещения, как классической резистивной нагрузки:

Рис. 3. Параллельное включение резистивной нагрузки

Так те же нити накаливания представляют собой чисто резистивную нагрузку, поэтому мы их будем рассчитывать, как сумму резисторов R1 – R3. Для параллельных схем включения вычисление суммарного сопротивления всех устройств производится исходя из соотношения:

После преобразования выражение получит вид:

Аналогичным образом вычисление производится для включения люминесцентных и светодиодных светильников. Заметьте, что при расчетах в идеальных условиях сопротивлением соединительных проводов пренебрегают. Такой прием актуален и для большинства осветительных приборов, так как величина получается несоизмеримо меньше. Однако в случае расчета слаботочных ламп или светодиодов сопротивлением проводов не всегда можно пренебречь, поэтому они также участвуют в расчетах.

Преимущества и недостатки

В домашних и производственных целях параллельное подключение широко используется для решения различных задач. При выборе такого способа важно учитывать все за и против, поэтому дальше мы рассмотрим преимущества и недостатки для освещения люминесцентными, накаливания, светодиодными или другими типами ламп.

К преимуществам схемы следует отнести:

• на каждую лампу подается строго установленная величина напряжения, не зависимо от их сопротивления;
• каждая лампа работает на полную мощность, выдавая заявленные номинальные параметры;
• в случае перегорания одной из ламп в цепи остальные продолжат выполнять свои непосредственные функции без каких-либо изменений в штатном режиме.

Недостатки такого способа подключения в большей части связаны с экономическими аспектами или аварийными режимами работы:

• требуется больший расход соединительных проводников при подключении на большие расстояния;
• при повышении напряжения более номинального лампочка светится гораздо сильнее, из-за чего галогенные светильники и лампы Ильича будут чаще выходить со строя;
• начинающие электрики или неискушенные в электротехнике могут запутаться на этапе подключения точечных или других светильников.

Практическое применение

Все соединения в электрических схемах подразделяются на последовательные и параллельные. На практике параллельная схема применяется для любого освещения у вас дома:

• точечных светильников;
• ламп в люстре;
• модулей в светодиодной ленте и т.д.

Не зависимо от конкретного вида подключения и применяемого оборудования, схема будет идентична. В некоторых ситуациях, чтобы подключить точечных светильник применяется блок питания или электронный трансформатор, в других монтаж люминесцентных ламп производится напрямую от сети, что показано на рисунке ниже:

Рис. 4. Подключение светильников по комнатам

54. Параллельное соединение проводников — В.И. Лукашик, Сборник задач по физике

1367. На панели укреплены три патрона с электрическими лампами. Начертите схему соединения клемм ламп между собой и полюсами источника тока так, чтобы лампы были соединены параллельно; последовательно; две параллельно, а третья последовательно с ними.

1368. В цепи батареи параллельно включены три электрические лампы. Нарисуйте схему включения двух выключателей так, чтобы один управлял двумя лампами одновременно, а другой — одной третьей лампой.

1369. На рисунке 334 б) показана проводка к двум электрическим лампам. Правильно ли включены лампы, если обе они рассчитаны на напряжение 220 В и напряжение в сети равно 220 В?
Нет. Лампы следует включить параллельно.

1370. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, электрической лампы, звонка и трех рубильников, причем если включить первый рубильник, то горит лампа, если второй — работает звонок, третий — одновременно загорается в) лампа и работает звонок. (В последнем случае лампа горит неполным накалом.)

1371. На рисунке 335 показаны батарея А, два звонка В и С и два выключателя b и с. Начертите, как должны быть соединены они проводами, чтобы выключатель b управлял звонком В, а выключатель с — звонком С.

1372. Будут ли изменяться показания вольтметра V (рис. 336), если перемещать ползунок реостата влево или вправо? Будут ли при этом изменяться показания амперметра? Если будут, то как?
Показания амперметра при движении ползунка влево будут увеличиваться, вправо — уменьшаться; вольтметра —- наоборот.

1373. Как изменятся показания измерительных приборов в цепи, схема которой изображена на рисунке 337, если параллельно резистору R3 включить резистор R4, сопротивление которого больше (или меньше), чем сопротивление резистора R3?
Показания амперметров и вольтметров V1 и V2 увеличатся, показание вольтметра V уменьшится.

1374. При замкнутой цепи вольтметр V2 (рис. 338) показывает 220 В. Каким станет показание этого вольтметра, если в точке О произойдет разрыв цепи? Каким было показание вольтметра VI до обрыва цепи? Каким станет показание вольтметра VI после обрыва цепи?
Показание вольтметра V2 останется прежним: U2 = 220В. Вольтметр V1 до разрыва показывает: U1′ = 220В, а после разрыва U1″ = 0В.

1375. При напряжении U и разомкнутом выключателе (рис. 339) амперметр показывает силу тока I. Каково будет показание амперметра, если: а) замкнуть цепь (напряжение поддерживается постоянным); б) при замкнутом выключателе напряжение увеличить в 2 раза? (Сопротивления, включенные в цепь, одинаковы.)
а) При замыкании цени сопротивление уменьшается в два раза, а, следовательно, сила тока увеличивается вдвое.
б) При замыкании цепи и увеличении в ней напряжения в два раза сопротивление уменьшается в два раза, а, следовательно, сила тока увеличивается в четыре раза.

1376. Начертите схему цепи, состоящую из источника тока, трех ламп, включенных параллельно, амперметров, измеряющих силу тока в каждой лампе и во всей цепи, и выключателя, общего для всей цепи.

1377. Лампы и амперметр включены так, как показано на рисунке 340. Во сколько раз отличаются показания амперметра при разомкнутом и замкнутом ключе? Сопротивления ламп одинаковы. Напряжение поддерживается постоянным.
Обозначим за R сопротивление лампы. При разомкнутом ключе сопротивление цепи равно R, при замкнутом 2/3 R . Таким образом, при замкнутом ключе сила тока больше в 1,5 раза.

1378. Амперметр, включенный в цепь, состоящую из источника тока и электрической лампы а, показывает некоторую силу тока. Как изменится показание амперметра, если в эту цепь включить еще одну лампу б (рис. 341)?
Обозначим за R сопротивление лампы. Если в цепь включена одна лампа, то ее сопротивление равно R, если две, то ½ R . Таким образом, при замкнутом ключе сила тока больше в 2 раза.

1379. Кусок проволоки сопротивлением 10 Ом разрезали пополам и полученные половины соединили параллельно. Каково сопротивление соединенной проволоки?

1380. Кусок проволоки сопротивлением 80 Ом разрезали на четыре равные части и полученные части соединили параллельно. Каково сопротивление соединенной проволоки?

1381. Медный проводник сопротивлением 10 Ом разрезали на 5 одинаковых частей и эти части соединили параллельно. Определите сопротивление этого соединения.

1382. К проводнику, сопротивление которого 1 кОм, параллельно подключили проводник сопротивлением 1 Ом. Докажите, что общее их сопротивление будет меньше 1 Ом.

1383. Напряжение в сети 120 В. Сопротивление каждой из двух электрических ламп, включенных в эту сеть, равно 240 Ом. Определите силу тока в каждой лампе при последовательном и параллельном их включении.

1384. В цепь включены параллельно два проводника. Сопротивление одного равно 150 Ом, другого — 30 Ом. В каком проводнике сила тока больше; во сколько раз?

1385. В цепь (рис. 342) включены две одинаковые лампы. При замкнутых выключателях 1 к 2 амперметр А показывает силу тока 3 А. Что покажет амперметр А2, если выключатель 1 разомкнуть? (В цепи постоянное напряжение.)

1386. Две электрические лампы включены параллельно под напряжение 220 В. Определите силу тока в каждой лампе и в подводящей цепи, если сопротивление одной лампы 1000 Ом, а другой 488 Ом.

1387. Амперметр А (рис. 343) показывает силу тока 1,6 А при напряжении 120 В. Сопротивление резистора R1 = 100 Ом. Определите сопротивление резистора R2 и показания амперметров А1 и А2.

1388. В цепь (рис. 344) включены две одинаковые лампы. При положении ползунка реостата в точке В амперметр А1 показывает силу тока 0,4 А. Что показывают амперметры А и А2? Изменятся ли показания амперметров при передвижении ползунка к точке А?

1389. Общее сопротивление четырех одинаковых ламп, включенных так, как показано на рисунке 345, равно 75 Ом. Чему равно сопротивление одной лампы?

1390. На рисунке 336 изображена схема смешанного соединения проводников. Приняв сопротивление левого резистора 30 Ом при параллельном включении, а правого резистора 60 Ом и сопротивление на реостате 40 Ом, требуется определить общее сопротивление этого участка цепи.

Параллельное и последовательное подключение ТЭНов

Данная задача часто возникает в условиях, когда к одному источнику питания нужно подсоединить сразу несколько единиц нагревателя. Параллельным методом можно подключить неограниченное число нагревательных элементов, а вот последовательным в основном подключают лишь два нагревательных элемента. Создать надежное подключение электронагревателей последовательным методом задача довольно-таки непростая. При последовательном подключении есть такая особенность, что выход из строя одного нагревательного элемента приведет к остановке работы всей цепочки. А вот в случае параллельного подключения поломка отдельного нагревателя не повлияет на работу остальных элементов нагрева.

В основном для подключения необходимо наличие двух ТЭНов. В случае их соединения в последовательном порядке напряжение каждого отдельного нагревателя должно равняться половине общедоступного напряжения. К примеру, два трубчатых нагревателя рассчитанных на 240 Вольт подключаются к питанию 480 Вольт. При этом каждый нагреватель должен обладать одинаковой мощностью. В случае разной мощности и напряжения нагревательные устройства общее напряжение будут получать не в равном количестве. В случае подключения двух нагревателей методом параллельного соединения, напряжение каждого из нагревателей должно равняться напряжению питания.

Ниже предложено несколько расчетов подключения трубчатых электронагревателей

Сила тока (Ампер)

Представим несколько нагревателей с одинаковыми характеристиками, которые будут подключены параллельно или последовательно по разным схемам соединения. В расчётах нам нужно будет учитывать следующие характеристики:

R = полное сопротивление

P = общий показатель мощности

U и I соответственно напряжение и сила ток

Параллельное соединение

Число нагревателей при этом типе соединения может равняться от 2 и более единиц греющих элементов. Показатель общего сопротивления в таком случае будет равен:

R = r / 2 либо R = r / 3 либо R = r / x, где r — сопротивление одного ТЭНа.

Общая мощность будет определяться по следующей формуле:

P = 2*p либо P = 3*.p либо P = x*p, где р – мощность одного элемента нагрева

Два нагревательных элемента с параллельным подключением рассчитанных на 1000 Вт 230 В и работающих от 230В, способны генерировать 2000 Вт при 230 В с R = 26,45 Ом

Три нагревателя с параллельным соединением с показателями на 1000 Вт 230 В, работающие от 230 В, генерируют 3000 Вт при 230 В с R = 17,63 Ом и

Последовательное подключение трубчатых электронагревателей

По аналогии с предыдущим методом берем 2, 3 или более одинаковых электронагревателей. Каждый из нагревателей обладает сопротивлением r и мощностью р. При последовательном подключении складываем их значения и вычисляем:

R = 2*r либо R = 3*r либо R = x*r

P = p / 2 либо P = p / 3

Два электронагревателя с последовательным подключением обладающие мощностью 1000 Вт 230 В, работают от 230 В, способны генерировать 500 Вт при 230 В с R = 105,87 Ом (уровень мощности, создаваемый нагревателями, в 4 раза меньше).

Подключение нагревателей к трехфазной сети

Соединение по схеме «треугольник»

Номинальное напряжение каждого из нагревателей будет идентичным напряжению между фазами при соединении треугольником.

Соединение по типу «звезда»

Номинальное напряжение нагревателей в данном случае будет равно напряжению между фазами трехфазной проводки, разделённому на корень из 3 или 1,732

Три нагревателя с показателем мощности1000 Вт 230 В, которые подключены к трехфазной сети 400 В, способны генерировать 3000 Вт.

Три нагревателя с показателем мощности 1000 Вт 400 В, подсоединенные к трехфазному питанию 400 В, вырабатывают 1000 Вт.

Более подробно рассмотреть подключение нагревателей к трехфазной сети, вы можете на сайте «ТЭН24» в разделе статьи — подключение ТЭН по типу «звезда» и «треугольник».

Выводы

При выборе параллельного подключения напряжение каждого нагревателя будет одинаковым. Показатель общей мощности будет равен сумме общей мощности всех нагревательных элементов. При этом поломка одного из нагревателей не приведет к выходу из строя всей цели нагревательных элементов.

В случае последовательного подключения ТЭН общий показатель сопротивления будет состоять из общих значений сопротивления каждого греющего элемента. Напряжение на каждом отдельном нагревателе будет рассчитываться на основе следующей формулы: Uобщ/число нагревательных элементов (для одинаковых ТЭН). В соответствии с этим общий показатель мощности снизится на столько, сколько нагревателей есть всего в системе.

Некоторые нагревательные устройства не способны выполнять свою работу надежно при одинаковом напряжении. Это зависит от физических размеров нагревательных элементов. В связи с этим желательно подбирать нагревательные элементы, у которых будет оптимальные размеры спирали. В данном случае необходимость последовательного подключения отпадет. Важно понимать, что нагреватели с параллельным подключением должны иметь одинаковое напряжение. Устройства с параллельным подключением в свою очередь будут одинаковый ток. Подключать ТЭНы в последовательном порядке целесообразно только тогда, когда имеется два нагревательных элемента с одинаковой мощностью и напряжением. В данном случае их сумма мощности будет ниже. В основном трубчатые элементы нагрева соединяются в параллельном порядке.

Если после прочтения данной статьи у вас остались вопросы по подключению ТЭН вы можете в любое время обратиться к нашим консультантам по обратной связи сайта или воспользовавшись предложенной контактной информацией. «ТЭН24» с удовольствием подскажет, как подключать ТЭНы и подберет самый подходящий вариант нагревателей для решения ваших задач. У нас вы можете выбрать стандартные устройства нагрева различного направления работы и комплектующие к ним. При необходимости мы можем предложить нагреватели индивидуальной сборки с максимально подходящими характеристиками под ваше оборудование.

Трубчатые нагреватели — самые универсальные из всех электронагревательных элементов. Им можно придать практически любую конфигурацию. Трубчатые нагревательные элементы обеспечивают исключительную теплопередачу за счет теплопроводности, конвекции и излучения для нагрева жидкостей, воздуха, газов и поверхностей.

Типовые установки и использование трубчатых нагревателей

В свободном воздухе

Для таких применений, как духовки и сушильные шкафы, трубчатые нагревательные элементы представляют собой компактные надежные источники тепла. Их формуемость позволяет размещать их вокруг других компонентов печи и рабочих выступов, концентрируя тепло в любой точке.

В циркулирующем воздухе

Компрессионные фитинги, заводские фитинги или кронштейны служат для крепления трубчатого элемента в воздуховоде или камере нагрева воздуха.

В резервуары с жидкостями

Трубчатые нагреватели могут быть установлены через боковую стенку резервуара с помощью компрессионных фитингов или заводских фитингов.

Передача тепла металлическим частям

Доступные диаметры, длины, номинальные характеристики, удельная мощность, поперечное сечение и максимальные температуры обеспечивают решение для данной работы.

Погружение в жидкостной нагрев

Обычно воду и водные растворы можно нагревать до любой желаемой температуры. Если жидкость находится под давлением, температура не должна превышать максимальную температуру оболочки элемента.

Масляное отопление

Элементы стальной оболочки могут использоваться для жидкого топлива, теплоносителя и других растворов, не вызывающих коррозию стальной оболочки.

Воздушное и газовое отопление

Используйте удельную мощность, совместимую с рабочими температурами. Обогреватели, установленные горизонтально, необходимо поддерживать во избежание провисания при высоких температурах.

Правильное расстояние между опорами может варьироваться в зависимости от температуры применения, диаметра элемента и материала оболочки. Обычно достаточно расстояния между опорами от 12 до 18 дюймов.

Если воздух, проходящий через элементы, позволяет использовать более высокие удельные мощности, убедитесь, что воздушный поток распределяется равномерно. Допускается приблизительно 1/8 дюйма на фут длины элемента для расширения и сжатия элементов.

Накладной нагрев

Используйте удельную мощность, совместимую с рабочими температурами. См. Руководство по применению трубчатого нагрева твердых тел, жидкостей, воздуха и газа или используйте кривую G-175S в техническом разделе. Нагреватели должны быть плотно зажаты для обеспечения хорошей теплопередачи, но должны иметь возможность расширяться по мере нагрева. Слишком плотно зажатые нагреватели будут отклоняться от нагреваемой поверхности, что приведет к низкой эффективности нагрева и возможному выходу нагревателя из строя. Обычно лучше сначала затянуть средний зажим, чтобы удерживать элемент. Другие зажимы следует затянуть достаточно, чтобы удерживать, но поверните их на пол-оборота, чтобы обеспечить расширение и сжатие.

В зависимости от характеристик, оболочки и формы электрические трубчатые нагреватели «ТЭН24» используются в различных областях промышленного нагрева (кондуктивный, конвекционный, радиационный), которые требуют рабочих температур до 750 ° C (1382 ° F) для нагрева жидкостей, газов и твердых веществ. Доступны различные диаметры, позволяющие отрегулировать удельную мощность в вашем приложении и спроектировать промышленное отопительное оборудования для обеспечения максимальной производительности и длительного срока службы. Стандартные и изготовленные на заказ клеммные штыри упрощают установку и обслуживание. «ТЭН24» использует высококачественный оксид магния, чтобы обеспечить эффективную передачу тепла от резистивной катушки к теплоносителю, будь то воздух, жидкость или твердое тело. Радиусы изгиба разработаны с тщательной экспертизой, чтобы обеспечить оптимальную производительность при соблюдении «формы и функции» в вашем приложении.

Получите расценки на трубчатый нагреватель сегодня. «ТЭН24» также производит другие решения для промышленного обогрева, такие как инфракрасные обогреватели, погружные обогреватели, циркуляционные обогреватели и многое другое.