Содержание

Последовательное и параллельное соединение светодиодов

При конструировании различных электронных устройств часто возникает необходимость в последовательном, параллельном или комбинированном включении элементов. Не стали исключением и светодиоды. Учитывая их небольшие размеры, а также с целью повышения яркости, в одном корпусе осветительного прибора можно разместить несколько LED-чипов.

Как правильно собрать электрическую цепь, чтобы надёжность схемы была на высоком уровне? Что нужно знать о светодиодах, соединяя их параллельно или последовательно?

Параллельное соединение

Необходимость в параллельном включении возникает в случае, когда напряжения источника питания недостаточно для запитки нескольких последовательно соединённых светодиодов. Теоретически, в самом простом варианте можно было бы отдельно объединить все аноды и все катоды излучающих диодов. После чего подключить их к источнику напряжения с соблюдением полярности. Но такая схема не работоспособна, так как дифференциальное сопротивление открытого светодиода чрезмерно мало, что провоцирует режим короткого замыкания. В результате все светодиоды в цепи единожды вспыхнут и навсегда погаснут.

Но как говорят: «Правило без исключений не бывает». В китайских игрушках и зажигалках с подсветкой можно увидеть, что светодиоды запитаны прямо от батареек без каких-либо промежуточных элементов. Почему они не перегорают? Дело в том, что ток в цепи ограничен внутренним сопротивлением круглых батареек типа AG1. Их мощности недостаточно, чтобы нанести вред светодиоду.

Ограничить резкое нарастание тока в нагрузке можно с помощью резистора. О том, как это грамотно сделать с одним светодиодом, подробно написано в данной статье. Для цепи из нескольких параллельно подключенных LED с одним резистором схема примет следующий вид. Но и этот вариант не пригоден для конструирования осветительных устройств с высокой надёжностью. Почему? Ответ на этот вопрос кроется в особенностях строения полупроводников. В процессе производства полупроводниковых элементов невозможно получить два абсолютно одинаковых прибора. Даже у светодиодов из одной партии будет разное дифференциальное (внутреннее) сопротивление, от которого зависит величина прямого напряжения. Это касается не только светодиодов, но и других полупроводников. Среди  диодов, транзисторов и тиристоров тоже не найти двух приборов с равными электрическими параметрами.

Из второй схемы видно, что резистор R1 ограничивает только суммарный ток цепи, который затем распределяется по ветвям со светодиодами в зависимости от их сопротивления. По закону Ома светодиод с наименьшим сопротивлением p-n-перехода получит наибольшую порцию тока. И скорее всего он будет больше номинального значения, что ускорит деградацию кристалла. Работа светодиода в режиме перегрузки по току рано или поздно приведёт к выходу из строя на обрыв. Оставшиеся в работе светодиоды распределят между собой ток сгоревшего элемента, что также приведёт к резкой потере яркости.

Как и в первом варианте, китайцы не стесняются конструировать светильники на базе «полурабочих» схем. Схему с одним резистором часто можно встретить в дешёвых фонариках и маломощных светильниках на пальчиковых батарейках. А чтобы светодиоды проработали хотя бы год, сопротивление резистора умышленно завышают, как бы, исключая возможные перегрузки.

Ниже приведен единственно верный вариант параллельного включения светодиодов. Здесь последовательно с каждым светодиодом подключен ограничительный резистор. Такое схемотехническое решение позволяет выровнять токи в каждой отдельной ветви, не позволяя им превышать рабочее значение.

Подключать светодиоды через резистор рекомендуется только от стабилизированного источника постоянного напряжения.

Пример расчета

Для закрепления теоретических знаний параллельное соединение светодиодов рассмотрим на конкретном примере. В схеме включены два светодиода: слаботочный красный и мощный одноваттный белый, которые для удобства можно запитать от разных выключателей.

Дано:

  • источник напряжения U = +5 В;
  • LED1 – красного свечения с ULED1 = 1,8 В и ILED1 = 0,02 А;
  • LED2 – белого свечения с ULED2 = 3,2 В и ILED2 = 0,35 А.

Требуется рассчитать параметры и выбрать резисторы R1 и R2.

При параллельном включении к обеим ветвям (R1-LED1 и R2- LED2) прикладывается одинаковое напряжение, равное 5 В. Сопротивление каждого резистора определим по формуле: Округляем полученное значение R2 до ближайшего большего значения из стандартного ряда E24 – 5,1 Ом. Подставив его обратно в формулу, находим реальный ток во второй ветви: С учетом возможного отклонения сопротивления выбранного резистора, которое для ряда Е24 может достигать 5%, ток 0,33 А является оптимальным. Снижение рабочего тока примерно на 4% сильно не повлияет на яркость, но позволит светодиоду работать без перегрузок.

Мощность, которую должны рассеивать резисторы, определим с учетом пересчёта тока LED2 по формуле: Резистор R1 подойдёт любой как планарный, так и с выводами сопротивлением 160 Ом и мощностью 0,125 Вт. Корпус резистора R2 должен эффективно отводить тепло в течение длительной работы светильника. Поэтому его выбираем с двойным запасом по мощности, а именно: 5,1 Ом – 1 Вт.

Последовательное соединение

В последовательном включении светодиодов нужно соблюдать правило: «Напряжение источника питания должно быть больше суммы падений напряжений на светодиодах». Остаток напряжения в неравенстве гасится одним единственным резистором R, правильное включение которого показано на схеме. Все светодиоды подключаются поочередно от анода к катоду. Сопротивление резистора задаёт ток цепи. Это значит, что соединять последовательно можно светодиоды только с одинаковым рабочим током.

Пример расчета

Расчет сопротивления и мощности резистора проведём на примере включения трёх белых светодиодов из серии Cree XM-L, для которых характерным является ток ILED = 0,7 А и прямое напряжение ULED = 2,9 В. Взяв за основу цветовую температуру и требуемую яркость, можно последовательно подключать светодиоды из разных групп в пределах серии XM-L. Например, один Cree XM-L-T6 с ТС=5000°K и два Cree XM-L-T2 с ТС=2600°K, которые в итоге дадут мощный поток нейтрального света. Питание на схему поступает от блока стабилизированного напряжения U = +12 В. Сопротивление резистора находим по закону Ома: Ближайший стандартный номинал – 4,7 Ом, при котором ток теоретически будет равен 0,702 А. Это не критично, но следует быть уверенным, что сопротивление резистора не изменится под влиянием температуры во время работы. Поэтому устанавливать нужно либо прецизионный резистор с допуском менее 1%, либо последовательно с R1 = 4,7 Ом запаять ещё одно сопротивление 0,1-0,2 Ом такой же мощности.

Найдём мощность резистора: По аналогии с расчётами для первой схемы устанавливать нужно резистор примерно с двойным запасом по мощности, то есть один на 5 Вт. Можно его заменить на два штуки по 2 Вт, но тогда придётся пересчитать сопротивление.

Два важных момента

В момент первого включения желательно измерить мультиметром ток в цепи и падение напряжения на каждом светодиоде. Если полученные данные будут отличаться от расчётных, то нужно пересчитать сопротивление резистора. Иначе, ток в схеме может оказаться слишком заниженным (с потерей яркости) или завышенным (с перегревом чипа светодиода).

Как в последовательном, так и в параллельном включении светодиодов нельзя делать расчеты, ссылаясь исключительно на способность источника питания обеспечить нужный ток или напряжение. Важны оба этих параметра, произведение которых даёт мощность. Мощность блока питания всегда должна быть больше мощности потребления, чтобы гарантировать стабильную и продолжительную работу всего устройства.

Читайте так же

ledjournal.info

Проводники: последовательное и параллельное соединение

Содержание:
  1. Последовательное соединение проводников
  2. Параллельное соединение проводников
  3. Законы последовательного и параллельного соединения проводников
  4. Смешанное соединение проводников
  5. Видео

Течение тока в электрической цепи осуществляется по проводникам, в направлении от источника к потребителям. В большинстве подобных схем используются медные провода и электрические приемники в заданном количестве, обладающие различным сопротивлением. В зависимости выполняемых задач, в электрических цепях используется последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным. Каждая схема имеет свои особенности и отличия, поэтому их нужно обязательно заранее учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Последовательное соединение проводников

В электротехнике большое значение имеет последовательное и параллельное соединение проводников в электрической цепи. Среди них часто используется схема последовательного соединения проводников предполагающая такое же соединение потребителей. В этом случае включение в цепь выполняется друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Свойства такой электрической цепи можно рассмотреть на примере участков цепи с двумя нагрузками. Силу тока, напряжение и сопротивление на каждом из них следует обозначить соответственно, как I1, U1, R1 и I2, U2, R2. В результате, получились соотношения, выражающие зависимость между величинами следующим образом: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Таким образом, последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

  • Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
  • Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
  • Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R – общее сопротивление, R1 – сопротивление одного элемента, а n – количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является елочная гирлянда, когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

В электрических сетях проводники могут соединяться различными способами: последовательно, параллельно и комбинированно. Среди них параллельное соединение это такой вариант, когда проводники в начальных и конечных точках соединяются между собой. Таким образом, начала и концы нагрузок соединяются вместе, а сами нагрузки располагаются параллельно относительно друг друга. В электрической цепи могут содержаться два, три и более проводников, соединенных параллельно.

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный амперметр. Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 – силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

С помощью такой же схемы можно установить значение эквивалентного сопротивления. С этой целью в электрическую цепь добавляется вольтметр. Это позволяет измерить напряжение при параллельном соединении, сила тока при этом остается такой же. Здесь также имеются точки пересечения проводников, соединяющих обе лампы.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 – сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 – значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях – увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Параллельное соединение проводников характеризуется достаточно малым значением эквивалентного сопротивления, поэтому сила тока будет сравнительно высокой. Данный фактор следует учитывать, когда в розетки включается большое количество электроприборов. В этом случае сила тока значительно возрастает, приводя к перегреву кабельных линий и последующим возгораниям.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Для более четкого их понимания и восприятия в практической плоскости, последовательное и параллельное соединение проводников, формулы следует рассматривать в определенной последовательности:

  • Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
  • Закон ома параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
  • Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
  • При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
  • Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Для того чтобы более эффективно проектировать электрические сети, нужно хорошо знать последовательное и параллельное соединение проводников и его законы, находя им наиболее рациональное практическое применение.

Смешанное соединение проводников

В электрических сетях как правило используется последовательное параллельное и смешанное соединение проводников, предназначенное для конкретных условий эксплуатации. Однако чаще всего предпочтение отдается третьему варианту, представляющему собой совокупность комбинаций, состоящих из различных типов соединений.

В таких смешанных схемах активно применяется последовательное и параллельное соединение проводников, плюсы и минусы которых обязательно учитываются при проектировании электрических сетей. Эти соединения состоят не только из отдельно взятых резисторов, но и довольно сложных участков, включающих в себя множество элементов.

Смешанное соединение рассчитывается в соответствии с известными свойствами последовательного и параллельного соединения. Метод расчета заключается в разбивке схемы на более простые составные части, которые считаются отдельно, а потом суммируются друг с другом.

electric-220.ru

Параллельное соединение светодиодов, плюсы и минусы

Подключение одного светодиода никогда не создаст больших проблем. Что делать, если необходимо запитать два, три, четыре и более светодиодов? Верно. Нужно собрать LEDs в строку ( цепочку ). Соединения могут быть нескольких типов: параллельное соединение светодиодов, последовательное и параллельно-последовательное. Напишу несколько слов об этих соединениях. Авось кому-нибудь пригодится.

Для тех, кто еще не знает - самым оптимальным является последовательное соединение светодиодов. В этом случае ток на каждом LED, соединенном последовательно, будет одинаковым. Такое соединение нам позволяет легко контролировать токи.

Однако, не смотря на это, существуют источники питания, мощность которого не позволит запитать последовательные светодиоды. В этом случае нам и поможет параллельное соединение светодиодных источников.

к оглавлению ↑

Параллельное соединение светодиодов не правильное


Повторюсь еще раз - параллельное соединение светодиодов используют только тогда, когда источник питания низковольтный.

Не смотря на то, что такой тип соединения не очень приветствуется, его частенько используют. В таких типах соединений есть одно правило - параллельное соединение светодиодов никогда не происходит с использованием ТОЛЬКО ОДНОГО резистора!!!

Ну или для тех, кто понимает только визуальные картинки, то не правильное параллельное соединение будет выглядеть так:

Естественно, возникает вопрос - ПОЧЕМУ нельзя соединять так? А дело тут простое...

к оглавлению ↑

Расчет сопротивления при параллельном соединении светодиодов


Рассмотрим параллельное соединение светодиодов на примере двух источников питания. Данные будут получены из расчета удвоенного значения потребляемого тока. Т.е. ограничивающий резистор имеет в двое меньшее сопротивление, нежели. если бы мы запитывали один светодиод. В любом случае стоит помнить, что двух одинаковых LED не бывает, не смотря даже на то, если они выпущены одним заводом и из одной партии. Все диоды имеют разброс по потребляемому току, внутреннему сопротивлению. Кристалл с меньшим сопротивлением возьмет больше тока. Таким образом возникнет некий перекос. Это можно определить визуально. С большим потреблением диод буде светиться сильнее, с меньшим слабее. Если диоды из одной партии, то перекос не будет сильно заметен, а если LEDs еще и от разных производителей, то вполне возможна ситуация когда диод перегорит.

Вернемся "к нашим баранам"... Резистор рассчитывается на двойное потребление тока, а следовательно при перегорании одного - второй получает удвоенное напряжение и удвоенный ток. Это тоже критично. Данное правило справедливо не только для параллельного соединения двух светодиодов, но также и для большего количества с одним резистором. При перегорании одного, остальные выйдут из строя в самые короткие сроки, из-за пропорционально растущего напряжения и тока.

к оглавлению ↑

Правильное параллельное соединение светодиодов


На картинке показано правильное параллельное соединение светодиодов. От варианта с одним резистором, данный способ отличается тем, что каждый диод соединяют в параллель через свой резистор. Такое соединение не позволит появиться перекосу. Даже, если по каким-то причинам светодиод перегорит, второй не получит увеличенного напряжения.

к оглавлению ↑

Плюсы и минусы параллельного соединения светодиодов


Большим плюсом параллельного соединения стоит отметить, что в случае правильного соединения светодиодов при перегорании одного из них, остальные будут работать. При последовательном соединении светодиодов выход из строя одного из них приведет к тому, что строка из последовательно соединенных чипов перестанет светиться.

Минусом параллельного соединения светодиодов отметим - удорожание конструкции, за счет того, что в цепи появляются новые элементы. В результате конечный продукт может оказаться достаточно громоздким.

Стоит представить себе елочную гирлянду с таким соединением диодов... Для ее работоспособности придется соединять еще один проводник к паре светодиод-резистор. Поэтому 99,9 % всех гирлянд собраны из последовательно соединенных светодиодов.

к оглавлению ↑

Видео на тему параллельного соединения светодиодов


Ну и как всегда. в конце посмотрим достаточно интересное видео на тему параллельного соединения светодиодов зарубежного коллеги. Все русские видео на эту тему не достаточно информативны, в данном же произведении все понятно и без перевода.

leds-test.ru

Последовательное подключение проводников. Выбор сечения проводов. Лучше соединять параллельно

Когда проводка в квартире или доме уже присутствует и нет надобности подключать дополнительные источники света, то вопрос - как подключить лампу, не является актуальным. Но как же выполнить эту работу когда появляется такая необходимость. Тут без элементарных знаний электротехники и умения составить принципиальную, казалось бы, элементарную схему уже не обойтись.

Все источники света люминесцентные (экономки), светодиодные светильники могут быть подключены, как в принципе и все имеющиеся в электрической цепи сопротивления, параллельно, последовательно, смешанно. Смешанное соединение не используется для подключения ламп, так как в нём просто нет необходимости. А вот на параллельном и последовательном подключении стоит остановить своё внимание поподробнее.

Последовательное и параллельное подключение двух и более источников света

Для того чтобы подключить самую простую лампочку накаливания, как в принципе и любую другую, нужно подключить её один контакт к фазе, а другой к нулю, самому распространённому в бытовых условиях стран СНГ переменному напряжению 220 вольт.

Параллельное подключение устройств освещения подразумевает под собой подключение двух и более источников светового потока в параллель, то есть одни контакты ламп подключаются только к фазе, а все другие только к нулю, как показано на рисунке 1.

Через каждую лампочку пройдёт ток, который будет зависеть от её мощности, так же как и яркость светового потока, излучаемого ими, будет тоже зависеть от мощности каждой лампы. Естественно, что ток I будет равен сумме всех трёх токов, поэтому диаметр сечения основных проводников следует выбирать согласно ему. Это подключение считается самым распространённым и приемлемым, так как к нему можно будет, при необходимости в будущем, добавлять источники света и они не будут влиять на уже установленные.

При последовательном соединении, изображённом на рисунке, ток, протекающий по одной лампочке, будет зависеть от мощности, каждого источника света, а напряжение на них будет разделено на количество ламп и при данном входящем напряжении 220 вольт, будет равняется 110 вольт на каждом источнике света.

Такое подключение нужно обязательно выполнять со светильниками, которые имеют равную мощность. Рассмотреть это можно на примере двух ламп накаливания. Так как если подключить одну лампу 20 Ватт, а другую, например, на 200 Ватт, то лампа с меньшей мощностью тут же выйдет из строя, так как по ней пройдёт ток такой же, как и во второй лампе мощностью 200 Ватт, а это в 10 раз больше её номинала. Такое подключение может быть использовано для увеличения срока службы ламп накаливания, например, в подъездах и на лестничных клетках. Подключив две лампы на 220 вольт и мощностью, например, по 60 Ватт, они будут гореть вполсилы и прослужат очень долго. Нужно учесть, что это возможно только при подключении ламп накаливания. Последовательное подключение двух и более светодиодных ламп (светильников) и экономичных ламп нецелесообразно, так как они и так обладают довольно большим сроком службы.

Подключение лампы на один выключатель или на несколько

Как подключить лампу через выключатель? Главным нюансом при подключении является то, что нулевой провод питания непосредственно подключается к сети 220 вольт, а через выключатель разрывается фаза. Это делается для того чтобы можно было смело решать проблемами с патроном осветительного прибора, отключив лишь выключатель. Если подключение двух выключателей выполнить последовательно, то только при нажатии обеих клавиш лампа загорится. Такие виды подключения выключателей освещения очень редко используются, только при определённых индивидуальных условиях.

Интереснее является подключение так называемого проходного выключателя.

Суть такой схемы подключения одной лампы заключается в том, что включение и отключение лампы может быть произведено как от первого, так и от второго выключателя, вне зависимости в каком положении каждый из них. Например, это удобно, допустим, в длинном коридоре при входе в него человек нажимает на клавишу выключателя 2, и спокойно идёт по освещённому помещению, дойдя до конца коридора, не нужно возвращаться для выключения света, а можно лёгким нажатием выключателя 1, установленного в конце коридора, произвести отключение данного источника света. При таком подключении фаза тоже проходит через выключатели.

Усовершенствование освещения путём установки датчика движения

Главная функция установки датчика движения и подключения его к системе освещения, это автоматическое включение освещения без нажатия на клавишу выключателя освещения. То есть человек зашел помещение или в зону срабатывания датчика и свет включился, после ухода свет самостоятельно (автоматически) выключился. При выборе датчика движения необходимо в первую очередь учесть максимальную мощность ламп освещения.

Схема подключения датчика движения тоже не вызывает особых сложностей. Её можно устанавливать как с выключателем, так и без него. Просто при включении контакта выключателя датчик движения выводится из сети освещения, и осветительный прибор включается напрямую без датчика.

В любом случае работая с напряжением обязательно выполнять требования техники безопасности, а в частности:

  • проверять наличие и отсутствие напряжения на токоведущих элементах, к которым человек дотрагивае

mirhat.ru

Исследовательская работаПараллельное соединение лампочки и электродвигателя в повседневной жизни и техника безопасности при работе с электроприборами.

Секция Физика

Номинация: Учебные проекты

Параллельное соединение лампочки и электродвигателя в повседневной жизни и техника безопасности при работе с электроприборами.

Автор: Ивонин Глеб Игоревич 2 Г класс

Школа № 38 Октябрьского района ГО г. Уфы

Научный руководитель: Колегойда Е.А., учитель начальных классов

Школа № 38 Октябрьского района ГО г. Уфы

Актуальность: Последовательное соединение ламп накаливания в домашнем быту используется редко.

Ситуация была такая, что подъездная лампа перегорала с периодичностью в один месяц, и надо было что-то делать.

Обычно, в таких случаях лампу включают через диод, чтобы она питалась пониженным напряжением 110В и долго служила. Вариант проверенный, но при этом сама лампа мерцает, да и светит в полнакала.

Когда же стоят две последовательно, то они так же питаются пониженным напряжением 110В, не мерцают, долго служат, светят и потребляют энергии как одна. Причем их можно развести по разным углам помещения, что тоже плюс.

Здесь в линии коричневого цвета, лампы HL1 и HL2 соединены последовательно – одна за другой. Поэтому такое соединение называют последовательным.

Если подать напряжение питания 220В на концы L и N, то загорятся обе лампы, но гореть они будут не в полную силу, а в половину накала. Так как сопротивление нитей ламп рассчитано на питающее напряжение 220В, и когда они стоят в цепи последовательно, одна за другой, то за счет добавления сопротивления нити накала следующей лампы, общее сопротивление цепи будет увеличиваться, а значит, для следующей лампы напряжение всегда будет меньше согласно закону Ома.

Поэтому при последовательном соединении двух ламп напряжение 220В будет делиться пополам, и составит 110В для каждой.

Примером последовательного соединения могут служить новогодние гирлянды. Здесь из миниатюрных лампочек с низким питанием создается одна лампа на напряжение 220В.

Например, берем лампочки, рассчитанные на 6,3 Вольта и делим их на 220 Вольт. Получается 35 штук. То есть, чтобы сделать одну лампу на напряжение 220В, нам нужно соединить последовательно 35 штук с напряжением питания 6,3 Вольта.

Как Вы знаете, у гирлянд есть один недостаток. Перегорает одна из ламп, например, канала зеленого цвета, значит, не горит канал зеленого цвета. Тогда мы идем на рынок, покупаем лампочки зеленого цвета, а потом дома по одной вынимаем, вставляем новую, и пока не заработает канал, перебираем его весь.

Вывод:

Недостатком последовательного соединения является то, что если выйдет из строя хоть одна из ламп, гореть не будут все, так как нарушается электрическая цепь.

А вторым недостатком, является слабое свечение. Поэтому последовательное соединение ламп накаливания на напряжение 220В в домашних условиях практически не применяется.

Параллельным соединением называют такое соединение, где все элементы электрической цепи, в данном случае лампы накаливания, находятся под одним и тем же напряжением. То есть получается, что каждая лампа, своими контактами, подключена и к фазе и к нулю. И если перегорит любая из ламп, то остальные будут гореть. Именно такое соединение ламп, рассчитанных на напряжение питания 220В, используется в домашнем быту, и не только.

На следующем рисунке так же изображено параллельное соединение. Здесь все три лампы соединены в одном месте. Еще такое соединение называют «звезда»

Бывают моменты, что когда именно из одной точки нужно развести проводку в разные направления.

Именно «звездой» делают разводку по квартире при монтаже розеток.

Параллельное включение ламп применяется и при освещении дорог. В частности, электрические лампы и двигатели, предназначенные для работы при определенном напряжении, всегда включают параллельно.
На электровозах постоянного тока и некоторых тепловозах тяговые двигатели в процессе регулирования скорости движения нужно включать под различные напряжения, поэтому они в процессе разгона переключаются с последовательного соединения на параллельное.

Цель моей исследовательской работы : показать преимущества параллельного соединения ламп и предложить рекомендации по технике безопасности при работе с электричеством.

Практическая ценность проделанной работы: при параллельном соединении элементов требуется больше проводов в реальной жизни, но это компенсируется тем, что если ломается один элемент, то все остальные работают. При этом весь ток будет проходить через эту вторую лампу. Это очень удобно. Если елочная гирлянда имеет параллельно включенные лампочки, и одна из них перегорает, то вы можете этого и не заметить. А когда заметите, просто заменить погасшую лампочку.

Так, электроприборы в наших домах включаются в цепь параллельно. И если один из них выходит из строя, то остальные остаются в рабочем состоянии.

Эквивалентным сопротивлением называется сопротивление, которое может заменить все элементы, входящие в данную цепь.

Стоить отметить, что при параллельном соединении эквивалентное сопротивление будет достаточно малым. Соответственно, сила тока будет достаточно большой. Это стоит учитывать при включении в розетки большого количества электрических приборов. Ведь тогда сила тока возрастет, что может привести к перегреванию проводов и пожарам.

Исследования:

1. Для представления проекта параллельного соединения лампочки и электродвигателя я установил пропеллер, затем замкнул выключатель, электродвигатель начнет вращаться, а лампочка загорится. Если выкрутить лампочку, замкнуть выключатель, электродвигатель продолжит работать.

2. Человеческое тело — проводник. Если случайно человек окажется под напряжением, то в большинстве случаев он не избежит травмы и даже смерти. Для этого я собрал конструктор со звуком звездных войн и светом, управляемый сенсором. Заменил кнопку сенсорной пластиной. Прерывистое прикосновение пальцев к пластине позволяет управлять звездными войнами.

Полученные результаты и их оценка:

Первый эксперимент показал, что параллельное соединение имеет существенные преимущества перед последовательным, вследствие чего оно получило наиболее широкое распространение, так если ломается один элемент, то все остальные работают.

Второй эксперимент показывает, что человеческое тело имеет не очень большое сопротивление (1кОм) и обладает свойствами электрического конденсатора (это устройство для накопления заряда и энергии электрического поля) . Человеческое тело — проводник. Если случайно человек окажется под напряжением, то в большинстве случаев он не избежит травмы и даже смерти.

Электричество – друг человечества. Однако, при неправильном обращении к нему, такая дружба может оказаться очень опасной. Чтобы снизить вероятность поражения электрическим током, необходимо соблюдать элементарные правила безопасной работы

Таким образом, я предлагаю рекомендации по технике безопасности при работе с электричеством.

Первая помощь при поражении электрическим током.

Электрический ток ничем не пахнет, не имеет цвета, не издает звуков и не осязается, поэтому предупредить человека о своем присутствии не может. О нем просто надо знать или быть предельно осторожным. При поражении электрическим током опасность усугубляется неспособностью пострадавшего помочь себе.

Обеспечь свою безопасность. Надень сухие перчатки (резиновые, шерстяные, кожаные и т.п.), резиновые сапоги. По возможности отключи источник тока. При подходе к пострадавшему по земле иди мелкими, не более 10 см, шагами. 

Сбрось с пострадавшего провод сухим токонепроводящим предметом (палка, пластик). Оттащи пострадавшего за одежду не менее чем на 10 метров от места касания проводом земли или от оборудования, находящегося под напряжением. 


Вызови (самостоятельно или с помощью окружающих) «скорую помощь». 

Определи наличие пульса на сонной артерии, реакции зрачков на свет, самостоятельного дыхания.

При отсутствии признаков жизни проведи сердечно-легочную реанимацию.

При восстановлении самостоятельного дыхания и сердцебиения придай пострадавшему устойчивое боковое положение. 

Если пострадавший пришел в сознание, укрой и согрей его. Следи за его состоянием до прибытия медицинского персонала, может наступить повторная остановка сердца. 

 

Освобождение пострадавшего от тока.

Прежде всего необходимо быстро освободить пострадавшего от действия электрического тока, т.е. отключить цепь тока с помощью ближайшего штепсельного разъема, выключателя (рубильника) или путем вывертывания пробок на щитке.
В случае отдаленности выключателя от места происшествия можно перерезать провода или перерубить их (каждый провод в отдельности) топором или другим режущим инструментом с сухой рукояткой из изолирующего материала.
При невозможности быстрого разрыва цепи необходимо оттянуть пострадавшего от провода или же отбросить сухой палкой оборвавшийся конец провода от пострадавшего.
Необходимо помнить, что пострадавший сам является проводником электрического тока. Поэтому при освобождении пострадавшего от тока оказывающему помощь необходимо принять меры предосторожности, чтобы самому не оказаться под напряжением: надеть галоши, резиновые перчатки или обернуть свои руки сухой тканью, подложить себе под ноги изолирующий предмет - сухую доску, резиновый коврик или, в крайнем случае, свернутую сухую одежду.
Оттягивать пострадавшего от провода следует за концы его одежды, к открытым частям тела прикасаться нельзя. При освобождении пострадавшего от тока рекомендуется действовать одной рукой.
Если он находится на стремянке, подставке или каком-либо ином приспособлении, надо принять меры, чтобы предотвратить ушибы или переломы при падении.
Если человек попал под напряжение выше 1000 В такие меры предосторожности недостаточны. Необходимо обратиться к специалистам, которые немедленно снимут напряжение.
Первая помощь пострадавшему
Меры первой помощи зависят от состояния пострадавшего после освобождения от тока.
Для определения этого состояния необходимо:
- немедленно уложить пострадавшего на спину;
- расстегнуть стесняющую дыхание одежду;
- проверить по подъему грудной клетки, дышит ли он;
- проверить наличие пульса (на лучевой артерии у запястья или на сонной артерии на шее;
- проверить состояние зрачка (узкий или широкий).
Широкий неподвижный зрачок указывает на отсутствие кровообращения мозга.
Определение состояния пострадавшего должно быть проведено быстро, в течение 15 - 20 секунд.
1. Если пострадавший в сознании, но до того был в обмороке или продолжительное время находился под электрическим шоком, то ему необходимо обеспечить полный покой до прибытия врача и дальнейшее наблюдение в течение 2-3 часов.
2. В случае невозможности быстро вызвать врача необходимо срочно доставить пострадавшего в лечебное учреждение.
3. При тяжелом состоянии или отсутствии сознания нужно вызвать врача (Скорую помощь) на место происшествия.
4. Ни в коем случае нельзя позволять пострадавшему двигаться: отсутствие тяжелых симптомов после поражения не исключает возможности последующего ухудшения его состояния.
5. При отсут

infourok.ru

Последовательное и параллельное соединение сопротивлений

Чтобы убедиться в том, что с увеличением ток в цепи уменьшается, можно проделать простой опыт: в карманном фонаре включить вместо одной лампочки Л1 две - Л1 и Л2, соединенные последовательно, то есть соединенные так, что электроны, двигаясь по цепи, проходят последовательно сначала одну, а затем и вторую лампочку (рис. 11).

Общее сопротивление при последовательном соединении равно сумме отдельных сопротивлений (листы 28, 30).

где R1 - сопротивление первой лампочки, R2 - сопротивление второй, а Rобщ - их общее сопротивление. Формула эта не требует особых пояснений: включить две лампочки последовательно равносильно тому, что включить одну, у которой нить вдвое длиннее. Если каждая из двух лампочек имеет нить с сопротивлением 75 ом, то их общее сопротивление равно 150 ом.

Подключив обе лампочки к батарейке, вы убедитесь, что ни одна из них не светится полным светом. Объясняется это тем, что с увеличением сопротивления цепи ток в ней уменьшился и энергии электронов уже не хватает, чтобы полностью накалить нить. Однако мы соединяли две лампочки не для того, чтобы доказывать эту и без того очевидную истину. Собранная цепь должна помочь нам познакомиться с таким важным понятием, как напряжение. Прежде чем начинать это знакомство, нам нужно рассмотреть еще один вопрос - о направлении тока в цепи.

Разбирая процессы в сложных электротехнических и радиоаппаратах, очень удобно следить за прохождением тока, пользуясь принципиальной схемой. При этом часто бывает необходимо знать, какой конец того или иного элемента (например, лампочки или мотора) соединен с «плюсом» источника тока, а какой - с «минусом». В случае простых цепей для решения этого вопроса достаточно взглянуть на схему - и сразу видно, где «плюс», где «минус». В сложных цепях очень часто подобный вопрос приходится решать косвенным путем, исходя из того, в какую сторону двигаются заряды.

Так, например, если известно, что через лампочку электроны двигаются сверху вниз (по схеме), то можно сразу же сделать вывод, что нижний (по схеме) провод, идущий от лампочки, подключен к «плюсу», а верхний - к «минусу». Вывод этот основан на том, что электроны всегда двигаются от «минуса» к «плюсу». К такому же выводу мы пришли бы, если было бы известно, что по лампочке снизу вверх двигаются положительные заряды, так как направление их движения - от «плюса» к «минусу».

Для того чтобы не создавать лишнюю путаницу, особенно при рассмотрении больших схем, оказывается удобным ввести понятие об условном направлении тока и учитывать при этом движение одних каких-нибудь зарядов. Исторически получилось так, что за основное направление принято направление движения положительных зарядов. Потому при рассмотрении схем мы условно считаем, что ток во всех цепях представляет собой упорядоченное движение только положительных зарядов, направляющихся от «плюса» к «минусу», то есть от места, где их слишком много, к месту, где положительных зарядов не хватает (рис. 12, 13).

Такая условность немного несправедлива, так как в большинстве случаев ток образуется электронами. Но от этой несправедливости никто не пострадает. Электроны будут по-прежнему двигаться своим путем, а все вопросы будут решаться с помощью условного тока, точно так же как они решались бы с учетом истинного направления движения электронов. Не все ли равно, как считать: что электроны в какой-нибудь цепи двигаются справа налево или что условный ток (то есть положительные заряды) двигается в этой цепи слева направо? Ведь и в том и в другом случае справа будет «минус», а слева «плюс»! А если при разборе какой-нибудь схемы в соответствии с правилом: ток течет от «плюса» к «минусу», вас начнут смущать двигающиеся в обратном направлении электроны, то условно замените их положительными зарядами - и все ваши сомнения моментально рассеются.

oldradiogid.ru

Параллельное и последовательное соединение. Последовательное и параллельное соединения проводников

В физике изучается тема про параллельное и последовательное соединение, причем это могут быть не только проводники, но и конденсаторы. Здесь важно не запутаться в том, как выглядит каждое из них на схеме. А уже потом применять конкретные формулы. Их, кстати, нужно помнить наизусть.

Как различить эти два соединения?

Внимательно посмотрите на схему. Если провода представить как дорогу, то машины на ней будут играть роль резисторов. На прямой дороге без каких-либо разветвлений машины едут одна за другой, в цепочку. Так же выглядит и последовательное соединение проводников. Дорога в этом случае может иметь неограниченное количество поворотов, но ни одного перекрестка. Как бы ни виляла дорога (провода), машины (резисторы) всегда будут расположены друг за другом, по одной цепочке.

Совсем другое дело, если рассматривается параллельное соединение. Тогда резисторы можно сравнить со спортсменами на старте. Они стоят каждый на своей дорожке, но направление движения у них одинаковое, и финиш в одном месте. Так же и резисторы — у каждого из них свой провод, но все они соединены в некоторой точке.

Формулы для силы тока

О ней всегда идет речь в теме «Электричество». Параллельное и последовательное соединение по-разному влияют на величину силы тока в резисторах. Для них выведены формулы, которые можно запомнить. Но достаточно просто запомнить смысл, который в них вкладывается.

Так, ток при последовательном соединении проводников всегда одинаков. То есть в каждом из них значение силы тока не отличается. Провести аналогию можно, если сравнить провод с трубой. В ней вода течет всегда одинаково. И все препятствия на ее пути будут сметаться с одной и той же силой. Так же с силой тока. Поэтому формула общей силы тока в цепи с последовательным соединением резисторов выглядит так:

I общ = I 1 = I 2

Здесь буквой I обозначена сила тока. Это общепринятое обозначение, поэтому его нужно запомнить.

Ток при параллельном соединении уже не будет постоянной величиной. При той же аналогии с трубой получается, что вода разделится на два потока, если у основной трубы будет ответвление. То же явление наблюдается с током, когда на его пути появляется разветвление проводов. Формула общей силы тока при параллельном соединении проводников:

I общ = I 1 + I 2

Если разветвление составлено из проводов, которых больше двух, то в приведенной формуле на такое же количество станет больше слагаемых.

Формулы для напряжения

Когда рассматривается схема, в которой выполнено соединение проводников последовательно, то напряжение на всем участке определяется суммой этих величин на каждом конкретном резисторе. Сравнить эту ситуацию можно с тарелками. Удержать одну из них легко получится одному человеку, вторую рядом он тоже сможет взять, но уже с трудом. Держать в руках три тарелки рядом друг с другом одному человеку уже не удастся, потребуется помощь второго. И так далее. Усилия людей складываются.

Формула для общего напряжения участка цепи с последовательным соединением проводников выглядит так:

U общ = U 1 + U 2, где U - обозначение, принятое для электрического напряжения.

Другая ситуация складывается, если рассматривается параллельное соединение резисторов. Когда тарелки ставятся друг на друга, их по-прежнему может удержать один человек. Поэтому складывать ничего не приходится. Такая же аналогия наблюдается при параллельном соединении проводников. Напряжение на каждом из них одинаковое и равно тому, которое на всех них сразу. Формула общего напряжения такая:

U общ = U 1 = U 2

Формулы для электрического сопротивления

Их уже можно не запоминать, а знать формулу закона Ома и из нее выводить нужную. Из указанного закона следует, что напряжение равно произведению силы тока и сопротивления. То есть U = I * R, где R — сопротивление.

Тогда формула, с которой нужно будет работать, зависит от того, как выполнено соединение проводников:

  • последовательно, значит, нужно равенство для напряжения — Iобщ * Rобщ = I1 * R1 + I2 * R2;
  • параллельно необходимо пользоваться формулой для силы тока — Uобщ / Rобщ = U1 / R1 + U2 / R2 .

Далее следуют простые преобразования, которые основываются на том, что в первом равенстве все силы тока имеют одинаковое значение, а во втором — напряжения равны. Значит, их можно сократить. То есть получаются такие выражения:

  1. R общ = R 1 + R 2 (для последовательного соединения проводников).
  2. 1 / R общ = 1 / R 1 + 1 / R 2 (при параллельном соединении).

При увеличении числа резисторов, которые включены в сеть, изменяется количество слагаемых в этих выражениях.

Стоит отметить, что параллельное и последовательное соединение проводников по-разному влияют на общее сопротивление. Первое из них уменьшает сопротивление участка цепи. Причем оно оказывается меньше самого маленького из использованных резисторов. При последовательном соединении все логично: значения складываются, поэтому общее число всегда будет самым большим.

Работа тока

Предыдущие три величины составляют законы параллельного соединения и последовательного расположения проводников в цепи. Поэтому их знать нужно обязательно. Про работу и мощность необходимо просто запомнить базовую формулу. Она записывается так: А = I * U * t, где А — работа тока, t — время его прохождения по проводнику.

Для того чтобы определить общую работу при последовательном соединении нужно заменить в исходном выражении напряжение. Получится равенство: А = I * (U 1 + U 2) * t, раскрыв скобки в котором получится, что работа на всем участке равна их сумме на каждом конкретном потребителе тока.

Аналогично идет рассуждение, если рассматривается схема параллельного соединения. Только заменять полагается силу тока. Но результат будет тот же: А = А 1 + А 2.

Мощность тока

При выведении формулы для мощности (обозначение «Р») участка цепи опять нужно пользоваться одной формулой: Р = U * I. После подобных рассуждений получается, что параллельное и последовательное соединение описываются такой формулой для мощности: Р = Р 1 + Р 2.

То есть, как бы ни были составлены схемы, общая мощность будет складываться из тех, которые задействованы в работе. Именно этим объясняется тот факт, что нельзя включать в сеть квартиры одновременно много мощных приборов. Она просто не выдержит такой нагрузки.

Как влияет соединение проводников на ремонт новогодней гирлянды?

Сразу же после того, как перегорит одна из лампочек, станет ясно, как они были соединены. При последовательном соединении не будет светиться ни одна из них. Это объясняется тем, что пришедшая в негодность лампа создает разрыв в цепи. Поэтому нужно проверить все, чтобы определить, какая перегорела, заменить ее - и гирлянда станет работать.

Если в ней используется параллельное соединение, то она не перестает работать при неисправности одной из лампочек. Ведь цепь не будет полностью разорвана, а только одна параллельная часть. Чтобы отремонтировать такую гирлянду, не нужно проверять все элементы цепи, а только те, которые не светятся.

Что происходит с цепью, если в нее включены не резисторы, а конденсаторы?

При их последовательном соединении наблюдается такая ситуация: заряды от плюсов источника питания поступают только на внешние обкладки крайних конденсаторов. Те, что находятся между ними, просто передают этот заряд по цепочке. Этим объясняется то, что на всех обкладках появляются одинаковые заряды, но имеющие разные знаки. Поэтому электрический заряд каждого конденсатора, соединенного последовательно, можно записать такой формулой:

q общ = q 1 = q 2.

Для того чтобы определить напряжение на каждом конденсаторе, потребуется знание формулы: U = q / С. В ней С — емкость конденсатора.

Общее напряжение подчиняется тому же закону, который справедлив для резисторов. Поэтому, заменив в формуле емкости напряжение на сумму, мы получим, что общую емкость приборов нужно вычислять по формуле:

С = q / (U 1 + U 2).

Упростить эту формулу можно, перевернув дроби и заменив отношение напряжения к заряду емкостью. Получается такое равенство: 1 / С = 1 / С 1 + 1 / С 2.

Несколько по-другому выглядит ситуация, когда соединение конденсаторов — параллельное. Тогда общий заряд определяется суммой всех зарядов, которые накапливаются на обкладках всех приборов. А значение напряжения по-прежнему определяется по общим законам. Поэтому формула для общей емкости параллельно соединенных конденсаторов выглядит так:

С = (q 1 + q 2 ) / U.

То есть эта величина считается, как сумма каждого из использованных в соединении приборов:

С = С 1 + С 2.

Как определить общее сопротивление произвольного соединения проводников?

То есть такого, в котором последовательные участки сменяют параллельные, и наоборот. Для них по-прежнему справедливы все описанные законы. Только применять их нужно поэтапно.

Сперва полагается мысленно развернуть схему. Если представить ее сложно, то нужно нарисовать то, что получается. Объяснение станет понятнее, если рассмотреть его на конкретном примере (см. рисунок).

Ее удобно начать рисовать с точек Б и В. Их необходимо поставить на некотором удалении друг от друга и от краев листа. Слева к точке Б подходит один провод, а вправо направлены уже два. Точка В, напротив, слева имеет два ответвления, а после нее расположен один провод.

Теперь необходимо заполнить пространство между этими точками. По верхнему проводу нужно расположить три резистора с коэффициентами 2, 3 и 4, а снизу пойдет тот, у которого индекс равен 5. Первые три соединены последовательно. С пятым резистором они параллельны.

Оставшиеся два резистора (первый и шестой) включены последовательно с рассмотренным участком БВ. Поэтому рисунок можно просто дополнить двумя прямоугольниками по обе стороны от выбранных точек. Осталось применить формулы для расчета сопротивления:

  • сначала ту, которая приведена для последовательного соединения;
  • потом для параллельного;
  • и снова для последовательного.

Подобным образом можно развернуть любую, даже очень сложную схему.

Задача на последовательное соединение проводников

Условие. В цепи друг за другом подсоединены две лампы и резистор. Общее напряжение равно 110 В, а сила тока 12 А. Чему равно сопротивление резистора, если каждая лампа рассчитана на напряжение в 40 В?

Решение. Поскольку рассматривается последовательное соединение, формулы его законов известны. Нужно только правильно их применить. Начать с того, чтобы выяснить значение напряжения, которое приходится на резистор. Для этого из общего нужно вычесть два раза напряжение одной лампы. Получается 30 В.

Теперь, когда известны две величины, U и I (вторая из них дана в условии, так как общий ток равен току в каждом последовательном потребителе), можно сосчитать сопротивление резистора по закону Ома. Оно оказывается равным 2,5 Ом.

Ответ. Сопротивление резистора равно 2,5 Ом.

Условие. Имеются три конденсатора с емкостями 20, 25 и 30 мкФ. Определите их общую емкость при последовательном и параллельном соединении.

Решение. Проще начать с параллельного подключения. В этой ситуации все три значения нужно просто сложить. Таким образом, общая емкость оказывается равной 75 мкФ.

Несколько сложнее расчеты будут при последовательном соединении этих конденсаторов. Ведь сначала нужно найти отношения единицы к каждой из этих емкостей, а потом сложить их друг с другом. Получается, что единица, деленная на общую емкость, равна 37/300. Тогда искомая величина получается приблизительно 8 мкФ.

Ответ. Общая емкость при последовательном соединении 8 мкФ, при параллельном — 75 мкФ.

fb.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *