Особенности параллельного подключения источников тока
В электрических цепях радиоэлектронных устройств больше всего проводников, конденсаторов. Среди всех свойств определяющее значение имеет один параметр:
При различных способах включения в цепь значение имеет суммарная, результирующая величина, различие в номиналах некритично.
Параллельное подключение к нагрузке источников питания с различными ЭДС имеет серьезный недостаток: даже при отсутствии внешней нагрузки источник с большей электродвижущей силой разряжается через источник с меньшей ЭДС. Процесс продолжается до тех пор, пока значения ЭДС не станут одинаковыми, часть суммарной емкости теряется.
В электротехнике применяют параллельное подключение источников питания с различными характеристиками для работы на общую нагрузку, но не напрямую.
Для включения в цепь используют сложные схемы выравнивания, синхронизации, блокировки, защиты.
В быту используют параллельную установку нескольких одинаковых гальванических элементов: в фонарях, пультах управления техникой, в радиоуправляемых игрушках.
Соединяют одноименные полюса: плюс с плюсом, минус с минусом.
Такое включение не требует никаких дополнительных коммутаторов, элементов защиты. ЭДС между полюсами всех источников равны:
Общая сила тока увеличивается, она равна сумме сил токов от каждого источника:
Напряжение при параллельном соединении — формула, сила тока, соединение конденсаторов и резисторов
Параллельное соединение конденсаторов
Независимо от вида конденсатора, материалов его изготовления он всегда состоит из двух главных частей: обкладок. Их форма не имеет значения, но они могут состоять из набора пластин, скатаных в рулон.
Для большинства типов конденсаторов обкладки равноправны. Полярность подключения источника тока важна для электролитических приборов.
Способность накапливать, удерживать заряды характеризуют физической величиной – электроемкостью. Ее определяют как отношение заряда на обкладках к разности потенциалов между ними:
На практике эту величину чаще называют напряжением:
Электроемкость накопителя заряда зависит от размера обкладок, величины промежутка между ними, материала диэлектрика. Для конденсатора в виде двух пластин она выглядит так:
- ε – диэлектрическая проницаемость материала, расположенного между обкладками;
- ε0 – одна из физических постоянных (электрическая постоянная);
- d – расстояние от одной обкладки до другой (толщина диэлектрика);
- S – их площадь.
При спайке параллельно напряжение между обкладками одинаково. Для системы из двух элементов:
При подключении параллельно емкость системы находят как сумму емкостей отдельных накопителей заряда.
Конденсаторы имеют еще одну характеристику: напряжение, на которое они рассчитаны. Оно зависит от свойств диэлектрика, его толщины.
Возможно параллельное сопряжение конденсаторов с различными емкостями, с различными рабочими напряжениями. Работоспособность батареи определяет элемент с наименьшим напряжением.
Как рассчитать
Оценки и точные расчёты величины падения напряжения основаны на фундаментальном физическом законе Ома, названным в честь немецкого исследователя Георга Ома, открывшего этот закон в 1826 г.
На основании серии многочисленных экспериментов, измеряя зависимость величины тока через различные проводники от прикладываемого напряжения, исследователь получил следующую математическую формулу:
- I — ток в цепи (измеряется в амперах, А);
- U — падение напряжения (измеряется в вольтах, В);
- R — сопротивление, единицей измерения которого является Ом, названная также в честь немецкого первооткрывателя.
Таким образом, значение силы тока I в электрической цепи находится в прямой пропорциональной зависимости от величины U и в обратной пропорциональной зависимости от величины сопротивления R. Формула является базовой для расчёта падения напряжения, при этом в зависимости от имеющихся справочных или измерительных данных могут быть два варианта вычислений.
Через силу тока и сопротивление
Воспользовавшись формулой выше, можно получить следующее выражение:
То есть, зная величину протекающего тока, которая может быть измерена прибором (амперметром), и величину сопротивления, получаем искомое значение U с помощью умножения величины тока I на значение сопротивления R. Если значение R заранее неизвестно, то основная формула, применяемая для вычисления R, выглядит следующим образом:
Длина и площадь легко измеряются доступными средствами. Величины удельных сопротивлений всех электротехнических материалов давно измерены, сведены в таблицы и находятся в открытом доступе. Величина ρ равна сопротивлению проводника длиной 1 м, имеющего площадь поперечного сечения 1 м 2 .
Через мощность и силу тока
Второй вариант вычисления основан на формуле, связывающей мощность P электрической энергии, выделяемой на нагрузке, с током I и падением напряжения U:
Формула является следствием закона Джоуля-Ленца, открытого почти одновременно двумя физиками (английским и русским) в 1841 г.
Было замечено, что протекание тока через нагрузку всегда сопровождается выделением тепла Q. Исследователям удалось установить функциональную связь между количеством выделяемого тепла Q и другими измеряемыми (или вычисляемыми) величинами, выраженную формулой:
Мощность P, по определению — это энергия, в данном случае Q, выделяемая в единицу времени. То есть, поделив обе части уравнения на время t, получим выражение для мощности P:
Воспользовавшись формулой, получаем выражение для P:
Следовательно, зная ток, протекающий через нагрузку и потребляемую ей мощность, можем рассчитать падение напряжения:
Формула верна для случая цепей постоянного тока. Для расчётов цепей переменного напряжения и тока справедлива следующая формула:
Падение напряжения: расчет, формула, допустимые нормы, последствия
- Обратиться с заявлением в энергосбытовую или управляющую компанию.
- Присутствовать при проведении контрольных замеров, подтверждающих факт недопустимых отклонений.
- Зафиксировать проведённые замеры и причину недопустимых отклонений.
- При длительном бюрократическом пути решения данной проблемы самостоятельно задача решается путем установки за свой счёт необходимого количества источников бесперебойного питания.
К чему приводит потеря напряжения
- Возможны сбои в работе промышленных установок и осветительного оборудования.
- При низких значениях входного напряжения возникает большая вероятность выхода из строя электроприборов.
- Падает вращающий момент, необходимый для запуска компрессорной техники и электродвигателей.
- Возникает нежелательный дисбаланс в токовой нагрузке в начале линии и на её конце.
- Осветительное оборудование начинает функционировать «вполнакала», что не допускается нормами СанПиНа и требованиями техники безопасности.
- Деформируются выходные характеристики и режимы эксплуатации электрических приборов. Типичным примером является возрастание времени, требуемого для нагрева воды бойлером.
- Резко повышается вероятность спонтанных сбоев в работе электроники.
- Оптимизировать длину прокладываемых проводов — убрать «всё лишнее».
- По возможности использовать провода с медной жилой.
- Рассчитать оптимальное сечение используемого провода при максимально допустимой нагрузке.
