การเชื่อมต่อความต้านทานเป็นแบบผสมแบบอนุกรม-ขนาน กฎของโอห์ม การเชื่อมต่อตัวนำ การแทนที่องค์ประกอบวงจรด้วยองค์ประกอบที่เทียบเท่ากัน

การเชื่อมต่อตัวนำแบบขนานและแบบอนุกรมเป็นวิธีการสลับวงจรไฟฟ้า วงจรไฟฟ้าที่มีความซับซ้อนใดๆ สามารถแสดงได้โดยใช้นามธรรมเหล่านี้

คำจำกัดความ

มีสองวิธีในการเชื่อมต่อตัวนำ จะทำให้การคำนวณวงจรที่ซับซ้อนง่ายขึ้น:

• จุดสิ้นสุดของตัวนำก่อนหน้าเชื่อมต่อโดยตรงกับจุดเริ่มต้นของตัวนำถัดไป - การเชื่อมต่อเรียกว่าแบบอนุกรม โซ่จะเกิดขึ้น หากต้องการเปิดลิงค์ถัดไป คุณจะต้องตัดวงจรไฟฟ้าโดยใส่ตัวนำใหม่เข้าไปที่นั่น
• จุดเริ่มต้นของตัวนำเชื่อมต่อกันด้วยจุดหนึ่งจุดสิ้นสุดด้วยอีกจุดหนึ่ง การเชื่อมต่อนี้เรียกว่าขนาน เอ็นมักเรียกว่ากิ่ง ตัวนำแต่ละคนจะสร้างสาขา จุดร่วมเรียกว่าโหนดเครือข่ายไฟฟ้า

ในทางปฏิบัติ การเชื่อมต่อตัวนำแบบผสมเป็นเรื่องปกติมากกว่า บางตัวเชื่อมต่อแบบอนุกรม บางตัวขนานกัน คุณต้องแบ่งโซ่ออกเป็นส่วนๆ ง่ายๆ และแก้ไขปัญหาแยกกัน วงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อนตามอำเภอใจสามารถอธิบายได้ด้วยการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวนำ นี่คือวิธีการปฏิบัติ

การใช้การเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรมของตัวนำ

ข้อกำหนดที่ใช้กับวงจรไฟฟ้า

ทฤษฎีทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการก่อตัวของความรู้ที่มั่นคง มีเพียงไม่กี่คนที่รู้ว่าแรงดันไฟฟ้า (ความต่างศักย์ไฟฟ้า) แตกต่างจากแรงดันไฟฟ้าตกอย่างไร ในแง่ฟิสิกส์ วงจรภายในคือแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า วงจรที่อยู่ด้านนอกเรียกว่าวงจรภายนอก การแบ่งเขตช่วยอธิบายการกระจายตัวของฟิลด์ได้อย่างถูกต้อง กระแสก็ทำงาน. ในกรณีที่ง่ายที่สุด การสร้างความร้อนเป็นไปตามกฎจูล-เลนซ์ อนุภาคที่มีประจุซึ่งเคลื่อนที่ไปสู่ศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจะชนกับโครงตาข่ายคริสตัลและปล่อยพลังงานออกมา ความต้านทานจะร้อนขึ้น

เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเคลื่อนไหว จำเป็นต้องรักษาความต่างศักย์ที่ปลายตัวนำ สิ่งนี้เรียกว่าแรงดันส่วนวงจร หากเพียงวางตัวนำไฟฟ้าไว้ในสนามตามแนวสายไฟ กระแสไฟฟ้าจะไหลและมีอายุการใช้งานสั้นมาก กระบวนการนี้จะสิ้นสุดลงเมื่อเข้าสู่ภาวะสมดุล สนามภายนอกจะมีความสมดุลโดยสนามประจุของตัวเองในทิศทางตรงกันข้าม กระแสจะหยุด เพื่อให้กระบวนการต่อเนื่องได้ จำเป็นต้องใช้แรงภายนอก

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของวงจรไฟฟ้า เพื่อรักษาศักยภาพจึงดำเนินการภายใน ปฏิกิริยาเคมีเช่นเดียวกับในเซลล์กัลวานิก แรงทางกล - เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ ประจุภายในแหล่งกำเนิดจะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้ามกับสนาม การทำงานของกองกำลังภายนอกกำลังดำเนินการเกี่ยวกับเรื่องนี้ คุณสามารถถอดความสูตรข้างต้นและพูดว่า:

• ส่วนด้านนอกของวงจรซึ่งเป็นจุดที่ประจุเคลื่อนที่และถูกพัดพาไปตามสนาม
• ภายในวงจรที่ประจุเคลื่อนที่ต้านแรงดันไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (แหล่งจ่ายกระแสไฟ) ติดตั้งสองขั้ว สิ่งที่มีศักยภาพน้อยกว่าเรียกว่าลบ และอีกอันเรียกว่าบวก ในกรณีของไฟฟ้ากระแสสลับ เสาจะเปลี่ยนสถานที่อย่างต่อเนื่อง ทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุไม่คงที่ กระแสไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ การเคลื่อนที่ของประจุบวกไปในทิศทางที่ศักย์ไฟฟ้าลดลง จากข้อเท็จจริงนี้ จึงมีการนำแนวคิดเรื่องศักยภาพในการลดลง:

การลดลงของส่วนของวงจรคือการลดลงของศักยภาพภายในส่วนนั้น อย่างเป็นทางการนี่คือความตึงเครียด สำหรับกิ่งก้านของวงจรขนานจะเหมือนกัน

แรงดันตกยังหมายถึงอย่างอื่นด้วย ค่าที่แสดงถึงการสูญเสียความร้อนจะมีค่าเท่ากับตัวเลขผลคูณของกระแสและความต้านทานเชิงแอคทีฟของส่วน กฎของโอห์มและเคอร์ชอฟ ดังที่กล่าวถึงด้านล่างนี้ ได้รับการจัดทำขึ้นสำหรับกรณีนี้ ในมอเตอร์ไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า ความต่างศักย์อาจแตกต่างกันอย่างมากจากแรงดันตกคร่อม อย่างหลังแสดงถึงการสูญเสียในการต้านทานแบบแอคทีฟ ในขณะที่แบบแรกคำนึงถึงการดำเนินการเต็มรูปแบบของแหล่งที่มาปัจจุบัน

เมื่อแก้ไขปัญหาทางกายภาพเพื่อให้ง่ายขึ้นมอเตอร์สามารถรวม EMF ทิศทางของการกระทำซึ่งตรงกันข้ามกับผลกระทบของแหล่งพลังงาน คำนึงถึงข้อเท็จจริงของการสูญเสียพลังงานผ่านส่วนปฏิกิริยาของอิมพีแดนซ์ด้วย หลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนและมหาวิทยาลัยมีความโดดเด่นด้วยการแยกตัวจากความเป็นจริง นั่นคือเหตุผลที่นักเรียนเปิดปากฟังเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในวิศวกรรมไฟฟ้า ในช่วงก่อนยุคปฏิวัติอุตสาหกรรม กฎหลักถูกค้นพบ นักวิทยาศาสตร์จะต้องผสมผสานบทบาทของนักทฤษฎีและนักทดลองที่มีพรสวรรค์ คำนำในผลงานของ Kirchhoff พูดอย่างเปิดเผยเกี่ยวกับเรื่องนี้ (ผลงานของ Georg Ohm ยังไม่ได้รับการแปลเป็นภาษารัสเซีย) ครูดึงดูดผู้คนได้อย่างแท้จริงด้วยการบรรยายเพิ่มเติม เสริมด้วยการทดลองที่น่าทึ่งและเห็นภาพ

กฎของโอห์มและเคอร์ชอฟที่ใช้กับการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานของตัวนำ

กฎของโอห์มและเคอร์ชอฟฟ์ใช้เพื่อแก้ปัญหาที่แท้จริง ความเท่าเทียมกันแบบอนุมานครั้งแรกด้วยการทดลองล้วนๆ แบบที่สองเริ่มต้นด้วยการวิเคราะห์ปัญหาทางคณิตศาสตร์ จากนั้นทดสอบการเดาของเขาด้วยการปฏิบัติ ต่อไปนี้เป็นข้อมูลบางส่วนเพื่อช่วยแก้ไขปัญหา:

คำนวณความต้านทานขององค์ประกอบในอนุกรมและการเชื่อมต่อแบบขนาน

อัลกอริธึมสำหรับการคำนวณวงจรจริงนั้นง่าย ต่อไปนี้เป็นประเด็นบางส่วนเกี่ยวกับหัวข้อที่กำลังพิจารณา:

1. เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม ความต้านทานจะถูกรวมเข้าด้วยกัน เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน ค่าการนำไฟฟ้าจะถูกสรุป:
   1. สำหรับตัวต้านทาน กฎจะถูกเขียนใหม่ในรูปแบบไม่เปลี่ยนแปลง ด้วยการเชื่อมต่อแบบขนาน ความต้านทานสุดท้ายจะเท่ากับผลคูณของความต้านทานดั้งเดิมหารด้วยจำนวนทั้งหมด ในกรณีที่เป็นลำดับ จะมีการรวมนิกายเข้าด้วยกัน
   2. ตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่เป็นรีแอกแตนซ์ (j*ω*L) และทำงานเหมือนกับตัวต้านทานทั่วไป ส่วนการเขียนสูตรก็ไม่ต่างกัน ความแตกต่างเล็กน้อยสำหรับอิมพีแดนซ์ในจินตภาพล้วนๆ ก็คือ คุณต้องคูณผลลัพธ์ด้วยตัวดำเนินการ j ซึ่งก็คือความถี่วงกลม ω (2*Pi*f) เมื่อตัวเหนี่ยวนำเชื่อมต่อแบบอนุกรมค่าจะถูกรวมเข้าด้วยกัน เมื่อตัวเหนี่ยวนำเชื่อมต่อแบบขนานค่าส่วนกลับจะถูกรวมเข้าด้วยกัน
   3. ความต้านทานจินตภาพของความจุเขียนเป็น: -j/ω*С สังเกตได้ง่าย: เมื่อเพิ่มค่าของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมเราจะได้สูตรเหมือนกับตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำในการเชื่อมต่อแบบขนาน สำหรับตัวเก็บประจุจะตรงกันข้าม เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน ค่าต่างๆ จะถูกเพิ่ม เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม ค่ากลับกันจะถูกเพิ่มเข้าไป

วิทยานิพนธ์สามารถขยายไปสู่กรณีต่างๆ ได้โดยง่าย แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมไดโอดซิลิคอนแบบเปิดสองตัวมีค่าเท่ากับผลรวม ในทางปฏิบัติคือ 1 โวลต์ ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับประเภทขององค์ประกอบและคุณลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์ แหล่งจ่ายไฟได้รับการพิจารณาในลักษณะเดียวกัน: เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม พิกัดจะถูกรวมเข้าด้วยกัน ขนานมักพบในสถานีย่อยที่มีการวางหม้อแปลงไว้เคียงข้างกัน แรงดันไฟฟ้าจะเท่ากัน (ควบคุมโดยอุปกรณ์) แบ่งระหว่างกิ่ง ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงมีค่าเท่ากันอย่างเคร่งครัด ปิดกั้นการเกิดผลกระทบด้านลบ

บางคนพบว่าเป็นเรื่องยาก: แบตเตอรี่สองก้อนที่มีพิกัดต่างกันเชื่อมต่อแบบขนาน กรณีนี้อธิบายไว้ในกฎข้อที่สองของ Kirchhoff ฟิสิกส์ไม่สามารถจินตนาการถึงความซับซ้อนใดๆ ได้ ถ้าพิกัดของแหล่งทั้งสองไม่เท่ากัน จะใช้ค่าเฉลี่ยเลขคณิต ถ้าละเลยความต้านทานภายในของทั้งสองแหล่ง มิฉะนั้น สมการของ Kirchhoff จะได้รับการแก้ไขสำหรับรูปทรงทั้งหมด กระแสที่ไม่รู้จักจะเป็น (ทั้งหมดสาม) จำนวนทั้งหมดจะเท่ากับจำนวนสมการ เพื่อความเข้าใจที่สมบูรณ์ จึงได้จัดรูปวาดมาให้

ตัวอย่างการแก้สมการของเคอร์ชอฟฟ์

ลองดูที่ภาพ: ตามเงื่อนไขของปัญหา แหล่งที่มา E1 นั้นแข็งแกร่งกว่า E2 เราใช้ทิศทางของกระแสในวงจรจากสามัญสำนึก แต่ถ้าพวกเขาป้อนไม่ถูกต้อง หลังจากแก้ไขปัญหาแล้ว ก็จะมีสัญญาณลบ จากนั้นก็จำเป็นต้องเปลี่ยนทิศทาง เห็นได้ชัดว่ากระแสไหลในวงจรภายนอกดังแสดงในรูป เราเขียนสมการ Kirchhoff สำหรับสามวงจรดังนี้:

1. งานของแหล่งกำเนิดแรก (แรง) ใช้ในการสร้างกระแสในวงจรภายนอกเพื่อเอาชนะจุดอ่อนของเพื่อนบ้าน (I2 ปัจจุบัน)
2. แหล่งที่สองไม่ได้ทำงานที่เป็นประโยชน์กับโหลดและต่อสู้กับแหล่งแรก ไม่มีวิธีอื่นที่จะพูดมัน

การเชื่อมต่อแบตเตอรี่ที่มีพิกัดต่างกันแบบขนานนั้นเป็นอันตรายอย่างแน่นอน สิ่งที่สังเกตได้ที่สถานีย่อยเมื่อใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีอัตราส่วนการส่งผ่านต่างกัน การปรับกระแสให้เท่ากันไม่ได้ผลอะไร แบตเตอรี่ที่แตกต่างกันที่เชื่อมต่อแบบขนานจะเริ่มทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อแบตเตอรี่ที่มีกำลังแรงลดลงถึงระดับของแบตเตอรี่ที่อ่อน

เมื่อแก้ไขปัญหาเป็นเรื่องปกติที่จะต้องเปลี่ยนวงจรให้ง่ายที่สุด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ จะใช้การแปลงที่เทียบเท่ากัน การเปลี่ยนแปลงที่เทียบเท่ากันคือการเปลี่ยนแปลงส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าซึ่งกระแสและแรงดันไฟฟ้าในส่วนที่ไม่เปลี่ยนรูปยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

การเชื่อมต่อตัวนำมีสี่ประเภทหลัก: แบบอนุกรม แบบขนาน แบบผสม และแบบบริดจ์

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม- นี่คือการเชื่อมต่อที่ความแรงของกระแสตลอดทั้งวงจรเท่ากัน ตัวอย่างที่เด่นชัดของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมคือพวงมาลัยต้นคริสต์มาสเก่า ที่นั่นหลอดไฟเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมกัน ทีนี้ลองจินตนาการถึงหลอดไฟดวงหนึ่งไหม้ วงจรขาด และหลอดไฟที่เหลือดับ ความล้มเหลวขององค์ประกอบหนึ่งนำไปสู่การปิดระบบขององค์ประกอบอื่น ๆ ทั้งหมด นี่เป็นข้อเสียที่สำคัญของการเชื่อมต่อแบบอนุกรม

เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม ความต้านทานขององค์ประกอบจะถูกรวมเข้าด้วยกัน

การเชื่อมต่อแบบขนาน

การเชื่อมต่อแบบขนาน- เป็นการเชื่อมต่อที่แรงดันไฟฟ้าที่ปลายส่วนวงจรเท่ากัน การเชื่อมต่อแบบขนานเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุด เนื่องจากองค์ประกอบทั้งหมดอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าเดียวกัน กระแสไฟฟ้าจึงมีการกระจายต่างกัน และเมื่อองค์ประกอบใดองค์ประกอบหนึ่งออกไป องค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดจะยังคงทำงานต่อไป

ในการเชื่อมต่อแบบขนาน จะพบความต้านทานที่เท่ากันดังนี้:

ในกรณีของตัวต้านทานสองตัวที่เชื่อมต่อแบบขนาน

ในกรณีที่มีตัวต้านทานสามตัวต่อขนานกัน:

สารประกอบผสม

สารประกอบผสม– การเชื่อมต่อซึ่งเป็นชุดของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนาน ในการหาค่าความต้านทานที่เท่ากัน คุณจะต้อง "ยุบ" วงจรโดยการเปลี่ยนส่วนขนานและอนุกรมของวงจรสลับกัน

ขั้นแรกเรามาหาความต้านทานที่เท่ากันสำหรับส่วนขนานของวงจรแล้วเพิ่มความต้านทานที่เหลือ R 3 . ควรเข้าใจว่าหลังจากการแปลงแล้ว ความต้านทานที่เท่ากัน R 1 R 2 และตัวต้านทาน R 3 จะเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม

นั่นทำให้การเชื่อมต่อของตัวนำน่าสนใจและซับซ้อนที่สุด

วงจรบริดจ์

แผนภาพการเชื่อมต่อสะพานแสดงในรูปด้านล่าง

เพื่อที่จะยุบวงจรสะพาน สามเหลี่ยมสะพานอันใดอันหนึ่งจะถูกแทนที่ด้วยดาวฤกษ์ที่เทียบเท่ากัน

และหาแนวต้าน R 1, R 2 และ R 3

วงจรไฟฟ้าทั้งหมดใช้ตัวต้านทานซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีค่าความต้านทานที่ตั้งไว้อย่างแม่นยำ ด้วยคุณสมบัติเฉพาะของอุปกรณ์เหล่านี้จึงสามารถปรับแรงดันและกระแสในส่วนใดก็ได้ของวงจร คุณสมบัติเหล่านี้รองรับการทำงานของอุปกรณ์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทั้งหมด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเมื่อเชื่อมต่อตัวต้านทานแบบขนานและแบบอนุกรมจะแตกต่างกัน ดังนั้นการเชื่อมต่อแต่ละประเภทสามารถใช้ได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้นเพื่อให้วงจรไฟฟ้าหนึ่งหรือวงจรอื่นสามารถทำงานได้อย่างเต็มที่

แรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรม

ในการเชื่อมต่อแบบอนุกรม ตัวต้านทานตั้งแต่สองตัวขึ้นไปจะเชื่อมต่อเข้ากับวงจรทั่วไปในลักษณะที่ตัวต้านทานแต่ละตัวสัมผัสกับอุปกรณ์อื่นที่จุดเดียวเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง จุดสิ้นสุดของตัวต้านทานตัวแรกเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของวินาที และจุดสิ้นสุดของตัวต้านทานที่สองถึงจุดเริ่มต้นของที่สาม เป็นต้น

คุณลักษณะของวงจรนี้คือค่ากระแสไฟฟ้าเท่ากันจะไหลผ่านตัวต้านทานที่เชื่อมต่อทั้งหมด เมื่อจำนวนองค์ประกอบในส่วนของวงจรที่พิจารณาเพิ่มขึ้น การไหลของกระแสไฟฟ้าก็จะยากขึ้นเรื่อยๆ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความต้านทานรวมของตัวต้านทานเพิ่มขึ้นเมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม คุณสมบัตินี้สะท้อนให้เห็นโดยสูตร: Rtot = R1 + R2

การกระจายแรงดันไฟฟ้าตามกฎของโอห์มจะดำเนินการสำหรับตัวต้านทานแต่ละตัวตามสูตร: V Rn = I Rn x R n ดังนั้นเมื่อความต้านทานของตัวต้านทานเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

แรงดันไฟฟ้าแบบขนาน

ในการเชื่อมต่อแบบขนาน ตัวต้านทานจะรวมอยู่ในวงจรไฟฟ้าในลักษณะที่ส่วนประกอบความต้านทานทั้งหมดเชื่อมต่อถึงกันโดยหน้าสัมผัสทั้งสองพร้อมกัน จุดหนึ่งซึ่งเป็นตัวแทนของโหนดไฟฟ้าสามารถเชื่อมต่อตัวต้านทานหลายตัวพร้อมกันได้

การเชื่อมต่อนี้เกี่ยวข้องกับการไหลของกระแสแยกในตัวต้านทานแต่ละตัว ความแรงของกระแสนี้เป็นสัดส่วนผกผัน เป็นผลให้มีค่าการนำไฟฟ้าโดยรวมเพิ่มขึ้นของส่วนที่กำหนดของวงจร โดยมีความต้านทานลดลงโดยทั่วไป ในกรณีของการเชื่อมต่อตัวต้านทานแบบขนานที่มีความต้านทานต่างกัน ค่าความต้านทานรวมในส่วนนี้จะต่ำกว่าความต้านทานที่น้อยที่สุดของตัวต้านทานตัวเดียวเสมอ

ในแผนภาพที่แสดง แรงดันไฟฟ้าระหว่างจุด A และ B ไม่เพียงแต่แสดงถึงแรงดันไฟฟ้ารวมสำหรับทั้งส่วนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับตัวต้านทานแต่ละตัวด้วย ดังนั้นในกรณีของการเชื่อมต่อแบบขนาน แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวต้านทานทั้งหมดจะเท่ากัน

เป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าระหว่างการเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรมจะแตกต่างกันในแต่ละกรณี ด้วยคุณสมบัตินี้ ทำให้มีโอกาสที่แท้จริงในการปรับค่านี้ที่ส่วนใดส่วนหนึ่งของห่วงโซ่

เกือบทุกคนที่ทำงานเป็นช่างไฟฟ้าต้องแก้ไขปัญหาการเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรมขององค์ประกอบวงจร บางคนแก้ปัญหาการเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรมของตัวนำโดยใช้วิธี "กระตุ้น" สำหรับหลาย ๆ คน พวงมาลัย "กันไฟ" เป็นสัจพจน์ที่อธิบายไม่ได้ แต่คุ้นเคย อย่างไรก็ตามคำถามเหล่านี้และคำถามอื่น ๆ ที่คล้ายกันทั้งหมดสามารถแก้ไขได้ง่ายโดยวิธีการที่เสนอเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Georg Ohm กฎหมายที่เขาค้นพบยังคงมีผลใช้บังคับจนถึงทุกวันนี้ และเกือบทุกคนสามารถเข้าใจได้

ปริมาณไฟฟ้าพื้นฐานของวงจร

เพื่อที่จะค้นหาว่าการเชื่อมต่อตัวนำจะส่งผลต่อลักษณะของวงจรอย่างไร จำเป็นต้องกำหนดปริมาณที่กำหนดลักษณะของวงจรไฟฟ้าใดๆ นี่คือสิ่งหลัก:

การพึ่งพากันของปริมาณไฟฟ้า

ตอนนี้คุณต้องตัดสินใจปริมาณข้างต้นทั้งหมดขึ้นอยู่กับปริมาณอื่นอย่างไร กฎของการพึ่งพานั้นเรียบง่ายและมีสูตรพื้นฐานสองสูตร:

• ผม=คุณ/ร.
• P=I*U.

ที่นี่ I คือกระแสในวงจรในหน่วยแอมแปร์ U คือแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรในหน่วยโวลต์ R คือความต้านทานของวงจรในหน่วยโอห์ม P คือกำลังไฟฟ้าของวงจรในหน่วยวัตต์

สมมติว่าเรามีวงจรไฟฟ้าง่ายๆ ประกอบด้วยแหล่งพลังงานที่มีแรงดันไฟฟ้า U และตัวนำที่มีความต้านทาน R (โหลด)

เมื่อวงจรปิด กระแส I จะไหลผ่าน มันจะมีค่าเท่าไหร่? จากสูตร 1 ข้างต้น ในการคำนวณ เราจำเป็นต้องทราบแรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาโดยแหล่งพลังงานและความต้านทานโหลด ตัวอย่างเช่นหากเราใช้หัวแร้งที่มีความต้านทานคอยล์ 100 โอห์มและเชื่อมต่อกับเต้ารับไฟที่มีแรงดันไฟฟ้า 220 V กระแสไฟฟ้าที่ผ่านหัวแร้งจะเป็น:

220/100 = 2.2 ก.

พลังของหัวแร้งนี้คืออะไร- ลองใช้สูตร 2:

2.2 * 220 = 484 วัตต์

มันกลายเป็นหัวแร้งที่ดีทรงพลังและน่าจะเป็นแบบสองมือ ในทำนองเดียวกัน ด้วยการใช้สูตรทั้งสองนี้และแปลงค่า คุณสามารถค้นหากระแสผ่านกำลังและแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าผ่านกระแสและความต้านทาน ฯลฯ ตัวอย่างเช่น หลอดไฟ 60 วัตต์ในโคมไฟตั้งโต๊ะของคุณกินไฟเท่าใด:

60/220 = 0.27 A หรือ 270 mA

ความต้านทานของไส้หลอดในโหมดการทำงาน:

220 / 0.27 = 815 โอห์ม

วงจรที่มีตัวนำหลายตัว

ทุกกรณีที่กล่าวถึงข้างต้นนั้นเรียบง่าย - แหล่งเดียว หนึ่งโหลด แต่ในทางปฏิบัติอาจมีการโหลดได้หลายอย่างและยังเชื่อมโยงกันด้วยวิธีที่ต่างกันอีกด้วย การเชื่อมต่อโหลดมีสามประเภท:

1. ขนาน.
2. สม่ำเสมอ.
3. ผสม

การเชื่อมต่อแบบขนานของตัวนำ

โคมไฟระย้ามี 3 หลอด หลอดละ 60 วัตต์ โคมระย้ากินไฟเท่าไหร่? ถูกต้องครับ 180 วัตต์ มาคำนวณกระแสผ่านโคมระย้ากันอย่างรวดเร็ว:

180/220 = 0.818 ก.

แล้วการต่อต้านของเธอ:

220 / 0.818 = 269 โอห์ม

ก่อนหน้านี้เราคำนวณความต้านทานของหลอดเดียว (815 โอห์ม) และกระแสที่ไหลผ่าน (270 mA) ความต้านทานของโคมระย้าลดลงสามเท่าและกระแสก็สูงขึ้นสามเท่า ตอนนี้ได้เวลาดูแผนภาพของโคมไฟสามแขนแล้ว

หลอดไฟทั้งหมดในนั้นเชื่อมต่อแบบขนานและเชื่อมต่อกับเครือข่าย ปรากฎว่าเมื่อเชื่อมต่อหลอดสามหลอดแบบขนานความต้านทานโหลดทั้งหมดจะลดลงสามเท่า? ในกรณีของเรา ใช่ แต่เป็นแบบส่วนตัว - โคมไฟทั้งหมดมีความต้านทานและกำลังเท่ากัน หากโหลดแต่ละอันมีความต้านทานของตัวเอง การหารด้วยจำนวนโหลดนั้นไม่เพียงพอที่จะคำนวณมูลค่าทั้งหมด แต่มีทางออกจากสถานการณ์ - เพียงใช้สูตรนี้:

1/ยอดรวม = 1/R1 + 1/R2 + … 1/Rn

เพื่อความสะดวกในการใช้งาน สามารถแปลงสูตรได้อย่างง่ายดาย:

รตท. = (R1*R2*… Rn) / (R1+R2+… Rn)

นี่ รโททอล- – ความต้านทานรวมของวงจรเมื่อต่อโหลดแบบขนาน R1…Rn – ความต้านทานของโหลดแต่ละอัน

เหตุใดกระแสไฟฟ้าจึงเพิ่มขึ้นเมื่อคุณเชื่อมต่อหลอดสามหลอดแบบขนานแทนที่จะเป็นหลอดเดียวจึงไม่ยากที่จะเข้าใจ - ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า (ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง) หารด้วยความต้านทาน (ลดลง) แน่นอนว่ากำลังไฟฟ้าในการเชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้า

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม

ถึงเวลาค้นหาว่าพารามิเตอร์ของวงจรจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากเชื่อมต่อตัวนำ (ในกรณีของเราคือหลอดไฟ) เป็นอนุกรม

การคำนวณความต้านทานเมื่อเชื่อมต่อตัวนำแบบอนุกรมนั้นง่ายมาก:

รตท. = R1 + R2

หลอดหกสิบวัตต์สามหลอดเดียวกันที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะมีค่าอยู่ที่ 2,445 โอห์มแล้ว (ดูการคำนวณด้านบน) ความต้านทานของวงจรที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลอย่างไร? ตามสูตรที่ 1 และ 2 เห็นได้ชัดว่ากำลังและความแรงของกระแสเมื่อเชื่อมต่อตัวนำเป็นอนุกรมจะลดลง แต่ทำไมตอนนี้โคมไฟทั้งหมดจึงมืดสลัว? นี่เป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุดของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวนำซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายมาก มาดูพวงมาลัยสามหลอดที่เราคุ้นเคย แต่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม

แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้กับวงจรทั้งหมดยังคงอยู่ที่ 220 V แต่หลอดแต่ละหลอดถูกแบ่งตามสัดส่วนของความต้านทาน! เนื่องจากเรามีหลอดไฟที่มีกำลังและความต้านทานเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าจึงถูกแบ่งเท่าๆ กัน: U1 = U2 = U3 = U/3 นั่นคือหลอดไฟแต่ละดวงได้รับแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่าสามเท่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมหลอดไฟจึงสลัวมาก หากคุณใช้หลอดไฟมากขึ้น ความสว่างของหลอดไฟก็จะยิ่งลดลงไปอีก จะคำนวณแรงดันตกคร่อมแต่ละหลอดได้อย่างไร หากหลอดแต่ละหลอดมีความต้านทานต่างกัน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ สูตรสี่สูตรที่ให้ไว้ข้างต้นก็เพียงพอแล้ว อัลกอริธึมการคำนวณจะเป็นดังนี้:

1. วัดความต้านทานของหลอดไฟแต่ละดวง
2. คำนวณความต้านทานรวมของวงจร
3. คำนวณกระแสในวงจรโดยพิจารณาจากแรงดันและความต้านทานรวม
4. ขึ้นอยู่กับกระแสรวมและความต้านทานของหลอดไฟ ให้คำนวณแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมแต่ละหลอด

คุณต้องการรวบรวมความรู้ที่ได้รับมาหรือไม่?- แก้ไขปัญหาง่ายๆ โดยไม่ต้องดูคำตอบในตอนท้าย:

คุณมีหลอดไฟประเภทเดียวกันขนาดเล็ก 15 ดวงที่ออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้า 13.5 V เป็นไปได้หรือไม่ที่จะใช้หลอดไฟเหล่านี้เพื่อทำพวงมาลัยต้นคริสต์มาสที่เชื่อมต่อกับเต้ารับทั่วไปและถ้าเป็นเช่นนั้นทำอย่างไร?

สารประกอบผสม

แน่นอนคุณสามารถเข้าใจการเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรมของตัวนำได้อย่างง่ายดาย แต่ถ้าคุณมีอะไรแบบนี้อยู่ตรงหน้าคุณล่ะ?

การเชื่อมต่อแบบผสมของตัวนำ

จะทราบความต้านทานรวมของวงจรได้อย่างไร? ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องแบ่งวงจรออกเป็นหลายส่วน การออกแบบข้างต้นค่อนข้างเรียบง่ายและจะมีสองส่วน - R1 และ R2, R3 ขั้นแรก คุณคำนวณความต้านทานรวมขององค์ประกอบที่เชื่อมต่อแบบขนาน R2, R3 และค้นหา Rtot.23 จากนั้นคำนวณความต้านทานรวมของวงจรทั้งหมดซึ่งประกอบด้วย R1 และ Rtot.23 ที่ต่ออนุกรมกัน:

• Rtot.23 = (R2*R3) / (R2+R3)
• Rchains = R1 + Rtot.23

ปัญหาได้รับการแก้ไขแล้วทุกอย่างง่ายมาก ตอนนี้คำถามค่อนข้างซับซ้อนกว่า

การเชื่อมต่อแบบผสมที่ซับซ้อนของความต้านทาน

อยู่ที่นี่ได้ยังไง? ในทำนองเดียวกัน คุณเพียงแค่ต้องแสดงจินตนาการออกมาบ้าง ตัวต้านทาน R2, R4, R5 เชื่อมต่อแบบอนุกรม เราคำนวณความต้านทานรวม:

Rtot.245 = R2+R4+R5.

ตอนนี้เราเชื่อมต่อ R3 แบบขนานกับ Rtot.245:

Rtot.2345 = (R3* Rtot.245) / (R3+ Rtot.245)

Rchains = R1+ Rtot.2345+R6

แค่นั้นแหละ!

ตอบโจทย์ปัญหาพวงมาลัยคริสต์มาส

หลอดไฟมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานเพียง 13.5 V และเต้ารับคือ 220 V จึงต้องเชื่อมต่อแบบอนุกรม

เนื่องจากหลอดไฟเป็นประเภทเดียวกันแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายจะถูกแบ่งเท่า ๆ กันและแต่ละหลอดจะมี 220 / 15 = 14.6 V หลอดไฟได้รับการออกแบบสำหรับแรงดันไฟฟ้า 13.5 V ดังนั้นแม้ว่าพวงมาลัยดังกล่าวจะใช้งานได้ก็ตาม จะเผาไหม้หมดเร็วมาก เพื่อให้แนวคิดของคุณเป็นจริง คุณจะต้องมีอย่างน้อย 220 / 13.5 = 17 หลอด และควรมีหลอดไฟ 18-19 ดวง

ไม่มีอะไรที่ง่ายสำหรับช่างไฟฟ้ามากกว่าการต่อหลอดไฟ แต่ถ้าคุณต้องประกอบโคมระย้าหรือเชิงเทียนที่มีหลายเฉดสี คำถามก็มักจะเกิดขึ้น: “วิธีเชื่อมต่อที่ดีที่สุดคืออะไร?” เพื่อให้เข้าใจถึงความแตกต่างระหว่างการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานของหลอดไฟ เราจะมาจำหลักสูตรฟิสิกส์เกรด 8 กัน ตกลงล่วงหน้าว่าเราจะพิจารณาการให้แสงสว่างในเครือข่าย 220 V AC เป็นตัวอย่าง ข้อมูลนี้ใช้ได้กับแรงดันและกระแสอื่น ๆ ด้วย

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม

กระแสเดียวกันไหลผ่านวงจรขององค์ประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมแรงดันไฟฟ้าบนองค์ประกอบตลอดจนกำลังที่ปล่อยออกมานั้นจะถูกกระจายตามความต้านทานของมันเอง ในกรณีนี้ กระแสจะเท่ากับผลหารของแรงดันและความต้านทาน เช่น:

โดยที่ Rtotal คือผลรวมของความต้านทานขององค์ประกอบทั้งหมดของวงจรที่ต่อแบบอนุกรม

ยิ่งความต้านทานสูง กระแสก็จะยิ่งต่ำลง

เชื่อมโยงผู้บริโภคเป็นชุด

หากต้องการเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดแสงตั้งแต่ 2 ดวงขึ้นไปแบบอนุกรม คุณต้องต่อปลายเต้ารับเข้าด้วยกันดังที่แสดงในภาพ เช่น ซ็อกเก็ตด้านนอกจะมีสายไฟอิสระหนึ่งเส้นแต่ละเส้น ซึ่งเราจ่ายเฟส (P หรือ L) ด้วยศูนย์ (N) และซ็อกเก็ตตรงกลางเชื่อมต่อกันด้วยสายไฟเส้นเดียว

กระแสไฟน้อยกว่า 0.5 A เล็กน้อยไหลผ่านหลอด 100 W ที่แรงดันไฟฟ้า 220 V หากคุณเชื่อมต่อสองหลอดตามวงจรนี้กระแสจะลดลงครึ่งหนึ่ง หลอดไฟจะส่องสว่างเพียงครึ่งเดียว การใช้พลังงานจะไม่เพิ่มขึ้น แต่จะลดลงเหลือ 55 (โดยประมาณ) สำหรับทั้งคู่ และอื่นๆ: ยิ่งมีหลอดไฟมาก กระแสไฟและความสว่างของหลอดไฟแต่ละดวงก็จะยิ่งต่ำลง

ข้อได้เปรียบ:

• อายุการใช้งานของหลอดไส้เพิ่มขึ้น

ข้อบกพร่อง:

• ถ้าอันหนึ่งไหม้ ที่เหลือก็ไม่ไหม้เช่นกัน
• หากคุณใช้อุปกรณ์ที่มีกำลังต่างกันอุปกรณ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าจะไม่เรืองแสงจริงอุปกรณ์ที่เล็กกว่าจะเรืองแสงตามปกติ
• องค์ประกอบทั้งหมดจะต้องมีกำลังเท่ากัน
• คุณไม่สามารถรวมหลอดประหยัดไฟ (หลอด LED และหลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์) ไว้ในหลอดไฟที่มีการเชื่อมต่อดังกล่าว

การเชื่อมต่อนี้เหมาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่คุณต้องการสร้างแสงที่นุ่มนวล เช่น สำหรับเชิงเทียน นี่คือวิธีการเชื่อมต่อ LED ในมาลัย ข้อเสียเปรียบอย่างมากคือเมื่อลิงก์หนึ่งเสีย ลิงก์อื่น ๆ ก็ไม่สว่างขึ้นเช่นกัน

การเชื่อมต่อแบบขนาน

ในวงจรที่เชื่อมต่อแบบขนาน แต่ละองค์ประกอบจะใช้แรงดันไฟฟ้าเต็มของแหล่งพลังงาน

ในกรณีนี้กระแสที่ไหลผ่านแต่ละกิ่งจะขึ้นอยู่กับความต้านทานของมันเท่านั้น สายไฟจากคาร์ทริดจ์แต่ละอันเชื่อมต่อกันที่ปลายทั้งสองข้าง

• ข้อดี:
• หากหลอดไฟดวงหนึ่งดับลง หลอดไฟที่เหลือจะยังคงทำหน้าที่ต่อไป
• แต่ละวงจรจะส่องสว่างด้วยความร้อนเต็มที่โดยไม่คำนึงถึงกำลังไฟ เนื่องจากมีการใช้แรงดันไฟฟ้าเต็มในแต่ละวงจร
• คุณสามารถถอดสายไฟสาม, สี่เส้นขึ้นไปออกจากหลอดไฟ (ศูนย์และจำนวนเฟสที่ต้องการสำหรับสวิตช์) และเปิดหลอดไฟหรือกลุ่มตามจำนวนที่ต้องการ

หลอดไฟประหยัดพลังงานทำงานได้

ไม่มีข้อเสีย

หากต้องการเปิดไฟเป็นกลุ่ม ให้ประกอบวงจรดังกล่าวไว้ในตัวหลอดไฟหรือในกล่องรวมสัญญาณ

หลอดไฟแต่ละดวงเปิดอยู่ด้วยสวิตช์ของตัวเองในกรณีนี้มีสามดวงและอีกสองดวงเปิดอยู่

กฎของอนุกรมและการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวนำ

สำหรับการเชื่อมต่อแบบอนุกรม สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่ากระแสเดียวกันไหลผ่านหลอดไฟทั้งหมด ซึ่งหมายความว่า ยิ่งมีองค์ประกอบในวงจรมากเท่าใด แอมแปร์ก็จะไหลผ่านวงจรน้อยลงเท่านั้น แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมแต่ละหลอดเท่ากับผลคูณของกระแสและความต้านทาน (กฎของโอห์ม) เมื่อเพิ่มจำนวนองค์ประกอบ คุณจะลดแรงดันไฟฟ้าในแต่ละองค์ประกอบ

สารประกอบผสม

ในวงจรขนาน แต่ละสาขาจะใช้ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ต้องการ และใช้แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายโดยแหล่งพลังงาน (เช่น เครือข่ายไฟฟ้าในครัวเรือน)

• อีกชื่อหนึ่งของวงจรนี้คือวงจรอนุกรม-ขนาน ในสาขาของวงจรขนาน ผู้บริโภคหลายรายเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม เช่น หลอดไส้ ฮาโลเจน หรือ LED รูปแบบนี้มักใช้กับเมทริกซ์ LED วิธีนี้มีข้อดีบางประการ:
• เชื่อมต่อกลุ่มหลอดไฟแยกกันบนโคมระย้า (เช่น 6 แขน)
• หากหลอดไฟดับมีเพียงกลุ่มเดียวเท่านั้นที่จะไม่สว่างเพียงวงจรอนุกรมเดียวเท่านั้นที่จะล้มเหลวส่วนที่เหลือจะส่องสว่างโดยยืนขนานกัน

โคมไฟกลุ่มเป็นอนุกรมที่มีกำลังเท่ากัน และวงจรขนานที่มีกำลังต่างกัน หากจำเป็น

ข้อเสียเหมือนกับที่มีอยู่ในวงจรอนุกรม

แผนภาพการเชื่อมต่อสำหรับหลอดไฟประเภทอื่น

หลอดฟลูออเรสเซนต์

นอกจากหลอดไส้แล้ว มักใช้ทั้งหลอดฮาโลเจนและหลอดฟลูออเรสเซนต์ (FL) อย่างหลังนี้พบได้ทั่วไปในอาคารบริหาร ช่องพ่นสีรถยนต์ อู่ซ่อมรถ โรงงานอุตสาหกรรมและร้านค้าปลีก มักใช้ที่บ้านน้อยลงเล็กน้อย เช่น ในห้องครัวเพื่อให้แสงสว่างในพื้นที่ทำงาน

LL ไม่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับเครือข่าย 220 V การจุดระเบิดต้องใช้ไฟฟ้าแรงสูง ดังนั้นจึงใช้วงจรพิเศษ:

• โช้ค, สตาร์ทเตอร์, ตัวเก็บประจุ (อุปกรณ์เสริม);
• บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์

รูปแบบแรกถูกใช้น้อยลงและน้อยลงโดยมีลักษณะเฉพาะคือประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า, เค้นปีกผีเสื้อและการกะพริบของฟลักซ์แสงซึ่งมักมองไม่เห็นด้วยตา การเชื่อมต่อบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์มักแสดงอยู่บนตัวเครื่อง

หลอดไฟหนึ่งหรือสองดวงเชื่อมต่อแบบอนุกรม ขึ้นอยู่กับสถานการณ์และสิ่งที่มีอยู่ รวมถึงบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ด้วย

จำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุระหว่างเฟสและศูนย์เพื่อชดเชยกำลังปฏิกิริยาของตัวเหนี่ยวนำและลดการเปลี่ยนเฟส วงจรจะเริ่มทำงานโดยไม่มีตัวเก็บประจุ

ให้ความสนใจกับวิธีเชื่อมต่อหลอดไฟเมื่อให้แสงสว่างด้วยหลอดฟลูออเรสเซนต์คุณไม่สามารถใช้กฎเดียวกันกับเมื่อทำงานกับหลอดไส้ สถานการณ์คล้ายกับหลอดไฟ DRL และ HPS แต่ไม่ค่อยพบในชีวิตประจำวัน โดยมักพบในโรงงานอุตสาหกรรมและโคมไฟถนน

แหล่งกำเนิดแสงฮาโลเจน

ประเภทนี้มักใช้กับไฟสปอร์ตไลท์บนเพดานแบบแขวนและแบบแขวน เหมาะสำหรับสถานที่ให้แสงสว่างที่มีความชื้นสูง เนื่องจากผลิตขึ้นเพื่อใช้ในวงจรไฟฟ้าแรงต่ำ เช่น 12 โวลต์

หม้อแปลงไฟฟ้าหลัก 50 เฮิร์ตซ์ใช้สำหรับจ่ายไฟ แต่มีขนาดใหญ่และเมื่อเวลาผ่านไปก็เริ่มส่งเสียงครวญคราง หม้อแปลงไฟฟ้าเหมาะกว่าสำหรับสิ่งนี้ โดยรับ 220 V ที่ความถี่ 50 Hz และปล่อย 12 V AC ด้วยความถี่หลายสิบ kHz มิฉะนั้นการเชื่อมต่อจะคล้ายกับหลอดไส้

บทสรุป

ประกอบวงจรในหลอดไฟอย่างถูกต้อง อย่าเชื่อมต่อหลอดประหยัดไฟแบบอนุกรมและปฏิบัติตามแผนผังสวิตช์สำหรับหลอดฟลูออเรสเซนต์และหลอดฮาโลเจน

หลอดประหยัดไฟ “ไม่ชอบ” ไฟฟ้าแรงต่ำและจะหมดเร็วในขณะที่หลอดฟลูออเรสเซนต์อาจไม่สว่างเลย