Kdy se používá sériové připojení?

Proč se v girlandě na vánoční stromeček nemusí rozsvítit žárovky stejné barvy? Proč jsou všechny elektrospotřebiče v domě dimenzovány na 220 V? Spoiler: je to všechno o typech připojení vodičů – budeme o nich mluvit v tomto článku.

· Aktualizováno 23. června 2023

Jak po vyhoření jedné žárovky v girlandě můžete určit způsob připojení a opravit ji? Zkusme na to přijít.

Anfisa našla na balkóně starou girlandu. Po zapojení do zásuvky si dívka všimla, že všechna světla svítí kromě zelených. Po pečlivém prozkoumání vodičů Anfisa viděla, že všechny zelené žárovky jsou zapojeny do série jedna po druhé.

Sériové zapojení vodičů

Při sériovém zapojení je konec prvního vodiče připojen k začátku druhého, konec druhého k začátku třetího atd.

Sériové zapojení se obvykle používá v případech, kdy je potřeba cíleně zapnout nebo vypnout konkrétní elektrický spotřebič. Například, aby školní elektrický zvonek fungoval, musí být zapojen do série se zdrojem proudu a klíčem.

Zde je několik příkladů použití řetězového obvodu:

• osvětlení ve vozech vlaků nebo tramvají;
• jednoduché girlandy na vánoční stromeček;
• kapesní svítilna;
• ampérmetr pro měření proudu v obvodu.

Zákony sériového zapojení vodičů

Při sériovém připojení je síla proudu v jakékoli části obvodu stejná:

Pokud v obvodu se sériovým zapojením jedna ze žárovek selže a neprotéká jí žádný elektrický proud, pak žádný proud neprotéká zbývajícími žárovkami. Vzpomeňme na Anfisu a její girlandu: když jedna ze zelených žárovek vyhořela, proud, který jí procházel, se stal nulovým. V důsledku toho se nerozsvítily ostatní zelené kontrolky zapojené do série. Chcete-li opravit girlandu, musíte identifikovat spálenou žárovku a vyměnit ji.

Při sériovém zapojení se celkový odpor obvodu rovná součtu odporů jednotlivých vodičů:

Při sériovém zapojení se celkové napětí obvodu rovná součtu napětí v jednotlivých sekcích:

Příklad řešení problému

Lampa je zapojena do obvodu s napětím 220 V a protéká jí proud 20 A. Když byl k lampě zapojen reostat do série, proud v obvodu klesl na 11 A. Jaký je odpor reostat?

Řešení.

Pomocí Ohmova zákona určíme odpor lampy:

Také pomocí Ohmova zákona určíme celkový odpor obvodu, když je reostat zapnutý:

R=U/I₂ = 220 / 11 = 22 Ohm.

Při sériovém zapojení se odpory lampy a reostatu sčítají:

Když známe celkový odpor obvodu a odpor lampy, určíme požadovaný odpor reostatu:

R₂ = R – R₁ = 22 − 11 = 11 Ohm.

Odpověď: Odpor reostatu je 11 ohmů.

Sériové připojení bohužel není vždy vhodné. Například v nákupním centru Auchan je otevřeno od 9:00 do 23:00, kino – od 10:00 do 02:30 a obchody – od 10:00 do 22:00. Pokud je okruh zapojen do série, budou muset svítit světla v celém obchodním centru od 9:00 do 02:30. Souhlaste s tím, že tento způsob provozu je ekonomicky nerentabilní i při minimálním tarifu elektřiny. V tomto případě by bylo dobrým řešením použít paralelní připojení.

Paralelní připojení vodičů

Při paralelním zapojení jsou začátky všech vodičů spojeny v jednom společném bodě elektrického obvodu a jejich konce v jiném.

Paralelní zapojení se používá v případech, kdy je nutné připojit elektrické spotřebiče nezávisle na sobě. Pokud například vypnete varnou konvici, chladnička bude nadále fungovat. A když jedna žárovka v lustru dohoří, zbytek stále osvětluje místnost.

Zde je několik dalších příkladů použití metody paralelního připojení:

• osvětlení ve velkých nákupních oblastech;
• domácí elektrické spotřebiče v bytě;
• počítače v učebně informatiky;
• voltmetr pro měření napětí na části obvodu.

Paralelní zapojení vodičů: vzorce

Napětí v paralelním zapojení je stejné v jakékoli části obvodu:

Jak si pamatujete, všechny domácí elektrické spotřebiče jsou navrženy pro stejné jmenovité napětí 220 V. A budete souhlasit, je mnohem snazší vytvořit všechny zásuvky stejné, než vypočítat napětí pro každé zařízení při jejich sériovém zapojení.

Proudová síla v paralelním zapojení (v nerozvětvené části obvodu) je rovna součtu proudových sil v jednotlivých paralelně zapojených vodičích:

Elektrický proud protéká větvemi nepřímo úměrně jejich odporu. Pokud jsou odpory ve větvích stejné, pak se proud v paralelním zapojení rozdělí mezi ně rovnoměrně.

Celkový odpor obvodu je určen vzorcem:

Pro dva paralelně zapojené vodiče lze vzorec napsat jinak:

Jestliže n identické vodiče, z nichž každý má odpor R₁, jsou zapojeny paralelně, pak celkový odpor části obvodu lze zjistit vydělením odporu jednoho z vodičů jejich počtem:

Vraťme se k Anfise a její girlandě. Už jsme přišli na to, proč přestala svítit všechna zelená světla. Je čas zjistit, proč všichni ostatní dál hořeli. Moderní girlandy používají paralelní a sériové připojení současně. Například žárovky stejné barvy jsou zapojeny do série a s jinými barvami – paralelně. Vypnutí větve se zelenými žárovkami tedy neovlivnilo chod zbytku obvodu.

Příklad řešení problému

Dva rezistory s odpory 10 Ohm, respektive 11 Ohm, jsou zapojeny paralelně a připojeny na napětí 220 V. Jaký je proud v nerozvětvené části obvodu?

Řešení.

Pojďme určit celkový odpor při paralelním připojení vodičů:

R = (R₁ R₂) / (R1 + R2) = (10 11) / (10 + 11) = 110 / 21 Ohm ≈ 5,24 Ohm.

Pomocí Ohmova zákona určíme sílu proudu v obvodu:

I = U/R = 220 / (110/21) = 42 A.

Odpověď: Proud v nerozvětvené části obvodu je 42 A.

Smíšené připojení vodičů

Často jsou skutečné elektrické obvody složitější, proto se používají různé kombinace způsobů sériového a paralelního zapojení. Tento způsob připojení se nazývá smíšený. Smíšené připojení vodičů zahrnuje použití metod sériového a paralelního připojení v jednom obvodu.

Algoritmus pro řešení problémů se smíšeným připojením vodičů:

Přečtěte si podmínky problému, nakreslete schéma elektrického obvodu a v případě potřeby očíslujte vodiče.

Analyzujte obvod, tj. najděte oblasti, kde se používá pouze sériové nebo pouze paralelní připojení vodičů. Určete odpor v těchto oblastech.

Zjistěte typ spojení mezi sekcemi. Najděte celkový odpor celého obvodu.

Pomocí Ohmova zákona a zákonů sériového a paralelního zapojení vodičů najděte rozložení proudů a napětí v obvodu.

Příklad řešení problému

Obrázek ukazuje schéma elektrického obvodu. Odpory rezistorů jsou stejné a rovnají se 12 Ohmům. Napětí zdroje je 100 V. Jaký proud protéká rezistorem R₄?

Řešení.

Pojďme analyzovat tento diagram. Rezistory R₂ a R.₃ zapojené do série a s odporem R₄ – paralelně. Celá tato sekce je zapojena do série se zdrojem proudu a rezistorem R₁.

Určíme odpor sériově zapojených rezistorů R₂ a R.₃:

Zjistíme celkový odpor rezistoru R₄ a sekce 2–3, zapojené paralelně:

Stanovme celkový odpor celého obvodu jako součet odporu R zapojeného do série₁ a oddíl 2–3–4:

Pomocí Ohmova zákona najdeme sílu proudu v nerozvětvené části obvodu:

I = U/R_ekv = 200 / 20 = 5 A.

Pomocí Ohmova zákona určíme napětí v sekci složené z rezistorů R₂, R₃, R₄:

Protože je napětí v paralelním zapojení stejné, napětí na rezistoru R₄ se také rovná 40 V. Pomocí Ohmova zákona zjistíme proud protékající rezistorem R₄:

Odpověď: přes rezistor R₄ protéká proud přibližně 3,3 A.

Analyzovali jsme poměrně hodně vzorců pro sériové a paralelní připojení vodičů. A můžete si je zapamatovat pomocí následujících schémat:

Online kurzy fyziky na Skysmart nejsou o nic méně vzrušující než naše články. Během lekcí se naučíte vytvářet širokou škálu elektrických obvodů a řešit s nimi problémy a také se dozvíte o jejich aplikaci v životě. Čekám na tebe!

Tento článek bude mluvit o sériové a paralelní připojení vodičů. Na příkladech se podíváme na tato připojení a na to, jak tato připojení změní takové hodnoty jako:

Tabulka 1.8 [L2, str.24] ukazuje diagramy a vzorce pro stanovení odporů, proudů a napětí pro paralelní a sériové zapojení.

Sériové připojení

Sériové zapojení se týká těch částí obvodu, kterými protékají vždy stejné proudy.

Pro sériové připojení:

• proudová síla ve všech vodičích je stejná;
• napětí na celém spoji se rovná součtu napětí na jednotlivých vodičích;
• Odpor celého zapojení se rovná součtu odporů jednotlivých vodičů.

Dvě žárovky o stejném výkonu Рл1=Рл2=100 W jsou zapojeny sériově do sítě s napětím Un=220V. Odpor vlákna v žárovkách je Rl1=Rl2=122 Ohm. Jmenovité napětí pro žárovky je 220 V. Obrázek 1 ukazuje sekvenční zapojení žárovek.

Sestavíme ekvivalentní obvod, který vyjadřuje každý z příchozích prvků obvodu (v tomto případě žárovku) ve formě odporů.

1. Určete proud procházející úseky obvodu:

In = Un/Rl1+ Rl2 = 220/122+122 = 0,9 A

2. Určíme napětí na každé z žárovek, protože výkon žárovek je stejný, napětí pro každou žárovku bude stejné:

Ul1=Ul2 = In*R = 0,9*122 = 110 V

Jak vidíme, napětí zdroje (v tomto příkladu 220 V) je rovnoměrně rozděleno mezi obě lampy zapojené do série. V tomto případě lampy nebudou svítit, jejich záře bude neúplná.

Aby výbojky svítily plnou intenzitou, je nutné zvýšit napětí zdroje z 220V na 440V a zároveň je na každé z výbojek stanoveno jmenovité (provozní) napětí 220V.

Dvě žárovky o výkonu Rl1 = 100 W a Rl2 = 75 W jsou zapojeny sériově do sítě s napětím Un = 220V. Odpor vlákna v žárovkách je Rl1 = 122 Ohmů pro stowattovou žárovku a Rl2 = 153 Ohmů pro sedmdesátipětiwattovou žárovku.

1. Určete proud procházející úseky obvodu:

In = Un/Rl1+ Rl2 = 220/122+153 = 0,8 A

2. Určete napětí na každé z žárovek:

Ul1= In*Rl1 = 0,8*122 = 98 V
Ul2= In*Rl2 = 0,8*153 = 122 V

Na základě výsledků výpočtu dostává výkonnější 100W žárovka menší napětí. Ale proud ve dvou sériově zapojených i různých lampách zůstává stejný. Pokud například jedna ze žárovek shoří (přeruší se její vlákno), obě žárovky zhasnou.

Toto zapojení žárovek se používá například u tramvajového vozu pro osvětlení interiéru.

Paralelní připojení

Paralelní spojení je spojení, ve kterém jsou začátky všech vodičů připojeny k jednomu bodu v obvodu a jejich konce k jinému.

Body v obvodu, ve kterých se sbíhá několik vodičů, se nazývají uzly. Úseky řetězu, které spojují uzly mezi sebou, se nazývají větve.

Pro paralelní připojení:

• napětí na všech vodičích je stejné;
• proudová síla na přechodu vodičů je rovna součtu proudů v jednotlivých vodičích;
• převrácená hodnota odporu celého zapojení je rovna součtu převrácených hodnot odporů jednotlivých vodičů.

Určete proudy a napětí všech částí obvodu (obr. 5), pokud víte:

• Jmenovité síťové napětí Un = 220V;
• Odpor vlákna ve výbojkách HL1 a HL2 je Rl1 = Rl2 = 122 Ohmů.
• Odpor vlákna v žárovce HL3 je Rl3 = 153 Ohmů.

Pro obvod znázorněný na obr. 5 nakreslíme ekvivalentní obvod.

1. Určete vodivost celého obvodu [L1, str.47] a podle tabulky 1.8:

2. Určete odpor celého obvodu [L1, str.47]:

3. Určete proudovou sílu obvodu podle Ohmova zákona:

4. Určete proudy pro každý obvod [L1, str. 47]:

5. Zkontrolujeme, že síla proudu na přechodu vodičů je rovna součtu proudů v jednotlivých vodičích:

Il1+ Il2+ Il3=Celkem=1,8+1,8+1,44=5,04=5,04 (podmínka splněna)

smíšené připojení

Smíšené zapojení je sériově paralelní spojení odporů nebo částí obvodu.

Určete proudy a napětí všech částí obvodu (obr. 7), pokud víte:

• Jmenovité síťové napětí Un = 220V;
• Odpor vlákna ve výbojkách HL1, HL2, HL3 je Rl1 = Rl2 = Rl3 = 122 Ohmů.
• Odpor vlákna v žárovce HL4 je Rl4 = 153 Ohmů.
• Výsledky výpočtu pro úsek BC obvodu (paralelní připojení vodičů) jsou použitelné z příkladu 3:
  Odpor obvodu BC je Rvc = 43,668 Ohm.

Pro obvod znázorněný na obr. 7 nakreslíme ekvivalentní obvod.

1. Určete odpor celého obvodu:

Rtotal = Rav+Rvs = Rl1+Rvs = 122+43,688 = 165,688 Ohm

2. Určete proudovou sílu obvodu podle Ohmova zákona:

3. Určete napětí na prvním odporu:

Uav=Ul1= Itot*Rl1 = 1,33*122 = 162 V

4. Určete napětí na sekci letadla:

Uvs = Itotal * Rvs = 1,33 * 43,688 = 58,1 V

5. Určíme proudy pro každý okruh sekce letadla:

6. Zkontrolujeme úsek okruhu letadla:

Il2+ Il3+ Il4= Itot.=0,48+0,48+0,38=1,33=1,33 (podmínka splněna)

1. Obecná elektrotechnika se základy elektroniky, V.S. Popov, 1972
2. Referenční kniha elektrikáře. V A. Grigorieva. 2004

Sdílejte na sociálních sítích

Pokud jste našli odpověď na svou otázku a chcete poděkovat autorovi článku za jeho práci, můžete využít platformu pro převod prostředků „WebMoney Funding“ a „PayPal“.

Tento projekt je podporován a rozvíjen výhradně z prostředků z dobrovolných darů.

Prokázáním loajality ke stránce můžete převést libovolnou částku peněz, čímž pomůžete vylepšit tento web, zvýšit pravidelnost nových zajímavých článků a platit pravidelné výdaje, jako jsou: platba za hosting, název domény, SSL certifikát, mzda našim autorům.

Výběr ochranného systému pro elektrickou instalaci je důležitým aspektem jak pro zajištění hospodárnosti, tak i z hlediska nákladů

Nejčastější příčinou selhání IM je teplotní přetížení a izolace.

Položení sekundárních napěťových obvodů VT musí být provedeno tak, aby byl součet těchto proudů.

V dnešní době se stále více používají jednofázové napájecí kabely. Zároveň výběr jednofázových napájecích kabelů.

Při paralelním provozu s energetickým systémem plynových turbín a plynových pístových jednotek, jeden z hlavních.

Paralelní zapojení Příklad 3. Proč určovat vodivost celého obvodu, odpor celého obvodu Pokud je uveden odpor každé žárovky, vydělte napětí odporem každé žárovky – dostanete proud v každé sekci. Přidejte proud všech sekcí – bude znám celkový proud! Pokud se napětí nemění, ale proud se dělí zátěží!Proč se trápit různými věcmi? Proč duplikovat stejnou věc? A ano, v příkladu sériového zapojení máte překlep: Určujeme proud procházející úseky obvodu: In = Un/Rl1+ Rl2 = 220/100+75 = 0,8 A, ale potřebujete In = Un/Rl1 +R2 = 220/122 + 153 = 0,8

Ahoj! Děkuji za upozornění na překlep. Pro kontrolu byla určena vodivost (pro názornost), podle které se síla proudu na přechodu vodičů rovná součtu proudů v jednotlivých vodičích.

Odesláním zprávy dáváte souhlas ke shromažďování a zpracování osobních údajů.
Zásady ochrany osobních údajů.