Способы подключения потребителей электрической энергии
С самых первых шагов внедрения электрической энергии в жизнь и быт людей и различное производство тогдашние инженеры и разработчики много внимания уделяли способам подключения потребителей электрической энергии.
В результате проведенных многих исследований были выявлены 3 основных способа подключения электрических приборов и устройств к источникам электрической энергии – последовательный способ, параллельный и комбинированный или смешанный способ. При этом каждый способ обладает своими принципиальными особенностями. С давних пор известно, что каждое электрическое устройство или прибор обладает определенной мощностью и определенным сопротивлением, а также на какое номинальное напряжение они рассчитаны, от которого зависит и величина потребления тока.
Последовательное соединение выполняется путем подключения приборов один за другим, когда второй вывод первого приемника электроэнергии соединяется с первым выводом второго приемника, а второй его вывод соединяется с первым выводом третьего приемника и т.д. Далее первый вывод первого потребителя и второй вывод последнего потребителя подключается к источнику питания. Основная особенность последовательного соединения электрической цепи заключается в том, что величина тока во всей цепи будет постоянной, а напряжение после каждого потребителя будет снижаться на величину его падения, а сумма падения напряжения после всех потребителей будет равна величине общего номинального напряжения.
Эта особенность последовательного соединения широко используется при устройстве различных электрических сетей, особенно при соединении аналогичных потребителей электрической энергии. К примеру чтобы подключить к источнику энергии напряжением 220 В электрические устройства (ламп и других) напряжением каждого в 10 В потребуется 22 устройства. Такое свойство последовательного соединения можно использовать при необходимости подключения в бытовую и иную сеть любого электрического устройства меньшего напряжения необходимо включить в цепь резистор (сопротивление) с определенной величиной сопротивления. И еще необходимо иметь ввиду, что при выходе из строя любого потребителя при последовательном соединении, цепь будет полностью обесточена.
В то же время наиболее распространенным способом электрического соединения как в быту, так и на производстве является параллельное соединение, которое заключается в том, что электрические устройства, приборы, бытовая и иная техника подключается через определенные электроустановочные соединения к магистральной сети. При параллельном соединении величина напряжения перед каждым устройством остается постоянным, равным напряжению источника питания. При этом величина тока при каждом потребители будет равна в соответствии с известным законом Ома частному от деления величины напряжения (220В) на величину электрического сопротивления. Суммарная величина электрического тока в сети будет равна сумме величин токов, проходящих по каждому потребителю. Этот способ соединения позволяет подключать разнообразные приборы и технику – группы освещения, холодильники, телевизоры, пылесосы и т.д. В отличие от последовательного соединения, выход из строя отдельного потребителя не влияет на работу других приборов и техники.
При смешанном комбинированном соединении потребителей электрической энергии заключается в том, что группы потребителей подключаются по параллельном соединении, а внутри группы потребители могут быть соединены последовательно.
Источник
Виды соединений потребителей.
Различают последовательное, параллельное и смешанное соединение потребителей.
Припоследовательном соединении потребителей конец первого потребителя присоединяется к началу второго, конец второго – к началу третьего и т.д.
Рисунок 9 – Схема последовательного соединения потребителей
1) Сила тока на всех потребителях одинаковая 
2) Общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных потребителей 
3) Напряжение на зажимах цепи равно сумме падений напряжений на отдельных её участках 
.
При необходимости уменьшить U и I приемника последовательно ему подключают резистор.
Вывод: при выходе из работы одного элемента вся цепь обесточивается, и при изменении сопротивления одного из них меняется ток во всей цепи и напряжение на каждом элементе.
При параллельном соединении элементов цепи все начала собираются в одну точку, а концы в другую точку и включаются в электрическую цепь, образуя параллельные ветви.
Рисунок 10 – Схема параллельного соединения потребителей
1) Общий ток равен сумме токов параллельных ветвей 
2) Напряжение на всех потребителях включенных параллельно одинаковое
3) Общее сопротивление будет меньше наименьшего из включенных параллельно
Из закона Ома для участка цепи 
— для двух потребителей
Если сопротивление потребителей равны, то 
При выходе из строя одного потребителя остальные остаются включенные в цепь.
Все приемники находятся под одним напряжением независимо от их мощности (сопротивления).
Смешанным называется такое соединение потребителей, когда в цепи имеются одновременно и параллельное и последовательное их соединение.
Цепь постепенно упрощают, заменяя эквивалентным (равноценным) сопротивлением, используя формулы для последовательного и параллельного соединения потребителей.
Дата добавления: 2017-11-21 ; просмотров: 4607 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Способы соединения потребителей электроэнергии.
Последовательное соединение
При последовательном соединении во всей цепи (и в источнике в том числе) ток одинаковый:
Iобщ = I1 = I2 = I3 = Iист;
Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого потребителя:
Общее напряжение складывается из падений напряжений на каждом потребителе:
Ø При подключении потребителей последовательно общее сопротивление цепи увеличится, а общий ток уменьшится (Iобщ = Uобщ/Rобщ);
Ø При последовательном соединении, наибольшее падение напряжения и выделение тепловой энергии будет на потребителе наименьшей мощности, т.е. с наибольшем сопротивлением.
Прим. Так как подключение или отключение потребителей при последовательном соединении будет влиять на работу остальных потребителей, такое соединение применяется редко (гирлянда, тяговые двигатели на некоторых локомотивах) – для уменьшения напряжения на каждом потребителе.
Параллельное соединение
При параллельном соединении каждый потребитель подключается на одинаковое напряжение (часто говорят, что напряжение подается на потребитель):
Uобщ = U1 = U2 = U3;
Общий ток в цепи складывается из токов через каждый потребитель:
Iобщ= I1 + I2 + I3; (по 1-му закону Кирхгофа)
В такой схеме складываются не сопротивления потребителей, а их проводимости:
Ø общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет всегда меньше самого наименьшего сопротивления любой из ветви;
Ø при увеличении числа потребителей включенных параллельно, общее сопротивление цепи уменьшается, а общий потребляемый ток увеличивается(увеличивается нагрузка цепи);
Ø больший ток пойдет по цепи с меньшим сопротивлением;
Ø если при параллельном соединении сопротивление потребителей одинаково, то общее сопротивление Rобщ можно определять по формуле:
R — сопротивление одного потребителя
Rобщ= —-
N — количество потребителей
3. Смешанное соединение (мостовая схема)
Частным случаем смешанного соединения является мостовая схема.
Мостовая схема имеет четыре плеча A – C – B – D, каждое плечо моста включает в себя потребитель (на данной схеме – резисторы, но могут быть электродвигатели). Так же мост имеет две диагонали
А – С — питающая диагональ
В – D — измерительная диагональ.
При одинаковых параметрах потребителей (R1 = R2 = R3 =R4или, в схеме с двигателями – если они работают в одном режиме)падение напряжений на плечах моста будет равным, и потенциалы точек ВиD будут равны (φв = φD ). Тогда напряжение на гальванометре равно нулю, т.е. ток через измерительную диагональ не идет. Такой мост называется уравновешенным.
Равновесие моста имеет место не только при равенстве параметров всех потребителей, но и при условии R1 /R4= R2 /R3.При изменении сопротивления любого плеча (один из двигателей выходит из общего режима работы) равновесие моста нарушается, на измерительной диагонали появляется напряжение и ток. Поэтому такая схема используется, в частности, для срабатывания реле боксования в электровозах, тепловозах, секциях электропоездов.
Источник
Урок по дисциплине «Электротехника» на тему»Способы соединения потребителей. Последовательное соединение»
Урок электротехники по теме «Способы соединения потребителей. Последовательное соединение»
Несмелова Светлана Николаевна,
Преподаватель электротехнических дисциплин
образовательная – изучить особенности соединений потребителей, закрепить изученный материал, оценить практическое применение данного материала;
развивающая – развить образное мышление, быстроту реакции, умение чётко определить способы соединения и параметры электрической цепи с несколькими потребителями;
воспитывающая – формировать уважение к профессионалам и любовь к профессии, умение работать в команде;
деятельностная – применять полученные знания на практике.
Тип урока: комбинированный.
по характеру дидактических целей и решению познавательных задач: объяснение, демонстрация на действующем макете, решение задач;
по форме взаимодействия преподавателя и обучающихся: 1) пассивный, словесный (объяснение), наглядная (макеты), практическая (задача); 2) интерактивные методы: практическая направленность осваиваемых умений, навыков на уровне компетенций
технические средства: макет “Неразветвленная электрическая цепь”;
дидактические средства: раздаточный материал с пропущенными местами для заполнения формулами и результатами вычислений.
ПК 2.1Организовывать и проводить монтаж схемы соединений потребителей.
ОК 1.Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2.Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях.
ОК 3. Работать в коллективе.
Организационный момент (3 мин).
Приветствие. Проверка присутствующих, готовности к уроку.
Целевая установка (2 мин).
Цель работы: Ознакомиться со способами соединения потребителей, изучить особенности последовательного включения потребителей в электрическую цепь.
Актуализация опорных знаний (10 мин) в форме фронтальной беседы.
Вопрос 1. Дайте определение электрической цепи. Ответ: Электрическая цепь– это электротехническое устройство, состоящее из таких элементов, как источник энергии, потребитель, соединительные провода, датчики, электроизмерительные приборы и т.д.
Вопрос 2. Какие электрические цепи вы знаете? Ответ: Неразветвленные и разветвленные.
Вопрос 3. Чем характеризуется неразветвленная и разветвленная электрические цепи? Ответ: Неразветвленная электрическая цепь не имеет электрических узлов, а разветвленная имеет.
Вопрос 4. Какие элементы электрической цепи можно отнести к категории потребителей? Ответ: электрические лампы, двигатели, печи, утюги, насосы, вентиляторы и другие.
Изложение нового материала (30 минут).
Потребители в электрической цепи могут быть соединены по-разному: последовательно и параллельно, наконец, смешанно, звездой и треугольником.
Сегодня мы рассмотрим последовательное соединение. При последовательном соединении условный “выход” первого потребителя соединён с условным “входом” второго, “выход” второго со входом третьего и т.д.
Например, электрическая цепь с 3-мя сопротивлениями нагрузки имеет вид:
В общем случае: R1≠R2≠R3
Особенности последовательного соединения.
Ток в цепи через все сопротивления один и тот же.
При повреждении одного элемента (потребителя) ток в цепи прекращается. Это происходит потому, что протекание тока в цепи возможно при одновременном выполнении двух условий, а именно : 1) цепь замкнута; 2) в цепи имеется источник питания. С повреждением одного из потребителей условие 1 нарушается, и ток в цепи не течет.
Напряжение источника распределяется между потребителями пропорционально их сопротивлениям, т.е.
Справедливость данного выражения вытекает из закона сохранения энергии и легко подтверждается опытным путем.
Общее (эквивалентное) сопротивление цепи выводится из предыдущего выражения путем подстановки значений напряжений: U=I*Rэкв; U1=I*R2; U2=I*R2; U3=I*R3, поэтому результате Rэкв = R1+ R2+ R3
Общая мощность, потребляемая цепью, равна сумме мощностей, потребляемых каждым потребителем. Если в выражении U=U1+U2+U3 почленно каждую из величин умножить на одно и тоже число, (в данном случае на I), то суть равенства не изменится, т.е. U*I=U1*I+U2*I+U3*I получим выражение для мощности: P=P1+P2+P3
Для закрепления материала (30 мин) преподаватель включает макет “Неразветвленная цепь
постоянного тока” с последовательным соединением 3-х ламп накаливания различной мощности.
Включив напряжение источника (показания вольтметра 220 В), преподаватель задает вопрос: какой режим мы наблюдаем в электрической цепи? Ответ: режим холостого хода (I=0 ; U1=0; U2=0; U3=0)
При замыкании тумблером цепи из трех ламп видим показания измерительных приборов:
I=1,14 А; U1=87,7В; U2=65,8В; U3=65,8В.
Преподаватель раздает карточки заданий по результатам наблюдаемого опыта, куда следует вписать необходимые формулы вычислений и их результаты. Для этого необходимо:
удостовериться, что U= U1+ U2+ U3
определить R1, R2, R3.
проверить с помощью вычислений справедливость равенства Rэкв=R1+R2+R3
найти мощности каждой из ламп, т.е. P1, P2, P3
численно доказать правильность вычислений тождеством: P=P1+P2+P3
Далее преподаватель отмечает, что в случае, если R1=R2=R3=R, формулы имеют вид Rэкв=n*R, где n – число последовательно включенных потребителей и
P=n*P, где P – мощность одного потребителя.
В заключение преподаватель обращает внимание обучающихся еще раз на п.2 особенностей последовательного соединения. Такого рода соединение имеет ограниченное практическое применение , так как повреждение одного из потребителей приводит к тому, что электрическая цепь не работает. Последовательное соединение может быть в елочной гирлянде, где собраны маломощные лампочки, рассчитанные на небольшие напряжения. В целях формирования навыков умственного труда, преподаватель задает вопрос: сколько лампочек, рассчитанных на напряжение 2,5В следует включить последовательно, чтобы гирлянда работала при напряжении сети 220В? Ответ 88 шт.
Вопрос: как поступить, если имеется всего 50 ламп? Ответ: включить добавочное сопротивление, рассчитанное на 95В (220В-2,5*50=95В)
Подведение итогов урока (10 мин): оценить активно работавших на занятии обучающихся, ответить на возможные вопросы по данной теме.
Домашнее задание (5 мин).
В.С.Попов “Теоретическая электротехника”, стр.53–55.
Решить задачу: определить, какое напряжение должно быть подано на добавочное сопротивление, включенное последовательно с электрическим звонком, рассчитанным на 12В, если напряжение сети 220В.
Подготовиться к выполнению лабораторной работы “Исследование последовательного и параллельного способов соединения потребителей”.
Источник
