Jaké jsou výhody a nevýhody sériového a paralelního připojení?

Jako každé elektrické zařízení mohou být klešťové ohřívače připojeny pomocí sériového nebo paralelního připojení. Navzdory skutečnosti, že obě možnosti jsou považovány za přijatelné a používají se v různých průmyslových zařízeních, existují určité nuance.

V tomto článku podrobně rozebereme povahu sériových a paralelních připojení, rozebereme, jak přesně se od sebe liší, a uvedeme příklady použití; Pojďme zjistit, jaký typ připojení ke zdroji energie je nejvhodnější pro kruhové a jiné typy průmyslových elektrických ohřívačů.

Co je sériové připojení k síti?

Pokud několik vzájemně propojených elektrických zařízení přenáší stejný proud, toto zapojení se nazývá sériové zapojení. V tomto případě je dodávané napětí rozděleno mezi všechna zařízení v obvodu v závislosti na hodnotách jejich jednotlivých odporů. Čím vyšší je indikátor druhého, tím vyšší je napětí na konkrétním zařízení.

Jak vypočítat napětí na každém zařízení v sériovém obvodu?

Stejně jako všechny fyzikální procesy v elektřině se hodnoty odporu, proudu a napětí řídí Ohmovým zákonem. Slouží jako základ pro všechny výpočty při navrhování jakéhokoli zařízení, které používá elektrické ohřívače. V případě sériového zapojení tento zákon říká, že proud protékající ohřívačem je přímo úměrný napětí, které se na něj aplikuje, a nepřímo úměrný jeho odporu. Chcete-li určit hodnotu proudu pro zařízení sériového obvodu, vydělte napětí odporem konkrétní součásti – I = V/R, kde I je proud, V je napětí a R je odpor součásti.

Když znáte proud požadovaný sériovými ohřívači, můžete vypočítat, kolik energie je potřeba k jejich správnému provozu.

Kirchhoffův zákon o napětí v sériovém napájecím obvodu

Kirchhoffův napěťový zákon je dalším základním zákonem elektrických obvodů, který říká, že součet napětí kolem jakékoli uzavřené smyčky v obvodu je nulový. V sériovém napájecím obvodu lze Kirchhoffův napěťový zákon aplikovat na jakoukoli uzavřenou smyčku v obvodu. Pokud jsou například v obvodu dva elektrické ohřívače, měl by se pokles napětí na každém z nich rovnat celkovému napětí aplikovanému na obvod. Matematicky to lze vyjádřit jako V1 + V2 = V, kde V1 a V2 jsou napětí na každém ohřívači a V je celkové napětí aplikované na obvod.

Pokud potřebujete připojit dva klešťové ohřívače, jeden pracující na 110 V a druhý na 220 V, znamená to, že musíte zajistit napájení v sériové síti rovnající se součtu těchto topných prvků: 110 + 220 = 330 V.

Aplikace sériového silového obvodu

Sériové napájecí obvody jsou široce používány v domácích i průmyslových zařízeních. Jedním z nejvýraznějších příkladů je osvětlení ve vozech vlaku, lucerny a girlandy. Indikátor, že ve všech těchto případech je energie dodávána v sériovém obvodu, je celkový odpor obvodu, který se rovná součtu odporů jednotlivých zařízení a úbytek napětí na každém z nich je úměrný jeho odporu.

Stejný princip platí pro napájecí zdroje, kde lze zapojit více komponentů, jako jsou baterie nebo baterie, do série, aby bylo zajištěno požadované výstupní napětí.

Vlastnosti paralelních silových obvodů

Nejdůležitější vlastností paralelních napájecích obvodů je to, že umožňují distribuci energie mezi více zátěží při zachování konstantního napětí na každé z nich. Pokud toto zapojení použijeme jako příklad pro elektrické ohřívače, ukáže se, že napětí bude na každém připojeném zařízení stejné, ale proud se může lišit v závislosti na odporu na každé jednotlivé větvi.

Výhodou paralelních obvodů je, že poskytují redundanci v případě selhání jedné součásti. Pokud například selže jeden ohřívač nebo celá větev okruhu, ostatní pokračují v normálním provozu. Paralelní připojení navíc umožňuje používat více napájecích zdrojů současně, aniž by se navzájem rušily. To platí také pro vypínání zařízení, které je po určitou dobu nepotřebné.

Jednou z hlavních nevýhod paralelního zapojení je, že je obtížnější jej navrhnout a odstranit problémy než sériové zapojení. To je způsobeno skutečností, že každá linka má svou vlastní sadu komponent, které je třeba správně vybrat a nainstalovat. Vytváření paralelních obvodů může být navíc dražší kvůli potřebě dalších kabelů a komponentů.

Ohmův zákon a Kirchhoffův zákon pro paralelní zapojení

Ohmův zákon a Kirchhoffův zákon jsou základními principy, kterými se řídí chování paralelních obvodů. Ohmův zákon říká, že proud ve vodiči mezi dvěma ohřívači se rovná součtu proudů těchto elektrických ohřívačů. Toto pravidlo platí také pro odpor sekce paralelního připojení. Hodnota napětí bude všude stejná.

V souladu s Kirchhoffovým zákonem pomáhá paralelní zapojení snížit odpor vedení a zvýšit celkovou vodivost ve srovnání se sériovým zapojením.

Použití paralelního připojení napájení

Nejvýraznějším příkladem použití paralelních silových obvodů je elektroinstalace v budovách. To umožňuje dosáhnout stabilního napětí 220 V do všech zásuvek a zástrček a aktuální hodnota závisí na stávající zátěži. Kromě toho se paralelní připojení používají v elektronických obvodech, jako jsou počítače a další digitální zařízení.

Porovnání paralelního a sériového zapojení

Potřeba zvolit typ připojení vzniká, když je třeba k jednomu zdroji energie připojit několik elektrických ohřívačů. Na základě vlastností paralelního a sériového připojení se ukazuje, že při implementaci prvního typu můžete použít libovolný počet topných těles, hlavní věc je, že celková spotřeba energie a proud nepřesahují výstupní hodnotu zdroje energie sám. V případě sériového zapojení vypadá situace složitější: je třeba jasně počítat, aby napětí generované zdrojem bylo rovnoměrně rozloženo mezi všechna topná tělesa zapojená v okruhu. Například pro napájení dvou klešťových topných těles s napětím 110 V při sériovém zapojení je nutné, aby napájecí zdroj měl na výstupu alespoň 220 V.

Podívejme se na konkrétní příklady, jak ovlivňuje výběr schéma zapojení napájení.

• Paralelní připojení. Vezměme si dva stejné ohřívače o výkonu 2000 W a napětí 230 V, které jsou zapojeny paralelně do sítě 230 Voltů. Vzhledem k tomu, že napětí jsou stejná, celkový výkon jejich provozu bude 4000 W. Pokud připojíme třetí podobné topné těleso, výkon bude 6000W. S každým dalším připojením ohřívače se sníží celkový odpor obvodu.
• Sériové připojení. Zapojme dva ohřívače 2000 W 230 V sériově do sítě 230 V. Na výstupu nezískáme 4000, ale pouze 1000 W, protože jejich výkon se sníží 4krát. Při připojení dalšího topného tělesa s podobnými charakteristikami bude výkon pouze 666 W nebo 9x méně.

Stojí za zmínku, že při sériovém zapojení se celkový odpor obvodu značně zvyšuje.

Paralelní nebo sériové pro elektrické ohřívače: co je lepší?

Pokud nezohledníte potřebu provádět výpočty pro sériové připojení, jeho hlavní nevýhodou je porucha nebo přerušení obvodu, pokud se rozbije alespoň jeden ohřívač. Chcete-li vyhledat vadný elektrický ohřívač, budete muset „zazvonit“ všechny napájecí vodiče mezi nimi, abyste vyloučili možnost přerušení. Celý tento proces zabere spoustu času, jehož ztráta na výrobní lince vede ke značným ztrátám.

Paralelní zapojení eliminuje výpadek celého elektrického vedení v důsledku poruchy jednoho ohřívače nebo přerušení vedení. Pouze vadné zařízení přestane fungovat, což výrazně zjednodušuje odstraňování problémů a urychluje údržbu.

Při paralelním zapojení elektrických ohřívačů bude zapotřebí více kabeláže a dalších součástí obvodu, což zvyšuje jeho cenu. To je jediná nevýhoda, ale v podmínkách stabilní výroby se investice rychle vrátí.

Celkový

Ve skutečnosti jsou všechny skutečně fungující elektrické ohřívače v extruderech na potrubních vedeních vyžadujících ohřev připojeny k paralelnímu elektrickému vedení. Sériové připojení se používá pouze v nestandardních situacích, kdy není k dispozici napájecí zdroj požadovaného výkonu nebo je nutné snížit napětí v síti. Například, když jsou dva ohřívače s napětím 110 voltů a bez snižovacího transformátoru. V tomto případě jsou pro zajištění jejich provozu ohřívače zapojeny sériově do sítě 220 V.

Pokud potřebujete pomoci s výběrem vhodného topného tělesa pro extruder nebo jiné výrobní úkoly (ohřev nádrží, vzduchu), obraťte se na Electric Heating. Společnost je přímým výrobcem příchytek a dalších typů topných těles. Výrobky Elektronagrev jsou certifikované a plně vyhovují deklarovaným vlastnostem a kvalitě. Objednáním jedné kopie nebo celé šarže si tedy budete jisti spolehlivostí zakoupeného zařízení.

Důležité! Kromě výrobků standardních velikostí vyrábí společnost topná tělesa podle individuálních výkresů. V případě potřeby můžete zadat objednávku na návrh pro řešení konkrétních výrobních problémů.