Sériové a paralelní zapojení žárovek.
Často je pro různé účely, například pro dekorativní účely, potřeba připojit několik žárovek tak či onak. V tomto článku si povíme o sériovém a paralelním připojení žárovek a zjistíme, jak to udělat správně.
Schéma sériového zapojení
Začněme sériovým připojením. Nejdostupnějšími zdroji světla pro náš experiment jsou obyčejné žárovky 230 V a nepotřebují samostatný zdroj napětí – žije v zásuvce. Je pravda, že je to trochu nebezpečné, ale pokud budete dodržovat jednoduchá pravidla a zacházet s elektřinou s respektem, nedotkne se vás. Existuje několik pravidel:
- nedotýkejte se prvků pracovního obvodu;
- Měření by měla být prováděna opatrně, za použití provozuschopných sond s izolovanými rukojeťmi;
- Všechny změny v obvodu by měly být prováděny s úplně vypnutým napětím.
Důležité! Pro větší bezpečnost je lepší použít oddělovací transformátor, ale i v tomto případě je nutné důsledně dodržovat všechna výše uvedená pravidla. Takový transformátor lze snadno sestavit ze dvou síťových sítí se stejným výstupním napětím. Výkon transformátorů je 40-60 wattů pro tyto účely není potřeba.
Nyní můžete začít. Máme tedy 2 světelné zdroje 230 V stejného výkonu. Řekněme 60 wattů. Připojíme je podle tohoto schématu:
Rozsvítíme, světla svítí, ale matně. co se děje? Pojďme k výpočtům. Jsou jednoduché, protože žárovka má pouze aktivní odpor. Vše, co potřebujete, je list papíru a Ohmův zákon. Žádné kosinusy ani sinusy. Protože je obvod v sérii, protéká oběma lampami stejný proud. Naše žárovky mají stejný výkon a obě jsou na 230 V. To znamená, že mají stejný odpor. Můžete zkontrolovat pomocí jednoduchého vzorce:
R = U 2 / P, kde:
- R – odpor spirály, Ohm;
- U – napájecí napětí obvodu, V;
- P – výkon, W.
Důležité! Při navrhování girlandy je třeba vypočítat odpor žárovky a neměřit jej ohmmetrem, protože u zahřáté spirály je mnohem (asi 10krát) větší než u studené.
Světelné zdroje jsou zapojeny do série, takže se odpor celého obvodu zdvojnásobí. To znamená, že proud v obvodu se sníží na polovinu. Zkontrolujte, zda nedůvěřujete: I = U/(R1+R2), kde I je síla proudu v obvodu, A.
Jak bude napětí distribuováno
A co naše napětí? Rozdělí se rovným dílem mezi žárovky, jak tvrdí pan Ohm: U = R * I. A má pravdu. Můžete to ověřit pomocí AC voltmetru. To znamená, že každá žárovka bude nyní napájena napětím 230 / 2 = 115 V. Z toho plyne nedohřívání spirálek a slabé světlo. Pokud vezmeme více žárovek, bude situace ještě horší.
Co když potřebujeme girlandu, řekněme, 10 žárovek? V tomto případě bude napětí 230 děleno 10 a každý obdrží pouze 23 voltů. Při tomto napětí bude záře spirálek sotva patrná, a to pouze ve tmě. Řešení je jednoduché. 23 tak 23. Vezměme žárovky se stejným nebo mírně vyšším provozním napětím. V našem případě jsou ideální variantou rozvaděče, kterým se lidově říká „telefon“.
Dáme dohromady schéma. Vypadá to takto:
Pokud potřebujete girlandu s jiným počtem žárovek, vyberte si vhodné podle počtu, který potřebujete, nebo jejich počtu podle toho, co je k dispozici. Například lampy s provozním napětím 13.5 V budou potřebovat 230 / 13.5 = 17 kusů. V tomto případě každý dostane 230 / 17 = 13.52 V.
Důležité! Je lepší zvýšit počet lamp o 1-2 kusy – budou pracovat na mírně nižší úrovni a vydrží déle. A ani si nevšimneme poklesu jasu kvůli jednomu nebo dvěma voltům. Prach, který není z baňky včas setřen, absorbuje mnohem více světla.
Celkový výkon se sníží nebo zvýší
Vymýšleli jsme zapojení a výběr lamp. Teď je to otázka moci. Zvýší se nebo ne? Vše závisí na provozním režimu lamp. Vezměme si první případ se žárovkami 230 x 60 W. Napájení – 230 V. Ano, hoří plným žárem, ale jsou 2! Proč hádat, myslíme si. Proud protékající každou lampou je 2krát menší, což znamená, že výkon každé také klesne na polovinu, protože výkon je roven součinu napětí a proudu.
Ale napájecí napětí každé lampy bude poloviční! Na to jsme přišli výše – 115 V na lampu. To znamená, že výkon každé lampy klesne 4 (!) krát. Máme dvě lampy 60 / 4 = 15 wattů. Celkem 30 W pro dva.
Jen poznámka. Ztráta spotřeby energie bude ve skutečnosti 2krát, ale pokud změříte světelný tok vyzařovaný takovou girlandou, můžete vidět, že klesl 4krát. To znamená, že 30W žárovka na 230 V by svítila 4x jasněji!
Nyní k girlandě s nízkonapěťovými žárovkami. Vezměme si ten s deseti rozvaděči. Fotografie jasně ukazuje jeho charakteristiky – 24 V, 90 mA. Vypočítáme výkon: P = U * I = 24 * 0.09 = 2.16 W. Vzhledem k tomu, že budou napájeny o něco nižším napětím – 230 / 10 = 23 V, výkon, i když nepatrně, klesne. Ano a proud se mírně sníží. Ať jsou to 2 W. Máme deset lamp. Celkem 2 x 10 = 20 W.
Závěr – síla girlandy při sériovém zapojení se může buď zvýšit, nebo snížit. Vše závisí na zvoleném provozním režimu žárovek, který zase závisí na přidělených úkolech.
A pár slov na závěr tématu sériového připojení. Pokud shoří jedna žárovka, jak se budou cítit ostatní? Je to tak, všechny zhasnou, protože jsou součástí jednoho sériového obvodu. Kdo z nás, kdo je starší, však neměl příležitost vždy 30. prosince hledat v novoroční girlandě vypálenou žárovku? V lednu jsem odstranil pracovní, vyndal v prosinci – nehoří.
Která žárovka bude svítit jasněji, pokud budou mít různý výkon?
Zjistili jsme, že lampy stejného výkonu, zapojené do série, spotřebují stejný výkon, a proto svítí stejným jasem. Nyní zapojme 100 a 40 W výbojky do série. Opět bereme do rukou kus papíru a pero a vzývame ducha pana Ohma. Vypočítáme odpor spirály každé lampy.
- Sto wattů. R = U2 / P = 52 900 / 100 = 529 Ohm.
- Čtyřicet watt. R = U2 / P = 52 900 / 40 = 1 332 Ohmů.
Vypočítáme proud v obvodu s odporem 529 + 1 332 = 1 851 Ohmů: I = U / R = 230 / 1 851 = 0.124 A. Se znalostí proudu a odporu vypočítáme úbytek napětí na každé žárovce.
- Sto wattů. U = R * I = 529 * 0.124 = 65 V.
- Čtyřicet watt. U = R * I = 1 332 * 0.124 = 165 V.
Zkontrolujeme: 65 + 165 = 230. Vše je spravedlivé. Nyní vypočítáme výkon vyvíjený každou lampou:
- Sto wattů. P = U * R = 65 * 0.124 = 8 W.
- Čtyřicet watt. P = U * R = 165 * 0.124 = 20.46 W.
Závěr je zřejmý – „straka“ bude zářit jasněji.
Důležité! Žárovka 40 W bude svítit jasněji, ne 20/8 = 2.5 krát sto wattů. Pokud si pamatujete, pokles napětí není úměrný poklesu jasu. Ve skutečnosti je rozdíl ještě markantnější. „Sorokovka“ začne svítit trochu slabě, zatímco „stovka“ bude mít sotva zahřátou spirálu a její záře bude sotva patrná.
Paralelní připojení
Přejděme k paralelnímu zapojení žárovek. Vezmeme všechny stejné „šedesátky“ a spojíme je takto:
Přivedeme napětí a vidíme, že obě lampy svítí na plný výkon. Proč? Závěr je zřejmý: každý je napájen plným napětím zdroje – 230 V. Sestavujeme další podobný obvod, ale ze 40 a 100 W žárovek. Zapněte to. Oba hoří na plný žár. Důvod je stejný – jedno na druhém nezávisí, každý dostává plný výkon a odebírá si proud, který potřebuje.
Při paralelním zapojení tedy může být počet a výkon lamp libovolné – všechny budou hořet v plné intenzitě. Jediná věc je, že všechny musí být dimenzovány na napětí zdroje. V našem případě 230 V. A samozřejmě kabel musí vydržet patřičný proud, ale o tom později.
Zdravý. Jasným příkladem paralelního zapojení jsou lampy v bytové elektrické síti. Všechny jsou zapojeny paralelně a jsou určeny pro napětí dodávané do bytu.
Jak vypočítat výkon a proud
Nyní trochu výpočtů. Kolik energie spotřebuje naše girlanda svítidel 40, 60, 60 a 100 W? Řešení tohoto problému je mnohem jednodušší než u sériového připojení. Výkon girlandy při paralelním zapojení se rovná součtu výkonů všech lamp: P = 40 + 60 + 60 + 100 = 260 W. Pro výběr průřezu napájecího kabelu pro girlandu vypočítáme proud, který spotřebovává: I = P / U = 260 / 230 = 1.13 A.
Pojďme si to shrnout – jaký je rozdíl mezi schématy
Děláme sériové i paralelní zapojení žárovek. Zbývá zjistit, jaké jsou jejich podobnosti a jak se liší. Podobnosti: oba svítí, oba se skládají z žárovek, oba potřebují napájení. Možná je to vše. Rozdílů je trochu víc. Pro přehlednost je shrnujeme do tabulky:
Důsledné
Paralelní
To je vše o paralelním a sériovém zapojení lamp. Nyní můžete sestavit girlandu výběrem typu připojení, který je pro vás pohodlnější, a nezávislým výpočtem parametrů obvodu.