Что является особенностью параллельного соединения

Параллельное и последовательное соединение проводников в электрической цепи

При монтаже электрических цепей в электротехнике применяют последовательное и параллельное соединение проводников. От выбранного способа соединения источников и потребителей в значительной мере зависят рабочие параметры подключенного оборудования. Поэтому особенности обоих методов построения схемы обязательно должны учитываться при проектировании электроцепей.

Что такое параллельное соединение проводников

При данном способе в составе схемы в крайних точках соединяются начала и концы всех нагрузок, подключенных к источнику электротока. Сами же нагрузки размещаются параллельно по отношению друг к другу. Количество подключенных по такой схеме компонентов не ограничивается. Схема используется во многих сферах, позволяя решать разные задачи компоновки сетей. Например, часто задействуют параллельное соединение аккумуляторов.

При контрольном измерении значения вольтажа электроприборов вольтметр будет показывать одинаковые величины. Это означает, что электронапряжение на каждой нагрузке будет равняться общей величине вольтажа, действующего в электрической цепи.

Особенностью схемы параллельного соединения можно назвать разветвление цепи. В месте разветвления происходит деление заряда с направлением его частей по отдельной линии к соответствующему проводнику. Поэтому общая величина тока будет равна суммарному значению токов на каждой из включенных нагрузок.

Совокупное электрическое сопротивление всей электроцепи имеет меньшее абсолютное значение, по сравнению с каждым из приборов.

Что такое последовательное соединение проводников

Суть этого способа заключается в том, что компоненты цепи подключаются друг к другу поочередно. Первый проводник одним проводом подключается к источнику питания. Второй его провод соединяется со вторым проводником, от которого идет конец на третий проводник и т.д., пока цепь не будет замкнута. Классическим примером последовательной электроцепи можно назвать подключение лампочек в гирлянде.

Ток проходит по цепи приборов, состоящей из резисторов, ламп или других нагрузок, протекая через каждый включенный в электроцепь прибор. В собранной таким способом цепи отсутствует эффект деления и накопления заряда на разных ее участках. Соответственно, физическая величина ампеража будет на всех участках одинаковой.

Совокупное электросопротивление всех последовательно соединенных нагрузок, приборов и устройств любого типа равняется сумме их индивидуальных сопротивлений. Таким образом, его значение прямо зависит от количества подключенных приборов и их параметров.

Аналогично рассчитывается и совокупный вольтаж. Он равняется сумме напряжений, действующих на каждом отдельном электроприборе.

Разница между последовательным и параллельным соединением, преимущества и недостатки

Принципиальные отличия между последовательным и параллельным соединение проводников по ключевым электротехническим параметрам приведены в таблице:

Параметр/тип соединения	Последовательное	Параллельное
Электросопротивление	Равняется сумме электросопротивлений всех электропотребителей.	Меньше значения электросопротивления каждого отдельного из подключенных электроприборов.
Напряжение	Равняется совокупному вольтажу всех электропотребителей.	Одинаковая величина на всех участках электроцепи.
Сила тока	Одинаковая величина на всех участках электроцепи.	Равняется совокупному значению токов на каждом из приборов.

Плюсы и минусы последовательного соединения

Основными преимуществам электроцепей из последовательно соединенных приборов являются их следующие особенности:

• простота проектирования и построения схемы;
• низкая стоимость комплектации;
• возможность подключения приборов, рассчитанных на меньшее рабочее напряжение, по сравнению с номинальным напряжением сети;
• выполнение функции регулирования тока – обеспечивает равномерные нагрузки на все приборы.

Однако у этого способа компоновки электросхемы есть и серьезные недостатки. Главным из них является ненадежность цепи из последовательно соединенных проводников. При выходе из строя любого из подключенных приборов, происходит отключение всей цепи.

Кроме того, минусом является снижение напряжения при увеличении количества подключенных потребителей. Примером может служить последовательное соединение нескольких ламп. Чем больше осветительных приборов подключено таким способом к источнику электропитания, тем менее яркий свет они будут давать.

Плюсы и минусы параллельного соединения

При использовании параллельного соединения проводников обеспечиваются такой набор преимуществ:

• стабильность напряжения на электроприборах, вне зависимости от их числа;
• возможность включения или отключения отдельных участков в нужный момент без нарушения работы всей электроцепи;
• надежность – при выходе одного или нескольких компонентов из строя сама электроцепь продолжает сохранять работоспособность.

Недостатком является более сложный расчет и сложная схема, использование которой повышает стоимость комплектации электросети.

Не допускается подключение приборов, с номинальным рабочим вольтажом меньше сетевого. Параллельное соединение аккумуляторов с разным значением вольтажа связано с перетеканием тока в АКБ с меньшей его величиной, что может вызывать ускоренный износ батареи.

Закон Ома для участка цепи

Одним из ключевых электротехнических законов можно назвать закон Ома для участка цепи. Именно этим законом объясняются отличия, которые существуют для параллельного и последовательного соединения проводников.

Формулируется он таким образом:

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному к его концам напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Записывается он следующей формулой:

I = U/R, где

I – сила тока, (А);

U – вольтаж, (В);

R – электросопротивление, (Ом).

Смешанное соединение проводников в электрической цепи

На практике сборку электроцепей, как правило, проводят таким метод, который предусматривает смешанное соединение проводников. Это комбинированное решение, которое сочетает оба способа. Обычно для монтажа основной сети используют параллель, а отдельные потребители при необходимости объединяют в последовательную сеть.

При расчете и сборке смешанных соединений сопротивлений обязательно должны учитываться особенности, преимущества и недостатки обоих методов подключения. В ходе проектирования, схему целесообразно разбить на отдельные части и выполнить расчет в по физическим законам, которые справедливы для последовательного и параллельного соединения. После этого, составные части объединяют в единую схему.

Как соединить вольтметр и амперметр в цепь

К числу основных электротехнических параметров относятся сила тока и вольтаж. Для контроля этих величин используют приборы – амперметры и вольтметры. Требования по подключению этих приборов в цепь определяются, исходя из законов, которые действуют для последовательного и параллельного соединения.

Для измерения величины тока производится включение амперметра в цепь строго последовательно с рабочей нагрузкой. Важно, чтобы сопротивление самого прибора было минимальным, чтобы не допустить его влияние на работу электрооборудования. Если амперметр подключить параллельно, это приведет к выходу амперметра из строя.

Для измерения напряжения вольтметр в цепь подключается строго параллельно источнику или приемнику тока. Сам измерительный прибор должен иметь довольно высокое собственное сопротивление. Это требуется, чтобы при измерении можно было пренебречь величиной тока, который отбирается через вольтметр.

Применение параллельного и последовательного соединения в электротехнике

Параллельное соединение активно применяется для монтажа проводки и цепей в различных видах электрического оборудования и приборов. Оно дает возможность подключить электрические устройства к электросети независимо друг от друга.

Последовательное соединение используют, когда нужно обеспечить включение и отключение определенных приборов. Именно по этой схеме подсоединяются выключатели и тумблеры. Также схема хорошо подходит в тех случаях, когда необходимо сформировать электроцепь из потребителей с малым значением номинального напряжения.

При параллельном соединении конденсаторов совокупная емкость равняется сумме емкостей каждого полупроводника. В случае применения последовательного соединения конденсаторов, результирующая емкость уменьшается вдвое. Это свойство также используется при формировании электроцепей.

Способы соединения резисторов, решение задачи смешанного соединения проводников: видео

Источник: https://knigaelektrika.ru/teoriya/parallelnoe-i-posledovatelnoe-soedinenie-provodnikov-v-elektricheskoj-tsepi.html

Закон последовательного и параллельного соединений

Схема последовательного соединения подразумевает, что они включаются в определенной последовательности один за другим. Причем сила тока во всех из них равна. Данные элементы создают на участке суммарное напряжение.

Заряды не накапливаются в узлах электроцепи, поскольку в противном случае наблюдалось бы изменение напряжения и силы тока.

При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому при последовательной схеме сопротивление меняется в случае изменения одной нагрузки.

Недостатком такой схемы является тот факт, что в случае выхода из строя одного элемента остальные также утрачивают возможность функционировать, поскольку цепь разрывается. Примером может служить гирлянда, которая не работает в случае перегорания одной лампочки. Это является ключевым отличием от параллельного соединения, в котором элементы могут функционировать по отдельности.

Последовательная схема предполагает, что по причине одноуровневого подключения проводников их сопротивление в любой точки сети равно. Общее сопротивление равняется сумме уменьшения напряжений отдельных элементов сети.

При данном типе соединения начало одного проводника подсоединяется к концу другого. Ключевая особенность соединения состоит в том, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и через каждый из них протекает один электроток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом.

Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения – все проводники заменяются одним эквивалентным резистором, и ток на нем совпадает с общим током, который проходит через все резисторы. Эквивалентное совокупное напряжение является суммой значений напряжения по каждому резистору.

Так проявляется разность потенциалов на резисторе.

Использование последовательного подключения целесообразно, когда требуется специально включать и выключать определенное устройство. К примеру, электрозвонок может звенеть только в момент, когда присутствует соединение с источником напряжения и кнопкой.

Первое правило гласит, что если тока нет хотя бы на одном из элементов цепи, то и на остальных его не будет. Соответственно при наличии тока в одном проводнике он есть и в остальных.

Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, исправной лампочки и нажатой кнопки.

В некоторых случаях последовательная схема нецелесообразна. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, не стоит организовывать схему такого типа, поскольку нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно. С этой целью лучше использовать параллельное соединение, чтобы иметь возможность включения света в отдельно взятых комнатах.

Параллельное соединение

Все электрические устройства обладают своими номинальными параметрами. Номинальное напряжение обычно является напряжением сети/питания, присутствующее на каждой ветви параллельной цепи. Поэтому имеет смысл подключать нагрузки параллельно. Дополнительным преимуществом является то, что если одно устройство не работает, все остальные устройства будут продолжать работать.

Для домашней разводки проводов

Вся бытовая мощность распределяется посредством параллельного подключения. Электроприборы могут быть соединенными и разъединенными, но при этом все они получат рабочее напряжение, которое необходимо для равномерной работы.

Параллельное соединение проводников обладает рядом других преимуществ:

• Удобство индивидуального контроля над приборами. При этом можно использовать отдельные выключатель и предохранитель для каждого устройства;
• Независимость от других приборов, в то время как любая неисправность в цепи приведет к остановке всех устройств последовательного соединения.

Часто бытовые приборы потребляют разную мощность, в результате чего на каждом из них получается свое падение напряжения. Для многих устройств оно становится выше нормируемого, и это делает невозможным их работу. Примером для рассмотрения может служить последовательная цепь с такими разными резистивными нагрузками, как водонагреватель 1,8 кВТ и настольная лампа 25 Вт. Для обогревателя мощности будет так мало, что он никогда не сможет работать в таких условиях.

Все бытовые приборы однофазного напряжения подключаются таким способом, чтобы сбалансировать нагрузку на электрическую сеть и предотвратить перегрузку. Это касается такой маломощной техники, как лампы, тостеры, холодильники, магнитофоны, стиральные машины, кондиционеры, компьютеры, мониторы, чайники, телевизоры, фены, розетки.

Более мощная бытовая техника, как электропечи, тэны, некоторые посудомоечные машины и кондиционеры, подключается преимущественно отдельной линией в параллели.

Все цепи оснащаются либо предохранителями (на 16 А или 20 А), либо автоматическими выключателями с соответствующей токовой нагрузкой. Розетки в ванных комнатах (согласно правилам электроустановок) требуют использования УЗО или дифференциальных автоматических выключателей, так как вода может вызвать нежелательные токи утечки, которые могут быть смертельными.

Для замены кабелей

Если нет необходимого сечения кабеля для передачи высокой мощности, можно провести кабельную линию из нескольких кабелей, рассчитанных на меньшие токи. В нескольких проводах будет течь такой же ток, как в одном кабеле более большого сечения.

Такая замена широко применяется для прокладки кабельных линий для больших нагрузок и расстояний. Выбор сечения кабелей осуществляется расчетным путем при проведении проверки по потере напряжения, допустимому длительному току и короткому замыканию.

От правильности выбора напрямую зависит безопасность объекта.

Разные способы проводки применяются для достижения желаемой цели, с использованием имеющихся ограниченных ресурсов. Законы последовательного и параллельного соединения проводников дают возможность избежать ошибок при расчетах электрических схем.

Последовательное соединение проводников

В электротехнике большое значение имеет последовательное и параллельное соединение проводников в электрической цепи. Среди них часто используется схема последовательного соединения проводников предполагающая такое же соединение потребителей. В этом случае включение в цепь выполняется друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Свойства такой электрической цепи можно рассмотреть на примере участков цепи с двумя нагрузками. Силу тока, напряжение и сопротивление на каждом из них следует обозначить соответственно, как I1, U1, R1 и I2, U2, R2. В результате, получились соотношения, выражающие зависимость между величинами следующим образом: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Таким образом, последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

• Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
• Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
• Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R – общее сопротивление, R1 – сопротивление одного элемента, а n – количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является елочная гирлянда, когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Источник: https://okd1.ru/spravka/zakon-posledovatelnogo-i-parallelnogo-soedinenij/

​Параллельное и последовательное соединение силовых полупроводниковых приборов (СПП)

• 23 января 2019 г. в 16:25
• 274

Максимальные токи и блокирующие напряжения выпускаемых СПП ограничены и часто однотипные СПП приходится соединять в группы для увеличения мощности разрабатываемого оборудования.

Основные типы соединений:

• Параллельное — используется при необходимости увеличения максимального тока;
• Последовательное — используется при необходимости увеличения максимального блокирующего напряжения;
• Смешанное — параллельное + последовательное.

Соединяя тиристоры или диоды параллельно, необходимо стремиться к равному распределению тока нагрузки по приборам.

Нужно обеспечить идентичность условий работы СПП и равенство вольтамперных характеристик, учитывая технологический разброс параметров.

Для решения этой задачи необходимо следующее:

• Последовательно с каждым полупроводниковым прибором устанавливать индуктивные или омические делители тока;
• Осуществлять подбор полупроводниковых приборов по статическим потерям в рабочей точке (по значению U tm /U fm на рабочем токе). Следует заметить, что всегда существует определенный технологический разброс параметров СПП;
• При проектировании преобразователей, имеющих параллельное соединение полупроводниковых приборов, рекомендуется выбирать рабочие токи, находящиеся выше точки инверсии вольтамперной характеристики СПП. В этом случае выравнивание токов в параллельных ветвях будет происходить автоматически, так как в области ВАХ, лежащей выше точки инверсии, действует отрицательная обратная связь, то есть при увеличении температуры р-n перехода увеличивается его сопротивление и уменьшается прямой ток, что приводит к снижению температуры р-n перехода;

• Для минимизации влияния времени включения отдельных тиристоров и — как следствие — неравномерного распределения тока по ветвям в первоначальный момент времени, необходимо применять мощные импульсы управления с крутым фронтом, что приводит к уменьшению времени задержки включения тиристора и минимизации влияния этого эффекта на распределение тока по параллельным ветвям;
• В схемах, где применяются мощные высоковольтные тиристоры; тиристоры, выполненные на кристаллах больших диаметров (более 56 мм), а также при наличии больших индуктивностей в силовой части, которые ограничивают скорость изменения силового тока, необходимо дополнительно учитывать время распространения включенного состояния тиристора. Это связанно с тем, что мощные тиристоры в первоначальный момент времени включаются в ограниченной области вблизи управляющего электрода, после этого за ограниченное время происходит продольное распространение включенного состояния;
• Конструктивное расположение параллельных ветвей должно обеспечивать равенство сопротивлений токоведущих шин, включая предохранители;
• Для всех приборов, входящих в параллельное соединение, условия охлаждения должны быть одинаковы.

Соединяя тиристоры или диоды последовательно, необходимо стремиться к равному распределению блокирующего (прямого и(или) обратного) напряжения как в стационарном состоянии, так и в динамических режимах, а именно — при включении тиристоров и при восстановлении блокирующих свойств во время выключения тиристора или диода.

Причины неравномерного распределения блокирующих напряжений:

• Различия утечек в последовательно соединенных приборах вследствие естественного технологического разброса и (или) различных рабочих температур вследствие, например, различных условий охлаждения (к сведению: в среднем изменение температуры на 8°С приводит к изменению утечек в два раза). Перенапряжение возникает на приборах, имеющих меньшее значение тока утечки;
• Разброс времени включения отдельных тиристоров, соединенных последовательно в ветви, ведет к перераспределению напряжения между включившимися ранее и включающимися с запозданием тиристорами. Перенапряжение возникает на тиристорах, включающихся с опозданием;
• Разброс величин заряда обратного восстановления в последовательно соединенных приборах приводит к тому, что в момент восстановления такие приборы принимают обратное напряжение в различное время. Перенапряжение возникает на тиристорах, имеющих меньший заряд обратного восстановления.

Способы выравнивания распределения блокирующих напряжений:

• Для снижения влияния неравномерности токов утечки последовательно включенных СПП используют включение шунтирующих высокоомных резисторов параллельно каждому полупроводниковому прибору (диоду или тиристору). Чем выше требование к выравниванию напряжения в этом режиме, тем меньше должны быть значения шунтирующих резисторов;
• Для уменьшения неравномерности распределения блокирующих напряжений, которое возникает из-за разброса значений зарядов обратного восстановления СПП, применяются снабберные RC-цепи, включенные параллельно каждому полупроводниковому прибору. Чем больше значение снабберной емкости, включенной параллельно прибору, тем меньше неравномерности распределения блокирующих напряжений. Однако увеличение емкости — это не всегда рациональный способ, поэтому необходимо подбирать приборы для последовательного соединения по заряду обратного восстановления. Как правило, разброс зарядов принимают равным 5% или 10%.
• Для уменьшения разброса времени включения СПП применяют мощные импульсы управления с крутым фронтом, что приводит к уменьшению времени задержки включения тиристора и минимизации влияния этого эффекта на распределение напряжения. Наличие снабберных RC-цепей параллельно каждому прибору оказывает положительное воздействие, так как до момента включения к тиристорам прикладывалось некоторое прямое напряжение, до которого также были заряжены снабберные конденсаторы. Это напряжение в первый момент времени после включения тиристора прикладывается к нему и обеспечивает равномерность распределения напряжения.

Большой спектр мощных преобразователей содержат в себе СПП, включенные параллельно и (или) последовательно. При их проектировании, обслуживании и ремонте важно учитывать вышеназванные требования и особенности групповых включений приборов. Это позволит максимально использовать ресурс СПП, разрабатывать и изготавливать надежное и долговечное оборудование.

Источник: https://www.elec.ru/articles/parallelnoe-i-posledovatelnoe-soedinenie-silovyh-p/

Соединение резисторов

Радиоэлектроника для начинающих

О том, как соединять конденсаторы и рассчитывать их общую ёмкость уже рассказывалось на страницах сайта. А как соединять резисторы и посчитать их общее сопротивление? Именно об этом и будет рассказано в этой статье.

Резисторы есть в любой электронной схеме, причём их номинальное сопротивление может отличаться не в 2 – 3 раза, а в десятки и сотни раз. Так в схеме можно найти резистор на 1 Ом, и тут же неподалёку на 1000 Ом (1 кОм)!

Поэтому при сборке схемы либо ремонте электронного прибора может потребоваться резистор с определённым номинальным сопротивлением, а под рукой такого нет. В результате быстро найти подходящий резистор с нужным номиналом не всегда удаётся. Это обстоятельство тормозит процесс сборки схемы или ремонта. Выходом из такой ситуации может быть применение составного резистора.

Для того чтобы собрать составной резистор нужно соединить несколько резисторов параллельно или последовательно и тем самым получить нужное нам номинальное сопротивление. На практике это пригождается постоянно. Знания о правильном соединении резисторов и расчёте их общего сопротивления выручают и ремонтников, восстанавливающих неисправную электронику, и радиолюбителей, занятых сборкой своего электронного устройства.

Последовательное соединение резисторов

В жизни последовательное соединение резисторов имеет вид:

Последовательно соединённые резисторы серии МЛТ

Принципиальная схема последовательного соединения выглядит так:

На схеме видно, что мы заменяем один резистор на несколько, общее сопротивление которых равно тому, который нам необходим.

Подсчитать общее сопротивление при последовательном соединении очень просто. Нужно сложить все номинальные сопротивления резисторов входящих в эту цепь. Взгляните на формулу.

Общее номинальное сопротивление составного резистора обозначено как Rобщ.

Номинальные сопротивления резисторов включённых в цепь обозначаются как R1, R2, R3,RN.

Применяя последовательное соединение, стоит помнить одно простое правило:

Из всех резисторов, соединённых последовательно главную роль играет тот, у которого самое большое сопротивление. Именно он в значительной степени влияет на общее сопротивление.

Что это значит?

Так, например, если мы соединяем три резистора, номинал которых равен 1, 10 и 100 Ом, то в результате мы получим составной на 111 Ом. Если убрать резистор на 100 Ом, то общее сопротивление цепочки резко уменьшиться до 11 Ом! А если убрать, к примеру, резистор на 10 Ом, то сопротивление будет уже 101 Ом. Как видим, резисторы с малыми сопротивлениями в последовательной цепи практически не влияют на общее сопротивление.

Параллельное соединение резисторов

Можно соединять резисторы и параллельно:

Два резистора МЛТ-2, соединённых параллельно

Принципиальная схема параллельного соединения выглядит следующим образом:

Для того чтобы подсчитать общее сопротивление нескольких параллельно соединённых резисторов понадобиться знание формулы. Выглядит она вот так:

Эту формулу можно существенно упростить, если применять только два резистора. В таком случае формула примет вид:

Есть несколько простых правил, позволяющих без предварительного расчёта узнать, каково должно быть сопротивление двух резисторов, чтобы при их параллельном соединении получить то, которое требуется.

Если параллельно соединены два резистора с одинаковым сопротивлением, то общее сопротивление этих резисторов будет ровно в два раза меньше, чем сопротивление каждого из резисторов, входящих в эту цепочку.

Это правило исходит из простой формулы для расчёта общего сопротивления параллельной цепи, состоящей из резисторов одного номинала. Она очень проста. Нужно разделить номинальное сопротивление одного из резисторов на общее их количество:

Здесь R1 – номинальное сопротивление резистора. N – количество резисторов с одинаковым номинальным сопротивлением.

Ознакомившись с приведёнными формулами, вы скажите, что все они справедливы для расчёта ёмкости параллельно и последовательно соединённых конденсаторов. Да, только в отношении конденсаторов всё действует с точностью до «наоборот”. Узнать подробнее о соединении конденсаторов можно здесь.

Проверим справедливость показанных здесь формул на простом эксперименте.

Возьмём два резистора МЛТ-2 на 3 и 47 Ом и соединим их последовательно. Затем измерим общее сопротивление получившейся цепи цифровым мультиметром. Как видим оно равно сумме сопротивлений резисторов, входящих в эту цепочку.

Замер общего сопротивления при последовательном соединении

Теперь соединим наши резисторы параллельно и замерим их общее сопротивление.

Измерение сопротивления при параллельном соединении

Как видим, результирующее сопротивление (2,9 Ом) меньше самого меньшего (3 Ом), входящего в цепочку. Отсюда вытекает ещё одно известное правило, которое можно применять на практике:

При параллельном соединении резисторов общее сопротивление цепи будет меньше наименьшего сопротивления, входящего в эту цепь.

Что ещё нужно учитывать при соединении резисторов?

Во-первых, обязательно учитывается их номинальная мощность. Например, нам нужно подобрать замену резистору на 100 Ом и мощностью 1 Вт. Возьмём два резистора по 50 Ом каждый и соединим их последовательно. На какую мощность рассеяния должны быть рассчитаны эти два резистора?

Поскольку через последовательно соединённые резисторы течёт один и тот же постоянный ток (допустим 0,1 А), а сопротивление каждого из них равно 50 Ом, тогда мощность рассеивания каждого из них должна быть не менее 0,5 Вт. В результате на каждом из них выделится по 0,5 Вт мощности. В сумме это и будет тот самый 1 Вт.

Данный пример достаточно грубоват. Поэтому, если есть сомнения, стоит брать резисторы с запасом по мощности.

Подробнее о мощности рассеивания резистора читайте тут.

Во-вторых, при соединении стоит использовать однотипные резисторы, например, серии МЛТ. Конечно, нет ничего плохого в том, чтобы брать разные. Это лишь рекомендация.

» Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/connection-of-resistors.html

Параллельное соединение резисторов

> Теория > Параллельное соединение резисторов

Достаточно большое количество радиолюбителей занимается сборкой, модернизацией и ремонтом разнообразных схем; для кого-то это работа, а для кого-то просто увлечение или хобби. В любом случае необходимо иметь представление о процессах, происходящих в схеме, физических свойствах самих элементов цепи и особенностях взаимодействия элементов между собой.

Диагностика электронных схем

Компоненты электронных схем

Все множество компонентов и элементов делится на две основные группы:

1. Активные элементы, особенностью которых является возможность усиливать проходящий по ним сигнал. К такой группе, в первую очередь, относятся транзисторы и построенные на их основе схемы;
2. Пассивные элементы, которые не предназначены для усиления сигнала. Элементами, которые относятся к этой группе, являются резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и остальные аналоги данных компонентов.

Наиболее простым элементом по своим характеристикам и свойствам является резистор. Основное назначение резисторов заключается в ограничении величины тока, проходящего по нему. Все существующие резисторы подразделяются на два вида:

• Постоянные – шунты, имеющие постоянное значение электрического сопротивления;
• Переменные – шунты, сопротивление между контактами которого меняется механическим путем;

Центральными характеристиками резисторов являются:

• Сила рассеивания, которая представляет собой максимальную мощность тока, выдерживаемую шунтом долгое время и рассеиваемую в виде тепла при постоянных характеристиках самого шунта;
• Параметр точности представляет собой максимальное отступление от величины реального сопротивления в течение эксплуатации шунта;
• Умение компонента противодействовать прохождению электротока в электрической цепи называется сопротивлением. Соответственно, с повышением сопротивления нарастает противостояние прохождению электротока.

Соединение резисторов

Параллельное соединение резисторов

В радиотехнике встречается ряд конфигураций по состыковке компонентов в целом и шунтов в частности. Совмещение шунтов подразделяется на такие виды:

• Набор параллельных резисторов;
• Последовательное подключение шунтов;
• Смешанное соединение резисторов.

Параллельное сопряжение резисторов

Параллельное соединение резисторов представляет собой такое соединение элементов, при котором резисторы подключаются друг к другу обоими выводами.

Дополнительная информация. В радиоэлектронике параллельные резисторы могут использоваться с целью снижения суммарного противодействия электротоку. Также мощность при параллельном стыковании компонентов возрастает сравнительно с каждым отдельным элементом.

При параллельном соединении шунтов через каждый единичный элемент потечет свой ток, и значение силы электротока будет обратно пропорционально сопротивлению компонента. Поскольку суммарная проводимость параллельного соединения возрастает, а общая сопротивляемость электротоку убывает, то, согласно закону Ома, общее сопротивление при параллельном соединении равняется:

• Gобщ =1/Rобщ =1/R1+1/R2+1/R3;
• Rобщ =1/Gобщ =R1R2R3/R1R2+R2R3+R1R3, где Gобщ – общая проводимость цепи.

Напряжение при параллельном соединении компонентов равняется разности потенциалов на каждом из компонентов:

Uобщ=UR1=UR2=UR3.

Направление токов в параллельной цепи

Калькулятор поможет определить суммарную силу тока цепи при параллельном совмещении, соответствующую сумме токов через каждый шунт:

Iобщ=IR1+IR2+IR3.

Смешанное соединение резисторов

Смешанное соединение резисторов представляет собой последовательное и параллельное соединение резисторов одновременно. Для определения суммарного противодействия цепи с разнотипной состыковкой шунтов требуется придерживаться последовательного алгоритма:

1. Схематически разделить цепь на отдельные участки, включающие в себя последовательное и параллельное соединение сопротивлений;
2. Рассчитать суммарный импеданс всех разделенных областей;
3. Представить первоначальную схему в виде сопротивлений, имеющих некоторую величину эквивалентного сопротивления;
4. Находите суммарное противодействие упрощенной схемы.

Понимание, что такое последовательное и параллельное соединение проводников, и поведения электрических характеристик при таком соединении позволит без особого труда проводить расчет, конструировать устройства различных конфигураций с требуемыми значениями параметров. Появится возможность упрощать и модернизировать схемы, вносить дополнительно какие-либо новшества в цепь.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/parallelnoe-soedinenie-rezistorov-2.html

Последовательное и параллельное соединение резисторов | Главный механик

Последовательное и параллельное соединение резисторов в схемах являются самыми распространенными, также – это база для расчета более сложных схем.

Последовательное подключение

Начнем с последовательного соединения. По этой схеме каждый резистор подключается с другим только в одной точке, их может быть в цепи 2, 3 и больше.

Рис. Последовательное подключение.

Обозначение:

Обозначим сопротивления: R1, R2, R3 и напряжение источника в цепи Uц. При подключении источника питания в ней начнет протекать ток Iц. В цепи с последовательным соединением ток протекает по всем резисторам один за другим.

Поскольку ток течет через все резисторы их сопротивления и ток суммируется, Iц = I1+I2+I3, Rц = R1 +R2 + R3, чем больше отдельно взятое сопротивление, тем тяжелее электронам преодолевать участок цепи. Мощность резисторов при последовательном и параллельном соединении рассчитывается по разным формулам.

В последовательных цепях – складываем, в параллельных – это обратно пропорциональная величина.

Смешанное подключение

Рис. Смешанное подключение резисторов

В электрических схемах используются не только типовые схемы, но и смешанное, созданное из критерий определенных требований. Чаще всего в схемах встречается третий вариант, представляющий набор из элементарных типов схем.

В смешанных участках учитываются не только элементы, но и направления движения тока.
При вычислении мощности резисторов смешанного подключения используются формулы для параллельного и последовательного соединения резисторов, формула также является составной.

Основные законы электротехники, наиболее часто используемые для расчетов

Рассмотрим основные законы электротехники и свойства последовательного и параллельного соединения резисторов для участка цепи

Закон Ома

Напряжение находится по закону Ома по формуле I=U/R – чем больше сопротивление, тем меньше ток. Напряжение можно найти из этой же формулы. U=R*I, ток умножается на сопротивление. Запишем эту формулу для каждого участка U1=R1· I1, Un=Rn · In.

Первый закон

Ещё один очень важный закон — это закон Кирхгофа. Для участка цепи постоянного тока их два.

Рис. иллюстрация к пояснению действия первого закона Кирхгофа.

Первый закон имеет формулировку: Сумма всех токов, входящих в узел и выходящих из него равна нулю. Если посмотреть на схему, I1 – это ток, который заходит в узел, I2 и I3 – это электроны, которые вытекают из него. Применяя формулировку первого закона можно записать формулу по-другому:

I1-I2+I3=0. В этой формуле знаки плюс имеют значения, которые прибывают в узел, минус, который отходит от него.

Второй закон Кирхгофа

Рис. иллюстрация к пояснению действия второго закона Кирхгофа.

Если к цепи с включенными сопротивлениями подключен один источник ЭДС (батарея питания) тогда всё понятно, можно обойтись законом Ома.

А, если, источников несколько и схема с различным схемным расположением элементов, тогда вступает в силу второй закон, который гласит: сумма токов всех источников питания для замкнутого контура, равна сумме падений напряжения на всех сопротивлениях участка в этом контуре.
E1- Е2 = – UR1 – UR2 или E1 = Е2 – UR1 – UR2.

Параллельное и последовательное соединение резисторов,  решение задач

Алгоритм расчёта смешанных подключений находится в тех же правилах, что и в элементарных схемах расчета последовательного и параллельного соединения резисторов. Ничего нового нет: нужно правильно разбить предложенную схему на пригодные для расчета участки. Участки, с элементами, подключены поочередно либо параллельно.

Рис. Порядок замещения при расчете сложных позиций более простыми.

Для решения задачи на последовательное и параллельное соединение резисторов необходимо правильно оценить цепи элементов. Рассмотрим схему №1 на рис.
На схеме присутствует параллельная и последовательная часть соединения элементов. Для расчета очень важно аккуратно, шаг за шагом упрощать цепи и не брать сразу всю схему (рис.1). Как же правильно определить параллельное и последовательное соединение резисторов?

Для примера расчета возьмем резисторы R3, R4, которые подключены параллельно. Эквивалентный резистор этих элементов, будет равенRэ. = 1/R34 =1/R3 + 1/R4, после преобразования формулы и приведения к одному знаменателю получим R34 = R3 · R4 / (R3 + R4). Э. = 1/3+1/4 /(3+4) =1,7 Ом.

Далее видно, что приведённая эквивалентное R эк и R6 соединены последовательно, чтобы узнать сопротивление их необходимо сложить, тогда общее сопротивление будет равно R346 = R34 + R6, тогда Rэк346 = 1,7 + 6 = 7, 7 Ом.
Заменяем на схеме одним общим элементом, теперь, позиция упрощается еще больше (рис 3).

Теперь образовалась ситуация – включение трех элементов в //. Как вычисляется такое соединение нам уже известно, 1/ R23465 = 1/ R2 +1/R346 + 1/R5 после вычисления правой части получаем 0,82 Ом. После окончательного вычисления получаем R23465 = 2,1 Ом. Здесь следует обратить внимание, что общее сопротивление получилось меньше самого меньшего из трех.

Заменяем эти сопротивление одним эквивалентным R23465. В конечном итоге все выглядит уже намного проще. Rц = Rэк + R1+ R2. R об. = R ц = 1,21 +1 =9,21 Ом.
Из приведенного алгоритма расчёта видно, как из сложной схемы путем простого математического вычисления и применения правил сокращения резисторов участок становится простой и понятной.

Схема с подключением сопротивлений «треугольником»

Рис. Расчетная схема соединения резисторов в треугольник.

Иногда некоторые затруднения возникают при разборе схемы соединения в треугольник.

Рассмотрим на примере рисунка расчет резисторов по этому подключению.
Из схемы видно, что R1 и R2 соединены последовательно Rэ12 будет соединяться R3 последовательно.

Затем Rэ123 соединяется с сопротивлением R4, R5 в последовательную цепь. Затем все это объединяется с Rэ в //.

Проведем несложные вычисления учитывая, что R1, R2, R4, R5 равняется 1 Ом. R3, R7 – 2 Ом.

RЭ1,2 = R1+R2 = 1+1=2 Ом.

Вычисляем параллельное подключение: Rэ 12 с R3. Rэ1,3 = (Rэ12*R3) /(Rэ12+R3) = (2*2) /(2+2) = 1Ом.

Далее мы видим последовательное: RЭ123 + R4 + R5 = 1+1+1 = 3 Ом.
И последнее – Rэ123 4 5 с R6 – параллельное.

Общее сопротивление цепи Rц = Rоб = (RЭ1,2,3,4,5 *R6) /(RЭ1,2,3,4,5+R6) = (3 * 2) / (3+2) = 1,2 Ом. Как видно, что расчет подобного варианта также не сложный.

Расчет последовательного и параллельного подключения резисторов онлайн

Подсчитать значение мощность и сопротивлений подставляя их в формулы можно только в учебных целях, или, когда объемы не очень большие. Наиболее практичный вариант расчета является онлайн калькуляторы, которые расположены на многочисленных интернет ресурсах. Для расчёта любой сложности нужно правильно определить тип соединения резисторов последовательное или параллельное и внести данные для расчета в поля калькулятора.

Также такая форма расчета подойдет и для проверки результатов решения учебных задач.

Последовательное и параллельное соединение резисторов и конденсаторов

Электрические цепи состоят не только из резисторов, в них применяется большое количество различных деталей, например, конденсатор, которые подключаются в последовательное, // и смешанное соединение.

Рис. Замещения последовательно включенных элементов.

Определение этому элементу можно дать следующее: Конденсатор – это совокупность проводящих тел служащий для накопления электрического заряда.
Элементарный конденсатор имеет две пластины, форма этих пластин может быть различной: сферической, круглой, цилиндрической, прямоугольной – по форме пластин разделяется и тип конденсатора.

Важное свойство. Одно из важных свойств конденсатора: если заряжается одна пластина конденсатора, то благодаря явлению электростатической индукции заряжается и вторая половина, но с противоположным знаком.

Устройство конденсатора

Плоский конденсатор состоит из двух плоских пластин отстоящих друг от друга на маленькое расстояние. У конденсатора к двум пластинам припаивается вывод всего их получается два.

Типовые схемы подключения конденсаторов

Рассмотрим различные виды подключения конденсатора.

Последовательное

Первый вид — это последовательное соединение. Предположим, что емкость этих конденсаторов будут равны. Тогда заряды также будут равны: q1=q2=q3, как и в примере с резисторами,  сложный тип позиций с конденсатором можно упростить, заменив несколько элементов одним. У элементов соединенных друг за другом, общая емкость будет обратно пропорциональная всем имеющимся элементам. То есть: Rэк будет равняться 1/С1 + 1/С2 +. 1/Сn/

Напряжение складывается,  U эк = U1 + U2+ Un.

Параллельное

Второй тип подключения конденсаторов – это соединение в паралель

Рис. Схема замещения элементов, включенных в параллель.

Соответственно эти конденсаторов обозначены C1, C2, Cn заряды: Q1, Q2, Qn и напряжение: U1, U2, Un.

У элементов в // емкость складывается Сэ = C1 + C2 + C n. Напряжение Un на каждом конденсаторе будет равно напряжению на эквивалентном

Uэ = U1 = U2 = = Un – это особенность параллельного подсоединения всех элементов цепи.

Емкость будет складываться из суммы отдельных элементов Сэ =С1 + С2 + Сп.

Рис. Расчетные позиции элементов при различном включении.

Простая позиция, которая не требует преобразования №1 – последовательное подключение. По известной формуле для этих поз. запишем 1/Сэ = 1/С1 +1/С2 +1/С3,  подставив формулу значения, которые даны в условии задачи, получим 1/Сэ = 1/С1 +1/С2 +1/С3 = 59 мФ.

Не требует преобразования и 2 схема: емкость общего конденсатора будет равняться сумме конденсаторов которые включены в параллельной цепи: Сэ =С1 +С2 +С3
Сэ = 100 + 200 + 500 = 800 мФ.

Рассмотрев рис. №3 видно, что пара конденсаторов включена параллельно и один последовательно. Алгоритм преобразования таких цепей мы уже рассматривали, поэтому: сразу же находим емкость конденсатора Сэ соединения: Сэ = С1+С2 = 200+500 = 700 мФ.

Теперь находим общие эквивалентную емкость элементов с последовательным подключением 1/Сэ = 1/С2,3 +1/ С1 = 89 мф.
Практическая задача решена.

Источник: https://themechanic.ru/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-rezistorov/

Последовательное соединение сопротивлений

Сопротивления, например это могут быть лампы накаливания или другие нагревательные приборы, можно соединить тремя способами, а именно; последовательно, о чём здесь и расскажем, параллельно и смешано.

Последовательно — значит одно сопротивление подключается к другому, а третье ко второму и т. д. след в след. Вот и получается, что последовательно.

Каждое сопротивление имеет два отвода и представляет из себя двухполюсник (те самые два отвода). Если условно один из отводов (любой) назвать началом, то другой будет концом.

Если поменять местами, то суть от этого не поменяется, потому как мы имеем дело с обычным сопротивлением, а не с полупроводниковым диодом. Итак.

Берем конец одного сопротивления и соединяем его с началом другого, затем берём конец этого сопротивления и соединяем его с началом следующего и т. д. В итоге у нас получится что-то похожее на ёлочную гирлянду, особенно если провода длинные и гибкие.

В чём особенность такого соединения сопротивлений? Почему следует выбрать именно такой способ, а не какой-то другой? Давайте разберёмся с особенностями такого типа соединений. Если представить каждое сопротивление как отрезок металлического прута цилиндрической формы, то одинаковые сопротивления будут представлены одинаковыми прутами, а сопротивление в 2 раза большее будет представлено двойным отрезком прута.

Согласитесь, очень похоже схематическое изображение резистора (сопротивления) на тот самый пруток, правда в упрощенном виде.

Что же происходит когда мы фактически при последовательном соединении прикладываем прутки один к другому стык в стык. Визуально это выглядит как наращивание или удлинение проводника. У нас было много проводников, а стал как бы один большой.

Так как наш суммарный цилиндрический пруток стал длиннее, то и сопротивление его должно стать больше.

Одним словом в при последовательном соединении проводников общее сопротивление равно сумме всех последовательно соединенных сопротивлений на этом участке (ветке, или цепи если других веток нет).

Итак, что же следует учесть, чтобы продуктивно использовать последовательное соединение проводников и знать чем оно лучше или хуже остальных типов соединений.

Все особенности вытекают из Закона Ома и если хорошенько знать этот закон, то о многом можно догадаться сходу.

Падение напряжения на участке цепи

При последовательном соединении проводников сумма падений напряжений на каждом участке цепи (на каждом сопротивлении) будет равна падению напряжения всей цепи (или ветви цепи).

Величина падений напряжений будет прямо пропорциональна величине сопротивлений потому как величина силы тока в цепи одинакова при этом типе соединений.

Сила тока в цепи при последовательном соединении

Когда сопротивления соединяются одно к другому и нет отводов от этих сопротивлений, чтобы образовать новую цепочку соединений, то есть нет разветвлений в цепи, тогда величина силы тока будет одинакова во всей цепи. Через каждое сопротивление в цепи будет протекать один и тот же ток. Можно также сказать, что в цепи из последовательно соединённых сопротивлений установится одна и та же величина силы тока.

Это следует из Закона Ома. Согласно которому величина тока прямо пропорциональна величине падения напряжения (вся цепь) и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. Закон Ома определяет величину тока протекающего во всём участке цепи, а значит он везде одинаков, тем более если учесть, что участок у нас единственный с последовательно соединенными сопротивлениями.

Сопротивление участка цепи при последовательном соединении

Думаю, что с этим вопросом мы уже разобрались на примере металлического прута. При последовательном соединении величины сопротивлений складываются и их простая арифметическая сумма и будет величиной суммарного сопротивления. Чем больше мы включаем сопротивлений при последовательном соединении, тем большим становится суммарное сопротивление всего участка цепи.

Особенности и преимущества использования последовательного соединения

Одной неприятной особенностью последовательного соединения является то, что при обрыве одного из сопротивлений обрывается вся цепь. Ток прекращает течь. Но не стоит горевать, эта же особенность используется для защиты электрических цепей, потому как все предохранители включаются именно последовательно и именно для того, чтобы в случае опасной величины тока оборвать всю цепь, тем самым сберечь очень часто дорогостоящее оборудование.

Также последовательное соединение используется в качестве делителя напряжения, когда сопротивления подбираются так, чтобы на одном из сопротивлений получить нужное значение падения напряжения. Часто применяется в электронике, но в электротехнике делитель напряжения это временная мера, потому как гораздо экономичнее применить трансформатор.

Следующий вариант применения последовательного соединения — это сугубо утилитарный и зависит он от применяемых сопротивлений. Очень часто это также вынужденная мера.

Может случится так, что потребуется соединить нагревательные приборы в одну цепь, но в наличии окажутся только те нагреватели, что имеют номинальное напряжение 24 V, а требуется их включить в электрическую сеть 110-127 Volt. Как быть? До магазина далеко и взять другие нагреватели негде, а генератор выдает именно 110-127 Volt.

Выход как раз в последовательном соединении этих самых нагревателей (главное чтобы их было достаточно). Требуется включить последовательно столько нагревателей, чтобы падение на каждом из них не превышало 24 V.

Подсчитать тут достаточно легко и просто. Так как все нагреватели одинаковы, а значит и сопротивления их одинаковы, а требуется добиться, чтобы падение напряжения на каждом из них было те самые 24 V, то достаточно 127 Volt разделить на 24 V и получим сколько требуется взять нагревателей для последовательного соединения. Получается примерно 5,29 нагревателя. Разумеется мы сможем взять только целое количество сопротивлений и поэтому берем 6 нагревателей.

Каким расчетным будет падение напряжения на каждом нагревателе? Для этого 127 делим на 6 и получаем примерно 21,16 V. Расчетная величина не превышает номинального напряжения на которое рассчитаны нагреватели, а это значит, что нагреватели будут работать в своем номинальном эксплуатационном режиме.

В чём особенность такого способа расчёта? Вы наверное заметили, что тут в вычислениях не применялась величина сопротивления в омах. Мы не использовали значение сопротивления нагревателя, потому как оно нам было не нужно.

Такой фокус можно проделать тогда, когда при последовательном соединении все сопротивления одинаковые по величине. Нагреватели как раз были одинаковыми.

Что же делать если нам понадобится значение сопротивления, а под рукой нет прибора, чтобы сделать измерения? Обычно у каждого электротехнического прибора или изделия есть номинальные характеристики, такие как ток, напряжение и мощность. Зная Закон Ома можно вычислить всё остальное.

Дата: 16.01.2020

Валентин Григорьев

Возможно Вам будут интересны следующие статьи из этого раздела:

Если Вы не нашли ничего интересного в этом разделе, тогда Вам следует воспользоваться левым вертикальным меню, чтобы попасть в интересующий Вас раздел сайта.

Источник: http://electricity-automation.com/page/posledovatelnoye-soyedineniye-soprotivleniy

Параллельное включение модулей EconoPACK+

28 ноября 2018

Популярные силовые модули EconoPACK™+на базе IGBT производства Infineon при реализации различных силовых устройств часто требуется включать по сдвоенной и строенной трехфазной схеме. О правилах, которые следует при этом соблюдать, рассказано в предлагаемом руководстве.

Модули EconoPACK™+ предназначены для реализации различных силовых устройств, начиная от традиционных трехфазных схем с шестью силовыми ключами и заканчивая схемами со множеством параллельных транзисторов. В состав силовой сборки EconoPACK™+ входят три транзисторных полумоста (рисунок 1). При выполнении параллельного включения нескольких полумостов необходимо соблюдать некоторые правила, речь о которых и пойдет в данном руководстве.

Рис. 1. Структура силовой сборки EconoPACK™+

Параллельное включение IGBT и диодов EmCon

В состав силового модуля EconoPACK™+ входят кристаллы IGBT3/IGBT4 и диоды EmCon HE или EmCon3. Эти силовые компоненты были разработаны и производятся компанией Infineon в сотрудничестве с Eupec. Благодаря использованию технологии NPT Fieldstop модули EconoPACK™+ имеют ряд преимуществ при параллельном подключении.

Технология NPT Fieldstop обеспечивает положительный температурный коэффициент во всем рабочем диапазоне для IGBT, а также для диодов при токе, равном или превышающем номинальное значение. Также стоит отметить минимальный разброс параметров VCEsat, VF и VGeth. Именно эти особенности и гарантируют отличные динамические показатели EconoPACK™+ при параллельном включении.

Параллельное включение модулей EconoPACK™+

В сдвоенной трехфазной конфигурации на каждую фазу приходятся два параллельно включенных силовых полумоста. При этом соответствующие клеммы модулей объединяются с помощью внешних шин (рисунок 2).

Рис. 2. Параллельное включение силовых полумостов в сдвоенной трехфазной схеме

При параллельном включении трех полумостов для каждой фазы потребуется по одному модулю EconoPACK™+ (рисунок 3). При подключении внешних шин следует проявлять аккуратность, чтобы обеспечить симметричное соединение.

Рис. 3. Параллельное включение силовых полумостов в строенной трехфазной схеме

Возможно параллельное соединение и большего числа полумостов. Однако для этих целей рекомендуется использовать серию модулей IHM.

Динамический и статический ток в параллельных схемах

Распределение тока между IGBT, включенными параллельно, зависит от нескольких факторов. При этом следует различать распределение статических и динамических токов (рисунок 4, 5).

На распределение статических токов между параллельными IGBT-транзисторами влияют следующие факторы:

• разность активных сопротивлений соединительных шин (от клеммы модуля до точки объединения);
• различия в значениях VCEsat и VF;
• разность температур между полумостами, соединенными параллельно.

Рис. 4. Распределение статических токов при параллельном включении модулей EconoPACK™+

Разность активных сопротивлений соединительных шин. Внутренние паразитные сопротивления модулей EconoPACK™+ определяются сопротивлением соединительных проводов и медных проводников на DCB (Direct Bonded Copper).

Эти сопротивления оказываются практически идентичными из-за симметричной конструкции модуля. В документации этот параметр указывается как RCC/EE.

Чтобы сохранить минимальную разницу сопротивлений, конструкция внешних соединительных шин также должна быть максимально симметричной.

Нельзя забывать и о таких негативных явлениях как коррозия и загрязнение силовых клемм.

Различия в значениях VCEsat и VF. Разброс значений VCEsat и VF определяется технологией производства транзисторов. В случае использования NPT Fieldstop отклонения оказываются столь незначительными, что их влиянием при параллельном включении можно пренебречь. С учетом вышеупомянутого положительного температурного коэффициента подбор чипов с равными значениями напряжения насыщения не требуется.

Разность температур. Значения VCEsat и VF зависят от температуры. Таким образом, значительные отличия в температурах кристаллов приводят к асимметрии токов. Обеспечение равномерного охлаждения позволяет бороться с этим явлением.

На распределение динамических токов в моменты переключений параллельных IGBT-транзисторов влияют следующие факторы:

• разброс значений VGEth, используемых IGBT;
• разность паразитных индуктивных составляющих Ld соединительных шин;
• распределение магнитного поля при коммутации;
• разность температур кристаллов параллельных полумостов.

Рис. 5. Распределение динамических токов при параллельном включении модулей EconoPACK™+

Разброс значений VGEth определяется технологией производства транзисторов. Он оказывается незначительным при использовании NPT Fieldstop и не приводит к значимой асимметрии при распределении динамических токов.

Разность индуктивных составляющих соединительных шин оказывает большое значение на распределение динамических токов. Для получения оптимальных результатов конструкция соединительных шин должна быть симметричной.

Распределение магнитного поля при коммутации. Как известно, проводник с током формирует магнитное поле с напряженностью H. При параллельном включении нескольких полумостовых секций линии магнитных полей имеют одинаковое направление вращения, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Направления магнитных полей при протекании токов в модулях EconoPACK™+

При параллельном включении модулей EconoPACK™+ магнитное поле оказывается неоднородным (рисунок 7). Это приводит к различиям в скорости переключений параллельных полумостов.

Рис. 7. Процесс коммутации параллельных полумостов модулей EconoPACK™+

Для компенсации данного эффекта выполняют подстройку индуктивностей шин или фазовой индуктивности (рисунки 8, 9,10).

Рис. 8. Параллельное включение трех полумостов EconoPACK™+ без согласования токов

Рис. 9. Параллельное включение трех полумостов EconoPACK™+ с согласованием токов, выполненным с помощью затворных резисторов

Рис. 10. Параллельное включение трех полумостов EconoPACK™+ с согласованием токов, выполненным с помощью подстройки индуктивностей шин

Управление IGBT

В параллельной схеме IGBT должны включаться и выключаться одновременно. Рассинхронизация приводит к асимметрии динамических токов. Для обеспечения одновременного переключения всех параллельных транзисторов может использоваться один управляющий сигнал.

Конечно, IGBT также могут управляться отдельными драйверами, однако недостатком этого подхода является разброс времени распространения управляющих сигналов. С другой стороны, процессы выравнивания через вспомогательный коллектор и вспомогательный эмиттер будут отсутствовать.

Если говорить о стоимости реализации, то более экономичным вариантом также будет использование одного управляющего сигнала (рисунки 11, 12).

Рис. 11. Схема управления параллельными полумостами модулей EconoPACK™+

Важно, чтобы у каждого IGBT был собственный резистор затвора и защитный диод между затвором и эмиттером. Эти компоненты следует располагать как можно ближе к силовому модулю. Коллекторы верхних транзисторов необходимо подключать через резисторы, сопротивление которых должно быть минимально возможным.

Рис. 12. Зависимость тока управления от длительности импульса для модулей EconoPACK™+

Уравнительные токи, протекающие через выводы вспомогательных коллекторов, не должны превышать 25 ARMS. Выбор ограничительных резисторов следует выполнять с учетом допустимого импульсного тока. Высоковольтные диоды для измерения VCE должны располагаться как можно ближе к модулю (рисунок 11).

Выравнивающие токи могут протекать через выводы вспомогательных эмиттеров. Эти токи увеличиваются до тех пор, пока не будет достигнута симметрия фазных токов. Для вспомогательных эмиттеров рекомендуется использовать ограничительные резисторы с минимальным сопротивлением.

Но у этой методики есть большой недостаток, связанный с тем, что возникающее на них падение напряжения автоматически вычитается или добавляется к напряжению «затвор-эмиттер» в зависимости от направления выравнивающего тока. В результате включение и выключение IGBT происходит неравномерно.

С другой стороны, выравнивающие токи не должны превышать максимальное значение, которое для вспомогательных эмиттеров составляет 25 ARMS, по этой причине и необходимы ограничительные резисторы. Выбор резисторов следует выполнять с учетом допустимого импульсного тока.

Номинал резисторов в цепи затвора рассчитывается по формуле 1:

$$R=R_{Gate}+R_{Emitter}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

В качестве вспомогательных коллекторов для нижних IGBT могут быть использованы выводы вспомогательных эмиттеров верхних IGBT. Чтобы использовать вспомогательные эмиттеры верхних IGBT для измерения VCE или для работы схемы активного ограничения (Active Clamping Circuit), потребуются высоковольтные диоды, которые следует располагать как можно ближе к модулю. Схема включения показана на рисунке 13.

Рис. 13. Схема управления тремя параллельно включенными полумостами

Как показано на рисунке 14, для выравнивания токов могут быть использованы синфазные дроссели. Они ограничивают динамический ток при возникновении рассогласования между током затвора и током вспомогательного эмиттера.

Рис. 14. Ограничение токов вспомогательных выводов с помощью синфазных дросселей

Выравнивание токов с помощью дополнительных индуктивностей на выходе

Дополнительные дроссели на выходе каждого полумоста влияют на развязку параллельных секций. Если импеданс Z = w⋅L индуктивности Lσ больше импеданса модулей IGBT, то токи через выходные дроссели будут распределяться симметрично (рисунок 15).

Рис. 15. Выравнивание токов с помощью дополнительных выходных дросселей

Помимо выравнивания токов, дроссели Lσ могут использоваться для уменьшения dv/dt на нагрузке. Как видно из эквивалентной схемы (рисунок 16), индуктивность Lσ оказывается включенной последовательно с нагрузкой. Таким образом, если не учитывать сопротивление кабеля, то мы получим индуктивный делитель напряжения. Емкость, подключенная параллельно индуктивности нагрузки, дополнительно ограничивает величину dv/dt.

Рис. 16. Уменьшение dv/dt с помощью LC-цепи

Выравнивание токов с помощью кольцевого включения дросселей

Для устранения асимметрии в распределении токов может быть использована схема с кольцевым соединением выходных компенсационных дросселей (рисунок 17). Принцип работы этой схемы можно сравнить с принципом работы схемы, показанной на рисунке 14. Индуктивность каждого дросселя является функцией разности токов обмоток L = f(Di). Если токи в параллельных цепях одинаковы, то индуктивность дросселя равна нулю.

Рис. 17. Выравнивание токов с помощью кольцевого включения дросселей

В качестве дросселей могут быть использованы кольцевые сердечники из порошкового железа, как показано на рисунке 18. Распределение токов в схеме с тремя параллельно включенными полумостами показано на рисунке 19.

Рис. 18. Самый простой способ выравнивания токов – использование кольцевых сердечников из порошкового железа

Рис. 19. Распределение токов в схеме с тремя параллельно включенными полумостами модуля EconoPACK™+

Заключение

При создании мощных устройств иногда возникает необходимость параллельного включения силовых модулей. Силовые модули EconoPACK™+ дают такую возможность. При этом для получения хороших результатов необходимо уделять повышенное внимание проектированию не только силовых цепей, но и цепей управления.

Оригинал статьи

•••

Источник: https://www.compel.ru/lib/95858

Формула сопротивления при параллельном и последовательном соединении

Течение тока в электрической цепи осуществляется по проводникам, в направлении от источника к потребителям. В большинстве подобных схем используются медные провода и электрические приемники в заданном количестве, обладающие различным сопротивлением.

В зависимости выполняемых задач, в электрических цепях используется последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным.

Каждая схема имеет свои особенности и отличия, поэтому их нужно обязательно заранее учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Параллельное соединение проводников

В электрических сетях проводники могут соединяться различными способами: последовательно, параллельно и комбинированно. Среди них параллельное соединение это такой вариант, когда проводники в начальных и конечных точках соединяются между собой. Таким образом, начала и концы нагрузок соединяются вместе, а сами нагрузки располагаются параллельно относительно друг друга. В электрической цепи могут содержаться два, три и более проводников, соединенных параллельно.

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный амперметр. Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 – силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

Источник: https://crast.ru/instrumenty/formula-soprotivlenija-pri-parallelnom-i