Połączenie szeregowe i równoległe - wyjaśniamy różnice | Elektro-Spark
Komponenty obwodów elektrycznych i elektronicznych mogą być ze sobą połączone w różny sposób. Połączenie szeregowe i równoległe to dwie najbardziej rozpowszechnione i najczęściej wykorzystywane metody łączenia elementów w szeroko rozumianej elektronice oraz elektryce. Pomimo istotnych różnic bywają jednak one ze sobą mylone. W tym artykule opisujemy połączenia równoległe i szeregowe pod kątem ich specyfiki, podajemy przykłady takich połączeń oraz wyjaśniamy, w jaki sposób połączenie równoległe i szeregowe wpływa na parametry prądu przepływającego przez dany obwód.
Połączenie szeregowe i równoległe - ogólna charakterystyka
Zasadnicza funkcja, jaką spełniają połączenia szeregowe i równoległe, jest taka sama: chodzi o zasilenie konkretnego obwodu i znajdujących się w nim odbiorników poprzez umożliwienie przepływu prądu przez wszystkie jego elementy bądź o uzyskanie konkretnych parametrów prądu na wyjściu w przypadku łączenia źródeł zasilania. Pod niemal każdym innym względem oba wymienione typy połączeń poważnie się różnią.
Połączenia szeregowe to połączenia, w których w ogóle nie występują rozgałęzienia przewodów pomiędzy elementami, a wszystkie komponenty danego obwodu są ze sobą połączone kolejno po sobie, bez żadnych węzłów. Z uwagi na sposób połączenia pomiędzy elementami obwodu szeregowego, zazwyczaj wymaga on mniejszej ilości przewodów niż obwód oparty na połączeniach równoległych. Co ważne, uszkodzenie dowolnego elementu w obwodzie połączonym szeregowo powoduje przerwanie dopływu prądu do wszystkich jego części.
Połączenia równoległe z kolei to takie połączenia, w których poszczególne elementy danego obwodu są do niego włączone pomiędzy tę samą parę rozgałęzień przewodów (węzłów). Z tego względu wykonanie obwodu z elementów połączonych równolegle wymaga użycia większej ilości przewodów. Awaria jednego bądź większej liczby komponentów włączonych do obwodu w sposób równoległy nie przerywa ciągłości takiego obwodu, co oznacza, że elementy sprawne nadal działają.
Napięcie w połączeniu szeregowym i równoległym
Obwód szeregowy i równoległy składające się z tych samych elementów będą miały odmienne charakterystyki napięciowe, wynikające ze specyfiki połączenia. W praktyce ten fakt wykorzystuje się powszechnie np. w produkcji elektroniki - zwłaszcza źródeł zasilania.
Napięcie w połączeniu szeregowym
Jak już podkreślaliśmy, w przypadku połączenia szeregowego odbiorników zasilanych z zewnątrz prąd przepływa po kolei przez wszystkie elementy danego obwodu, wykonując pracę, czyli zasilając dany element. W praktyce oznacza to, że jedynie do pierwszego komponentu takiego obwodu dociera prąd o napięciu nominalnym, ponieważ do wszystkich kolejnych prąd będzie dopływać już pomniejszony o spadek napięcia wynikający z przejścia przez każdy wcześniejszy element.
W przypadku, gdy szeregowo połączone zostaną źródła napięcia (np. takie same baterie czy akumulatory), łączne napięcie takiego obwodu będzie stanowić sumę napięć poszczególnych baterii, zaś końcowa pojemność takiego obwodu będzie równa pojemności pojedynczej baterii.
Napięcie w połączeniu równoległym
W przypadku obwodu składającego się wyłącznie z odbiorników połączonych równolegle i zasilanych z zewnętrznego źródła sytuacja jest inna niż w połączeniach szeregowych. Napięcie mierzone na poszczególnych elementach w danym obwodzie jest takie samo (nie ma spadków), co oznacza, że do każdego sprawnego odbiornika dociera taki sam prąd. Zmianie ulega natężenie prądu, o czym nieco szerzej piszemy w dalszej części artykułu.
Jeśli zaś chodzi o równoległe łączenie identycznych źródeł napięcia (baterii czy akumulatorów), to końcowa wartość napięcia pozostaje bez zmian i jest równa napięciu pojedynczego elementu, natomiast łączna pojemność jest sumą wszystkich źródeł wchodzących w skład danego obwodu.
Natężenie prądu a połączenie równoległe i szeregowe
Łączenie szeregowe i równoległe elementów w obrębie pojedynczego obwodu ma różne skutki dla natężenia prądu płynącego w danym obwodzie.
Połączenie równoległe - natężenie
Połączenie równoległe odbiorników w obwodzie sprawia, że łączne natężenie prądu w obrębie tego obwodu sumuje się, docelowo ulegając zwiększeniu. Tę właściwość połączeń równoległych powszechnie wykorzystuje się podczas produkcji np. baterii do laptopów czy innych zespołów akumulatorów mających stanowić źródła zasilania.
Połączenie szeregowe - natężenie
Natężenie prądu w przypadku odbiorników połączonych szeregowo pozostaje takie samo dla każdego elementu składowego danego obwodu. Ta cecha połączeń szeregowych znajduje szerokie zastosowanie w przypadku projektowania i wykonywania np. instalacji fotowoltaicznych w celu optymalizacji parametrów pracy fotowoltaiki oraz osiąganych uzysków.
Połączenia szeregowe i równoległe - przykłady
Poniżej przedstawiamy kilka przykładów na połączenia szeregowe i równoległe wykorzystywane w codziennym życiu.
Przykłady połączeń szeregowych:
- lampki choinkowe starszego typu (np. z wkręcanymi żarówkami) - w tego rodzaju lampkach wszystkie oprawki żarówek (a czasem nawet bezpośrednio żarówki!) są połączone szeregowo, co oznacza, że jeśli nawet jedna żarówka uległa przepaleniu, cały zestaw przestawał świecić;
- latarki zasilane bateriami lub akumulatorkami - wiele takich źródeł światła ma baterie połączone szeregowo w celu zwiększenia łącznego napięcia podawanego na żarówkę czy diody LED.
Przykłady połączeń równoległych:
- gniazda wtykowe w domowych instalacjach elektrycznych - zazwyczaj są one połączone równolegle, dzięki czemu każde gniazdko otrzymuje pełne napięcie (230 V) niezależnie od tego, czy do pozostałych są podłączone jakieś odbiorniki, czy nie;
- systemy elektryczne w samochodach - znakomita większość systemów elektrycznych w autach (np. oświetlenie wewnętrzne, radio czy ogrzewanie) jest podłączona do źródła zasilania równolegle. Pozwala to na niezależne działanie każdego systemu w sytuacji, gdy inne ulegną uszkodzeniu lub zostaną wyłączone.
W razie pytań zachęcamy do kontaktu - chętnie udzielimy potrzebnych informacji i wyjaśnimy wątpliwości.