ما هو الفرق بين توصيل مصدرين متسلسلين ومتوازيين في الدوائر الكهربائية المستمرة والمتناوبة؟
في الهندسة الكهربائية، تعتبر طريقة توصيل مصادر الطاقة مهمة جداً لتصرف الدائرة. يمكن توصيل مصادر الطاقة على التوالي أو بالتوازي، وكل طريقة مناسبة لتطبيقات مختلفة. فيما يلي الفروق بين التوصيل على التوالي والتوازي لكل من الدوائر ذات التيار المستمر (DC) والدوائر ذات التيار المتردد (AC).
مصادر التيار المستمر (DC)
التوصيل على التوالي (Series Connection)
جمع الجهد (Voltage Summation): عند توصيل مصدرين أو أكثر من مصادر التيار المستمر على التوالي، يتم توصيل الطرف الموجب لمصدر واحد بالطرف السالب للمصدر التالي. وبالتالي، يكون الجهد الإجمالي الناتج هو مجموع الجهود لكل مصدر فردي. على سبيل المثال، إذا تم توصيل بطاريتين بجهد 12 فولت على التوالي، سيكون الجهد الإجمالي الناتج 24 فولت.
التيار المتساوي (Equal Current): في الأصل، يكون التيار عبر الدائرة بأكملها هو نفسه بغض النظر عن عدد المصادر المتصلة على التوالي. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن جميع المصادر المتصلة على التوالي يجب أن تكون لها قدرات تيار متطابقة لتجنب الحمل الزائد أو التلف.
التوصيل بالتوازي (Parallel Connection)
الجهد المتساوي (Equal Voltage): عند توصيل مصدرين أو أكثر من مصادر التيار المستمر بالتوازي، يتم توصيل جميع الأطراف الموجبة معًا، وجميع الأطراف السالبة معًا. وبالتالي، يكون الجهد الإجمالي الناتج مساويًا للجهد لمصدر واحد. على سبيل المثال، إذا تم توصيل بطاريتين بجهد 12 فولت بالتوازي، يبقى الجهد الإجمالي الناتج 12 فولت.
جمع التيار (Current Addition): في التوصيل بالتوازي، يكون القدرة الكلية للتيار هي مجموع قدرات التيار لكل مصدر فردي. على سبيل المثال، إذا تم توصيل بطاريتين متطابقتين بجهد 12 فولت وسعة 5 أمبير ساعة بالتوازي، ستكون القدرة الكلية للتيار 10 أمبير ساعة. يمكن استخدام التوصيل بالتوازي لزيادة إخراج التيار في النظام أو توفير احتياطية.
مصادر التيار المتردد (AC)
التوصيل على التوالي (Series Connection)
جمع الجهد (Voltage Addition): مثل مصادر التيار المستمر، تقوم مصادر التيار المتردد بتجميع جهودها عند توصيلها على التوالي. ومع ذلك، يتم قياس جهود التيار المتردد بناءً على القيم القصوى أو RMS، لذا يجب مراعاة الاختلافات في الطور. إذا كانت مصدرين للتيار المتردد في نفس الطور، فإن جهودهما تجمع ببساطة. وإذا كانا خارج الطور (بـ 180 درجة)، فقد تلغي الجهود بعضها البعض.
علاقة التيار (Current Relationship): في الدائرة المتسلسلة، يكون التيار هو نفسه عبر كل مكون. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن المعاوقة (بما في ذلك المقاومة والسعة والاندكتانس) لمصادر التيار المتردد تؤثر على التيار.
التوصيل بالتوازي (Parallel Connection)
الجهد المتساوي (Equal Voltage): عند توصيل مصادر التيار المتردد بالتوازي، يكون الجهد الناتج متساويًا. يستخدم التوصيل بالتوازي بشكل أساسي للمولدات المتزامنة أو مصادر الطاقة الأخرى لزيادة الطاقة الإجمالية المتاحة أو توفير احتياطية.
جمع التيار (Current Addition): في التوصيل بالتوازي، يكون التيار الإجمالي هو مجموع المتجهات للأجرام لكل مصدر فردي. يتطلب هذا مراعاة الاختلافات في الطور بين المصادر، حيث تؤثر الاختلافات في الطور على التيار الإجمالي. إذا كانت مصادر التيار المتردد متزامنة وفي نفس الطور، يمكن ببساطة جمع تياراتها.
ملخص
لمصادر التيار المستمر (DC)
التوصيل على التوالي: يزيد الجهد الإجمالي.
التوصيل بالتوازي: يزيد القدرة الكلية للتيار.
لمصادر التيار المتردد (AC)
التوصيل على التوالي: يزيد الجهد الإجمالي (وفقًا لعلاقة الطور).
التوصيل بالتوازي: يزيد الطاقة الإجمالية المتاحة (يتطلب التزامن واعتبار الاختلافات في الطور).
في التطبيقات العملية، سواء عند التعامل مع مصادر التيار المستمر أو التيار المتردد، من الضروري فهم تأثير طريقة التوصيل على الدائرة وضمان أن تصميم الدائرة يتوافق مع معايير السلامة ويحقق المتطلبات الأداء المطلوبة.
