تفاوت بین اتصال دو منبع به صورت سری و موازی در مدارهای مستقیم جریان (DC) و متناوب (AC) چیست

در مهندسی برق، روش اتصال منابع توان بر رفتار مدار بسیار مهم است. منابع توان می‌توانند به صورت سری یا موازی متصل شوند و هر روش برای کاربردهای مختلف مناسب است. در زیر تفاوت‌های اتصال سری و موازی برای دو نوع مدار جریان مستقیم (DC) و جریان متناوب (AC) آمده است.

منابع جریان مستقیم (DC)

اتصال سری (Series Connection)

• جمع ولتاژ (Voltage Summation): وقتی دو یا چند منبع DC به صورت سری متصل می‌شوند، ترمینال مثبت یک منبع به ترمینال منفی منبع بعدی متصل می‌شود. بنابراین، ولتاژ خروجی کل حاصل جمع ولتاژ هر یک از منابع است. به عنوان مثال، اگر دو باتری ۱۲ ولتی به صورت سری متصل شوند، ولتاژ خروجی کل ۲۴ ولت خواهد بود.

• جریان یکسان (Equal Current): در مدار سری، جریان در تمام مدار یکسان است، صرف نظر از تعداد منابع متصل شده به صورت سری. اما باید توجه داشت که تمام منابع متصل شده به صورت سری باید ظرفیت جریان یکسان داشته باشند تا از بارگیری بیش از حد یا آسیب دیدن جلوگیری شود.

اتصال موازی (Parallel Connection)

• ولتاژ یکسان (Equal Voltage): وقتی دو یا چند منبع DC به صورت موازی متصل می‌شوند، تمام ترمینال‌های مثبت با هم و تمام ترمینال‌های منفی با هم متصل می‌شوند. بنابراین، ولتاژ خروجی کل برابر با ولتاژ یک منبع است. به عنوان مثال، اگر دو باتری ۱۲ ولتی به صورت موازی متصل شوند، ولتاژ خروجی کل همچنان ۱۲ ولت خواهد بود.

• جمع جریان (Current Addition): در یک اتصال موازی، ظرفیت جریان کل حاصل جمع ظرفیت جریان هر یک از منابع است. به عنوان مثال، اگر دو باتری ۱۲ ولتی و ۵ آمپر ساعته مشابه به صورت موازی متصل شوند، ظرفیت جریان کل ۱۰ آمپر ساعت خواهد بود. اتصال‌های موازی می‌توانند برای افزایش خروجی جریان سیستم یا ایجاد قابلیت اضافه استفاده شوند.

منابع جریان متناوب (AC)

اتصال سری (Series Connection)

• جمع ولتاژ (Voltage Addition): مانند منابع DC، منابع AC نیز وقتی به صورت سری متصل می‌شوند ولتاژ خود را جمع می‌کنند. اما ولتاژ AC بر اساس مقادیر پیک یا RMS اندازه‌گیری می‌شود، بنابراین باید تفاوت فازی را در نظر گرفت. اگر دو منبع AC در فاز باشند، ولتاژ آنها ساده‌سازی می‌شود. اگر آنها خارج از فاز (با ۱۸۰ درجه) باشند، ولتاژ آنها ممکن است یکدیگر را لغو کنند.

• رابطه جریان (Current Relationship): در یک مدار سری، جریان در هر مؤلفه یکسان است. اما باید توجه داشت که امپدانس (شامل مقاومت، القایی و ظرفیت) منابع AC بر جریان تأثیر می‌گذارد.

اتصال موازی (Parallel Connection)

• ولتاژ یکسان (Equal Voltage): وقتی منابع AC به صورت موازی متصل می‌شوند، ولتاژ خروجی آنها یکسان است. اتصال‌های موازی عمدتاً برای ژنراتورهای همزمان یا سایر منابع توان برای افزایش توان کل موجود یا ایجاد قابلیت اضافه استفاده می‌شوند.

• جمع جریان (Current Addition): در یک اتصال موازی، جریان کل حاصل جمع برداری جریان هر یک از منابع است. این نیازمند در نظر گرفتن تفاوت فازی بین منابع است، زیرا تفاوت‌های فازی بر جریان کل تأثیر می‌گذارد. اگر منابع AC همزمان و در فاز باشند، جریان آنها می‌تواند ساده‌سازی شود.

خلاصه

برای منابع DC

• اتصال سری: ولتاژ کل را افزایش می‌دهد.

• اتصال موازی: ظرفیت جریان کل را افزایش می‌دهد.

برای منابع AC

• اتصال سری: ولتاژ کل را افزایش می‌دهد (به شرط رابطه فازی).

• اتصال موازی: توان کل موجود را افزایش می‌دهد (نیازمند همزمان‌سازی و در نظر گرفتن تفاوت فازی است).

در کاربردهای عملی، صرف نظر از اینکه با منابع DC یا AC سروکار دارید، درک تأثیر روش اتصال بر مدار بسیار مهم است و باید مطمئن شوید که طراحی مدار با استانداردهای ایمنی سازگار است و نیازهای عملکردی مورد نظر را برآورده می‌کند.