מהו ההבדל בין חיבור שתי מקורות בטור ובמקביל עבור מעגלים חילופיים וקבועים

בנדע"מ, הדרך בה מקורות החשמל מחוברים היא קריטית להתנהגות המעגל. מקורות חשמל יכולים להיות מחוברים בטור או במקביל, וכל שיטה מתאימה ליישומים שונים. להלן ההבדלים בין חיבורים בטור ובמקביל עבור מעגלי זרם ישר (DC) וזרם חילופין (AC).

מקורות זרם ישר (DC)

חיבור בטור (Connection in Series)

• סכום מתחים (Voltage Summation): כאשר שני מקורות זרם ישר או יותר מחוברים בטור, הקוטב החיובי של מקור אחד מחובר לקוטב השלילי של המקור הבא. לכן, המתח הכולל הוא סכום המתחים של כל מקור בנפרד. לדוגמה, אם שני סוללות של 12 וולט מחוברות בטור, המתח הכולל יהיה 24 וולט.

• זרם שווה (Equal Current): בתאוריה, הזרם בכל המעגל הוא אותו זרם, ללא קשר למספר המקורות המחוברים בטור. עם זאת, חשוב לציין שכל המקורות המחוברים בטור צריכים להיות בעלי יכולת זרם תואמת כדי למנוע עומס יתר או נזק.

חיבור מקביל (Parallel Connection)

• מתח שווה (Equal Voltage): כאשר שני מקורות זרם ישר או יותר מחוברים במקביל, כל הקטבים החיוביים מחוברים יחד, וכל הקטבים השליליים מחוברים יחד. לכן, המתח הכולל שווה למתח של מקור יחיד. לדוגמה, אם שתי סוללות של 12 וולט מחוברות במקביל, המתח הכולל נשאר 12 וולט.

• הוספת זרמים (Current Addition): בהתחברות מקביל, יכולת הזרם הכוללת היא סכום יכולת הזרם של כל מקור בנפרד. למשל, אם שתי סוללות זהות של 12 וולט, 5 אמפר-שעה מחוברות במקביל, יכולת הזרם הכוללת תהיה 10 אמפר-שעה. חיבורים מקבילים יכולים לשמש להגדלת פלט הזרם של המערכת או להספקת כפילות.

מקורות זרם חילופין (AC)

חיבור בטור (Series Connection)

• הוספת מתחים (Voltage Addition): בדומה למקורות DC, מקורות AC מוסיפים את המתחים שלהם כאשר הם מחוברים בטור. עם זאת, מתחי AC נמדדים לפי ערכים קיצוניים או RMS, ולכן יש לקחת בחשבון את ההבדלים הפאזיים. אם שני מקורות AC הם בפאזה, המתחים פשוט מתווספים. אם הם לא בפאזה (ב-180 מעלות), המתחים עשויים לבטל אחד את השני.

• קשר זרמים (Current Relationship): במעגל טורי, הזרם הוא אותו זרם דרך כל רכיב. עם זאת, חשוב לציין שהימפדנס (כולל התנגדות, אינדוק턴ס וקיבוליות) של מקורות AC משפיע על הזרם.

חיבור מקביל (Parallel Connection)

• מתח שווה (Equal Voltage): כאשר מקורות AC מחוברים במקביל, מתחי הפלט שלהם שווים. חיבורים מקבילים משמשים בעיקר לגנרטורים סינכרוניים או מקורות אנרגיה אחרים להגדלת האנרגיה הזמינה הכללית או להספקת כפילות.

• הוספת זרמים (Current Addition): בהתחברות מקביל, הזרם הכולל הוא הסכום הווקטורי של הזרמים של כל מקור בנפרד. זה דורש שיקול של ההבדלים הפאזיים בין המקורות, שכן ההבדלים הפאזיים משפיעים על הזרם הכולל. אם מקורות AC מסונכרנים ובפאזה, הזרמים שלהם ניתן להוסיף פשוט.

סיכום

עבור מקורות DC

• חיבור בטור: מגדיל את המתח הכולל.

• חיבור מקביל: מגדיל את יכולת הזרם הכוללת.

עבור מקורות AC

• חיבור בטור: מגדיל את המתח הכולל ( תלוי ביחס הפאזה).

• חיבור מקביל: מגדיל את האנרגיה הזמינה הכוללת (דורש סינכרון והתחשבות בהבדלים פאזיים).

בקישורים מעשיים, בין אם מדובר במקורות DC או AC, חשוב להבין את השפעת שיטת החיבור על המעגל ולבדוק שהעיצוב של המעגל עומד בתקני הבטיחות ומגשים את הדרישות המבוקשות.