Jaka jest różnica między połączeniem dwóch źródeł szeregowo i równolegle w obwodach prądu stałego i zmiennego?

W elektrotechnice sposób połączenia źródeł zasilania jest kluczowy dla zachowania obwodu. Źródła zasilania mogą być połączone szeregowo lub równolegle, a każda metoda jest odpowiednia do różnych zastosowań. Poniżej przedstawione są różnice między połączeniami szeregowymi i równoległymi zarówno dla obwodów prądu stałego (DC), jak i naprzemiennego (AC).

Źródła prądu stałego (DC)

Połączenie szeregowe (Series Connection)

• Sumowanie napięć (Voltage Summation): Gdy dwa lub więcej źródła DC są połączone szeregowo, dodatni węzeł jednego źródła jest podłączony do ujemnego węzła następnego źródła. W ten sposób całkowite wyjściowe napięcie jest sumą napięć każdego z poszczególnych źródeł. Na przykład, jeśli dwa akumulatory o napięciu 12 V są połączone szeregowo, całkowite wyjściowe napięcie wyniesie 24 V.

• Równy prąd (Equal Current): Idealnie, prąd przez cały obwód jest taki sam, niezależnie od liczby połączonych szeregowo źródeł. Należy jednak zauważyć, że wszystkie szeregowo połączone źródła powinny mieć takie same zdolności prądowe, aby uniknąć przeciążenia lub uszkodzenia.

Połączenie równoległe (Parallel Connection)

• Równe napięcia (Equal Voltage): Gdy dwa lub więcej źródeł DC są połączone równolegle, wszystkie dodatnie węzły są połączone razem, a wszystkie ujemne węzły są połączone razem. W ten sposób całkowite wyjściowe napięcie jest równe napięciu pojedynczego źródła. Na przykład, jeśli dwa akumulatory o napięciu 12 V są połączone równolegle, całkowite wyjściowe napięcie pozostaje na poziomie 12 V.

• Dodawanie prądu (Current Addition): W połączeniu równoległym, całkowita zdolność prądowa jest sumą zdolności prądowych każdego z poszczególnych źródeł. Na przykład, jeśli dwa identyczne akumulatory o napięciu 12 V i zdolności prądowej 5 A/godz. są połączone równolegle, całkowita zdolność prądowa wyniesie 10 A/godz. Połączenia równoległe mogą być używane do zwiększenia wydajności prądowej systemu lub zapewnienia redundancji.

Źródła prądu naprzemiennego (AC)

Połączenie szeregowe (Series Connection)

• Dodawanie napięć (Voltage Addition): Podobnie jak w przypadku źródeł DC, źródła AC dodają swoje napięcia, gdy są połączone szeregowo. Jednak napięcia AC są mierzone na podstawie wartości szczytowych lub skutecznych, więc należy brać pod uwagę różnice fazowe. Jeśli dwa źródła AC są w fazie, ich napięcia po prostu się dodają. Jeśli są nierównofazowe (przesunięte o 180 stopni), napięcia mogą się wzajemnie zniwelować.

• Relacja prądu (Current Relationship): W obwodzie szeregowym, prąd jest taki sam przez każdy element. Należy jednak zauważyć, że impedancja (w tym opór, indukcyjność i pojemność) źródeł AC wpływa na prąd.

Połączenie równoległe (Parallel Connection)

• Równe napięcia (Equal Voltage): Gdy źródła AC są połączone równolegle, ich wyjściowe napięcia są równe. Połączenia równoległe są głównie używane dla synchronicznych generatorów lub innych źródeł zasilania, aby zwiększyć całkowitą dostępną moc lub zapewnić redundancję.

• Dodawanie prądu (Current Addition): W połączeniu równoległym, całkowity prąd jest wektorową sumą prądów każdego z poszczególnych źródeł. To wymaga uwzględnienia różnicy fazowej między źródłami, ponieważ różnice fazowe wpływają na całkowity prąd. Jeśli źródła AC są zsynchronizowane i w fazie, ich prądy można po prostu dodać.

Podsumowanie

Dla źródeł DC

• Połączenie szeregowe: Zwiększa całkowite napięcie.

• Połączenie równoległe: Zwiększa całkowitą zdolność prądową.

Dla źródeł AC

• Połączenie szeregowe: Zwiększa całkowite napięcie (zależnie od relacji fazowej).

• Połączenie równoległe: Zwiększa całkowitą dostępną moc (wymaga synchronizacji i uwzględnienia różnicy fazowej).

W praktycznych zastosowaniach, niezależnie od tego, czy mamy do czynienia ze źródłami DC, czy AC, kluczowe jest zrozumienie wpływu sposobu połączenia na obwód oraz zapewnienie, aby projekt obwodu spełniał normy bezpieczeństwa i odpowiadał żądanym wymogom wydajnościowym.