ความแตกต่างระหว่างการเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดสองแห่งแบบอนุกรมและแบบขนานในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับคืออะไร

ในวิศวกรรมไฟฟ้า การเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดพลังงานมีความสำคัญต่อพฤติกรรมของวงจร แหล่งกำเนิดพลังงานสามารถเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมหรือขนาน และแต่ละวิธีเหมาะสมกับการใช้งานที่แตกต่างกัน ด้านล่างนี้คือความแตกต่างระหว่างการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและขนานสำหรับวงจรกระแสตรง (DC) และวงจรกระแสสลับ (AC)

แหล่งกำเนิดพลังงานกระแสตรง (DC)

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม (Series Connection)

• การรวมแรงดัน (Voltage Summation): เมื่อแหล่งกำเนิดพลังงาน DC สองแห่งขึ้นไปเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม ขั้วบวกของแหล่งกำเนิดหนึ่งจะเชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งกำเนิดถัดไป ดังนั้น แรงดันรวมที่ได้ออกมาจะเป็นผลรวมของแรงดันของแหล่งกำเนิดแต่ละแห่ง ตัวอย่างเช่น หากแบตเตอรี่ 12 โวลต์สองก้อนเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม แรงดันรวมที่ได้จะเป็น 24 โวลต์

• กระแสเท่ากัน (Equal Current): ในทางทฤษฎี กระแสผ่านวงจรทั้งหมดจะเท่ากัน ไม่ว่าจะมีแหล่งกำเนิดกี่แห่งที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม อย่างไรก็ตาม ควรทราบว่าแหล่งกำเนิดที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมควรมีความสามารถในการจ่ายกระแสที่เท่ากันเพื่อป้องกันการโหลดเกินหรือเสียหาย

การเชื่อมต่อแบบขนาน (Parallel Connection)

• แรงดันเท่ากัน (Equal Voltage): เมื่อแหล่งกำเนิดพลังงาน DC สองแห่งขึ้นไปเชื่อมต่อกันแบบขนาน ขั้วบวกทั้งหมดจะเชื่อมต่อกัน และขั้วลบทั้งหมดจะเชื่อมต่อกัน ดังนั้น แรงดันรวมที่ได้ออกมาจะเท่ากับแรงดันของแหล่งกำเนิดเดียว ตัวอย่างเช่น หากแบตเตอรี่ 12 โวลต์สองก้อนเชื่อมต่อกันแบบขนาน แรงดันรวมที่ได้ยังคงเป็น 12 โวลต์

• การรวมกระแส (Current Addition): ในการเชื่อมต่อแบบขนาน ความสามารถในการจ่ายกระแสรวมจะเป็นผลรวมของความสามารถในการจ่ายกระแสของแหล่งกำเนิดแต่ละแห่ง ตัวอย่างเช่น หากแบตเตอรี่ 12 โวลต์ 5 แอมป์-ชั่วโมงสองก้อนเชื่อมต่อกันแบบขนาน ความสามารถในการจ่ายกระแสรวมจะเป็น 10 แอมป์-ชั่วโมง การเชื่อมต่อแบบขนานสามารถใช้เพื่อเพิ่มกระแสที่ออกจากระบบหรือให้ความซ้ำซ้อน

แหล่งกำเนิดพลังงานกระแสสลับ (AC)

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม (Series Connection)

• การรวมแรงดัน (Voltage Addition): คล้ายกับแหล่งกำเนิด DC แหล่งกำเนิด AC จะรวมแรงดันเมื่อเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม อย่างไรก็ตาม แรงดัน AC วัดจากค่าสูงสุดหรือ RMS ดังนั้นต้องพิจารณาความแตกต่างของเฟส หากแหล่งกำเนิด AC อยู่ในเฟสเดียวกัน แรงดันจะเพิ่มขึ้น แต่หากอยู่ในเฟสต่างกัน (โดย 180 องศา) แรงดันอาจยกเลิกกันเอง

• ความสัมพันธ์ของกระแส (Current Relationship): ในวงจรอนุกรม กระแสผ่านแต่ละส่วนจะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ควรทราบว่าอิมพีแดนซ์ (รวมถึงความต้านทาน อินดักแทนซ์ และแคปซิแทนซ์) ของแหล่งกำเนิด AC มีผลต่อกระแส

การเชื่อมต่อแบบขนาน (Parallel Connection)

• แรงดันเท่ากัน (Equal Voltage): เมื่อแหล่งกำเนิด AC เชื่อมต่อกันแบบขนาน แรงดันที่ได้ออกมาจะเท่ากัน การเชื่อมต่อแบบขนานใช้สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสหรือแหล่งกำเนิดพลังงานอื่น ๆ เพื่อเพิ่มกำลังไฟฟ้ารวมหรือให้ความซ้ำซ้อน

• การรวมกระแส (Current Addition): ในการเชื่อมต่อแบบขนาน กระแสรวมจะเป็นผลรวมเวกเตอร์ของกระแสของแหล่งกำเนิดแต่ละแห่ง ต้องพิจารณาความแตกต่างของเฟสระหว่างแหล่งกำเนิด เนื่องจากความแตกต่างของเฟสมีผลต่อกระแสรวม หากแหล่งกำเนิด AC ซิงโครไนซ์และอยู่ในเฟสเดียวกัน กระแสสามารถรวมกันได้

สรุป

สำหรับแหล่งกำเนิด DC

• การเชื่อมต่อแบบอนุกรม: เพิ่มแรงดันรวม

• การเชื่อมต่อแบบขนาน: เพิ่มความสามารถในการจ่ายกระแสรวม

สำหรับแหล่งกำเนิด AC

• การเชื่อมต่อแบบอนุกรม: เพิ่มแรงดันรวม (ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของเฟส)

• การเชื่อมต่อแบบขนาน: เพิ่มกำลังไฟฟ้ารวมที่มี (ต้องการการซิงโครไนซ์และพิจารณาความแตกต่างของเฟส)

ในการใช้งานจริง ไม่ว่าจะเป็นแหล่งกำเนิด DC หรือ AC จำเป็นต้องเข้าใจผลกระทบของการเชื่อมต่อวงจรและตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงจรออกแบบตามมาตรฐานความปลอดภัยและตอบสนองความต้องการประสิทธิภาพที่ต้องการ