Параллельное подключение лампочек: подробная инструкция схемы с выключателем

Содержание

схема, смешанное подключение, плюсы и минусы

При размещении сетевых осветительных приборов (ламп или светодиодных лент) сомнений в том, как подключать их между собой, как правило, не возникает. Если они рассчитаны на напряжение 220 Вольт, традиционно применяемый способ включения – соединение в параллель. Последовательное подключение лампочек используется лишь в редких случаях, когда на их основе делаются гирлянды, например. Другая распространенная причина применения этого способа – желание повысить срок эксплуатации осветительных изделий, используя их на неполную рабочую мощность.

Содержание

Последовательное соединение
Параллельное включение
Законы смешанного соединения
Типы ламп и схемы подключения
Люминесцентные лампы
Галогенные источники и светодиодные лампы

Последовательное соединение

Последовательная схема подключения

Нетиповое последовательное подключение лампочек к сети 220 Вольт отличается следующими характеристиками:

через все включенные в цепь осветительные элементы течет одинаковый ток;
распределение падений напряжений на них будет пропорционально внутренним сопротивлениям;
соответственно этому распределяется мощность, расходуемая на каждом осветителе.

При последовательном соединении лампочек в схеме с общим выключателем рассчитанные на 220 Вольт осветители будут гореть не в полную силу.

При установке в цепочку двух лампочек накаливания с различной мощностью P ярче горит та из них, что обладает большим сопротивлением, то есть менее энергоемкая. Объясняется это очень просто: из-за большего внутреннего сопротивления напряжение на ней будет более значительным по величине. Поскольку в формулу для P этот параметр входит в квадрате P=U2/R – то при фиксированном сопротивлении на ней рассеивается большая мощность (она горит ярче).

Преимуществом последовательного включения ламп является более щадящий режим работы из-за меньшей мощности, потребляемой на каждой из них. Во всех остальных отношениях такой способ подсоединения нежелателен, поскольку его отличают следующие характерные недостатки:

при выходе из строя одной лампы обесточивается вся цепь, так что осветительная линия полностью перестает работать;
при установке различных по мощности лампочек они дают разное свечение;
невозможность использования последовательной схемы при соединении энергосберегающих ламп (для них нужно полное напряжение 220 Вольт).

Последовательный вариант оптимально подойдет для создания «мягкого света» в светильниках-бра или при изготовлении гирлянд из низковольтных светодиодных элементов.

Параллельное включение

Параллельное соединение лампочек

Классическое параллельное подключение ламп отличается от последовательного способа тем, что в этом случае ко всем осветителям прикладывается полное сетевое напряжение.

При параллельном подключении лампочек через каждое из ответвлений протекает «свой» ток, зависящий от сопротивления данной цепочки.

Проводники, подводимые к цоколям и патронам ламп, подсоединяются к одному проводу в виде параллельной сборки. К бесспорным преимуществам этого метода относят следующие его особенности:

при перегорании одной из лампочек остальные продолжают работать;
в каждой из ветвей они горят в полную мощность, поскольку ко всем одновременно приложено полное напряжение;
допускается использовать энергосберегающие лампочки;
для подключения к сети достаточно вывести из комнатной люстры нужное количество фазных проводников и оформить их в виде коммутируемой группы.

Недостатков у этого метода практически нет, за исключением большого расхода проводников при сильно разветвленных цепях. Без проблем можно подключить несколько лампочек к одному проводу за счет использования принципа разводки. Типовая схема параллельного соединения лампочек с выключателем ничем особым не отличается от обычного включения. В этом случае в нее дополнительно вводится клавишный переключатель.

Законы смешанного соединения

Смешанное соединение

Смешанное включение осветителей описывается следующим образом:

В его основе лежит параллельное соединение нескольких электрических ветвей.
В некоторых из ответвлений нагрузки включаются последовательно в виде ряда лампочек, располагающихся одна за другой.

В отдельные параллельные ветви допускается подключать различные типы потребителей, включая лампы накаливания, а также галогенные или светодиодные источники.

При рассмотрении особенностей смешанного соединения обязательно учитываются следующие закономерности:

Через каждый из последовательно включенных участков цепи протекает один и тот же ток.
При прохождении через звено с параллельно включенными потребителями он разветвляется, а на выходе снова становится однолинейным.
С увеличением количества элементов в рабочей цепи абсолютная величина тока в ней уменьшается.
Напряжение на одном звене равно произведению токовой составляющей на общее сопротивление ветви (закон Ома).
При росте числа элементов в цепи напряжение на каждом из них соответственно уменьшается.

Смешанный способ подключения имеет ряд преимуществ, определяемых достоинствами каждой из двух основных схем соединения. От последовательного он «унаследовал» его экономичность, а от параллельного – возможность работать даже при выходе из строя элемента в одной из комбинированных цепочек.

Рекомендуется при использовании смешанной схемы группировать в последовательные цепи лампы одинаковой мощности, а в параллельные ветви ставить осветители с различным энергопотреблением.

Типы ламп и схемы подключения

Перед монтажом различных видов осветительных приборов желательно ознакомиться с принципом работы и их внутренним устройством, а также с особенностями схемы включения в питающую сеть. Также важно знать, что каждая из разновидностей способна работать длительное время лишь при строгом соблюдении правил эксплуатации.

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы часто устанавливают в служебных помещениях

Помимо традиционных ламп накаливания для освещения служебных и частично бытовых пространств нередко применяются их люминесцентные трубчатые аналоги. Они чаще всего устанавливаются на следующих объектах:

в цехах и на конвейерных линиях промышленных производств;
в административных зданиях и в различных боксах;
в гаражах, торговых залах и подобных им местах общественного пользования.

Значительно реже они используются в домашних условиях – иногда ставят на кухне для организации подсветки рабочей зоны.

Особенностью люминесцентных осветителей является невозможность прямого подключения к сети 220 Вольт, так как для пробоя газового столба требуется высокое напряжение. Для их включения используется особая электронная схема, в состав которой входят такие элементы запуска как дроссель, стартер и высоковольтный конденсатор (в некоторых случаях он не обязателен).

В последние годы неэкономичные и сильно гудящие во время работы дроссельные преобразователи заменяются так называемым «электронным балластом». Порядок его подключения обычно указывается в виде схемы, изображенной на корпусе прибора.

При использовании электронного адаптера подключается одна газоразрядная лампа, либо устанавливается сразу две штуки, соединенные последовательно.

Галогенные источники и светодиодные лампы

При монтаже подвесных потолков традиционно устанавливают галогенные лампы

Осветители первого типа традиционно устанавливаются при монтаже подвесных и натяжных потолков. Они также идеально подходят при необходимости освещения зон с повышенной влажностью, так как выпускаются в нескольких модификациях. Одно из них рассчитано на работу от 12-ти Вольт. Для их получения в районе потолочных перекрытий устанавливается преобразователь, рассчитанный на соответствующее выходное напряжение.

Для светодиодных ламп характерно наличие встроенного драйвера, позволяющего получать нужное напряжение питания (12 или 24 Вольта). Образцы светодиодных осветителей, рассчитанные на работу от 220 Вольт, включаются подобно лампам накаливания. Но в отличие от обычных осветителей включать их в виде последовательной цепочки не рекомендуется.

Важно правильно подбирать тип ламп для определения нужного порядка их подключения. Не допускается соединять в последовательную цепочку энергосберегающие осветители, при монтаже люминесцентных и галогенных светильников руководствуются схемами их включения. При пониженном сетевом напряжении энергосберегающие лампы быстро выходят из строя, а люминесцентные осветители могут совсем не загореться.

Схема параллельного подключения ламп в цепи

Начинающим электрикам довольно часто приходится сталкиваться с особенностями подключения того или иного электрооборудования. Ярким примером может считаться схема параллельного подключения ламп, как один из наиболее распространенных вариантов. Именно его используют профессионалы в быту при монтаже освещения, последовательная схема применяется сравнительно редко. Поэтому с целью недопущения ошибок во время параллельного подключения стоит рассмотреть вопрос более детально.

Что такое параллельное подключение?

Под параллельным подключением в электротехнике следует понимать такой способ соединения электрических приборов, при котором каждый из них имеет аналогичное соединение полюсов по отношению к источнику питания или в электрической цепи.

Для этого рассмотрим пример параллельного включения лампочек накаливания:

Рис. 1. Параллельное подключение ламп к источнику

Как видите, здесь каждая лампа от Л1 до Л4 соединяется одним контактом к фазному выводу, а вторым, к нулевому. Или в таком же порядке для цепи постоянного тока – один контакт лампы к плюсу, а второй к минусу. Таким образом, получается, что все выводы фазы одинаковые и соединены в одну точку, также в одну точку подключены и нулевые выводы. С технической стороны параллельное подключение может производиться любым количеством ламп от двух и более.

Особенностью этого соединения является подача напряжения от источника E в месте включения контакта от каждой лампы. Соответственно, каждая из ламп получает номинал питания, к примеру, 220 вольт сети придется на пару контактов. Следует отметить, что кроме ламп Ильича параллельное подключение подходит и для любых других типов осветительного оборудования (светодиодных лампочек, люминесцентных, галогенных и т.д.).

Помимо вышеприведенного примера можно встретить и другие способы параллельного подсоединения:

Рис. 2. Варианты смешанного параллельного подключения

Как видите на рисунке выше лампочки Л1 – Л3 на первой схеме имеют параллельное включение по отношению друг к другу. Однако по отношению к резистору R1 и диоду VD1 подключение всей группы будет последовательным. На второй схеме лампы Л1 – Л2 и Л3 – Л4 подключены последовательно по отношению друг к другу, но попарно Л1 – Л2 с парой Л3 – Л4 подключены параллельно. На практике важно учитывать не только особенности конфигурации цепи, но и физические параметры.

Физические параметры

Важным этапом при подключении галогенных, светодиодных или люминесцентных светильников являются физические данные. Основным параметром для всех ламп можно считать омическое сопротивление, на основании которого и рассчитывается потребляемая мощность.

Для примера рассмотрим вариант подключения приборов освещения, как классической резистивной нагрузки:

Рис. 3. Параллельное включение резистивной нагрузки

Так те же нити накаливания представляют собой чисто резистивную нагрузку, поэтому мы их будем рассчитывать, как сумму резисторов R1 – R3. Для параллельных схем включения вычисление суммарного сопротивления всех устройств производится исходя из соотношения:

1/R_общ = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃

После преобразования выражение получит вид:

Аналогичным образом вычисление производится для включения люминесцентных и светодиодных светильников. Заметьте, что при расчетах в идеальных условиях сопротивлением соединительных проводов пренебрегают. Такой прием актуален и для большинства осветительных приборов, так как величина получается несоизмеримо меньше. Однако в случае расчета слаботочных ламп или светодиодов сопротивлением проводов не всегда можно пренебречь, поэтому они также участвуют в расчетах.

Преимущества и недостатки

В домашних и производственных целях параллельное подключение широко используется для решения различных задач. При выборе такого способа важно учитывать все за и против, поэтому дальше мы рассмотрим преимущества и недостатки для освещения люминесцентными, накаливания, светодиодными или другими типами ламп.

К преимуществам схемы следует отнести:

на каждую лампу подается строго установленная величина напряжения, не зависимо от их сопротивления;
каждая лампа работает на полную мощность, выдавая заявленные номинальные параметры;
в случае перегорания одной из ламп в цепи остальные продолжат выполнять свои непосредственные функции без каких-либо изменений в штатном режиме.

Недостатки такого способа подключения в большей части связаны с экономическими аспектами или аварийными режимами работы:

требуется больший расход соединительных проводников при подключении на большие расстояния;
при повышении напряжения более номинального лампочка светится гораздо сильнее, из-за чего галогенные светильники и лампы Ильича будут чаще выходить со строя;
начинающие электрики или неискушенные в электротехнике могут запутаться на этапе подключения точечных или других светильников.

Практическое применение

Все соединения в электрических схемах подразделяются на последовательные и параллельные. На практике параллельная схема применяется для любого освещения у вас дома:

точечных светильников;
ламп в люстре;
модулей в светодиодной ленте и т.д.

Не зависимо от конкретного вида подключения и применяемого оборудования, схема будет идентична. В некоторых ситуациях, чтобы подключить точечных светильник применяется блок питания или электронный трансформатор, в других монтаж люминесцентных ламп производится напрямую от сети, что показано на рисунке ниже:

Рис.

2}{R}$. Но я считаю, что не всегда полезно говорить: «Мы занимались алгеброй, и эти две вещи эквивалентны, поэтому этот ответ верен».

Итак, давайте посмотрим на схему более подробно и надеемся, что она окажется полезной. 🙂

Серийная цепь

Закон Кирхгофа о токах говорит нам, что ток, втекающий в узел, должен быть равен току, вытекающему из него. В последовательной схеме каждый узел имеет только вход и выход, поэтому вход и выход должны быть равны. Кроме того, из следует, что все входы и выходы должны быть равны, потому что между узлом 1 и узлом 2 нет места для прохождения тока.

Далее у нас есть закон Кирхгофа о напряжении, согласно которому для замкнутого контура сумма напряжений должна быть равна нулю.

Как обсуждалось ранее, закон Ома говорит нам, что $V=IR$, поэтому мы можем сказать, что $V_1=I_1R_1$ и $V_2=I_2R_2$. Кроме того, мы знаем $I_1=I_2$ из-за закона тока Кирхгофа. Это означает, что $V_2=I_1R_2$ и $V_1=I_2R_1$.

Мы можем изменить порядок, чтобы получить $I_1=\frac{V_1}{R_1}$ $=\frac{V_2}{R_2}$ $=I_2$. Нас особенно интересует тот факт, что $\frac{V_1}{R_1}$ $=\frac{V_2}{R_2}$. Если мы знаем, что одно из сопротивлений выше, напряжение на этой стороне также должно быть выше, чтобы уравнение выполнялось.

Таким образом, нагрузка с наибольшим сопротивлением будет иметь и наибольшее падение напряжения: если $R_1>R_2$, то $V_1>V_2$.

Возвращаясь к закону Ватта, мы видим, что $P=VI$, поэтому мощность, проходящая через $R_1$, равна $P_1=V_1I_1$, а мощность, проходящая через $R_2$, равна $P_2=V_2I_2$. Опять же, мы знаем, что $I_1=I_2$, поэтому мы можем изменить порядок, чтобы получить $I_1=\frac{P_1}{V_1}$ $=\frac{P_2}{V_2}$ $=I_2$.

Как и прежде, нас особенно интересует тот факт, что $\frac{P_1}{V_1}$ $=\frac{P_2}{V_2}$. Если одно напряжение выше, мощность на этой стороне должна быть выше, чтобы уравнение выполнялось.

Таким образом, нагрузка с наибольшим сопротивлением имеет наибольшее падение напряжения и, следовательно, наибольшую мощность, проходящую через нее: если $R_1>R_2$, то $V_1>V_2$ и, следовательно, $P_1>P_2$.

Поскольку яркость лампочки определяется количеством энергии, проходящей через нее, лампочка с наибольшим сопротивлением будет самой яркой.

Параллельный контур

В случае параллельного контура законы Кирхгофа по-прежнему выполняются, но они не особенно полезны. Важно отметить, что напряжение, проходящее через каждую из нагрузок, должно быть одинаковым, потому что они оба привязаны к одним и тем же узлам.

Закон Ома остается в силе, но теперь напряжение остается постоянным на обеих нагрузках. $V_1=I_1R_1$ и $V_2=I_2R_2$. Поскольку $V_1=V_2$, это напрямую дает нам $I_1R_1=I_2R_2$. Мы умножаем, а не делим, поэтому получаем противоположный эффект от более высоких сопротивлений, как и раньше: высокое сопротивление вызывает меньший ток.

То есть если $R_1>R_2$, то $I_1

Опять же, нас интересует тот факт, что $\frac{P_1}{I_1}$ $=\frac{P_2}{I_2}$. Это означает, что тот ток, который ниже, должен иметь меньшую мощность, чтобы уравнение выполнялось. Поскольку большее сопротивление означает меньший ток, отсюда следует, что большее сопротивление означает меньшую мощность: если $R_1>R_2$, то $I_1

Яркость лампочки по-прежнему пропорциональна мощности, проходящей через нее, поэтому лампочка с наибольшим сопротивлением будет самой тусклой.

Вывод

В последовательной цепи нагрузка с высоким сопротивлением должна рассеивать больше энергии, чем нагрузка с низким сопротивлением, поэтому она горит ярче.

В параллельной цепи мощность легче проходит через нагрузку с низким сопротивлением, поэтому она имеет тенденцию обходить нагрузку с высоким сопротивлением, что приводит к уменьшению мощности, проходящей через нагрузку с высоким сопротивлением, что приводит к ее уменьшению.

Решения: параллельные лампы

Постоянный ток

Параллельные лампы

Решения

Q1: Почему нить сгорает, плавится или окисляется?

Напряжение на нити остается то же самое, когда луковицы добавляются.

Потому что лампочки добавлены параллельно уменьшается сопротивление в цепи от лампочек увеличение тока (потока электронов) через цепь. Нить накала нагревается из-за повышенного тока нагрузки, который требуется возить. В конце концов он окислится и таять.

Q2: Если бы нить накала не была помещена в цепь, что бы произошло к проводам в цепи?

Провода продолжат нагреваться и в конечном итоге будет поврежден примерно таким же образом.

Q3: Как меняется общий поток электронов по мере увеличения количества лампочек? добавил в этом моде? Почему?

Общий поток электронов увеличивается потому что ток, потребляемый системой, увеличивается.

Q4: Как изменится напряжение на каждой лампочке при увеличении количества лампочек? добавил в этом моде? Почему?

Падение напряжения на лампах продолжится уменьшаться, потому что сопротивление уменьшается с каждым дополнительным лампочка.

Q5: Эта схема аналогична бытовой цепи, включающей предохранители или автоматические выключатели. Объясните эту аналогию, описывая что представляют собой батарея, лампочки и нить накаливания.

Стальная вата действует как предохранитель, свет лампочки похожи на бытовые приборы, а аккумулятор на электроэнергию подведены к дому. Если два много приборов были подключены , потребляя чрезмерный ток, бытовая проводка будет нагреваться вверх, создавая опасность возгорания. Автоматический выключатель или предохранитель предотвращает это. Предохранитель не подлежит замене или прерыватель сбрасывается до тех пор, пока некоторые приборы не будут отключены от сети, опуская ток до безопасного уровня для проводки.

Q6: В каких случаях схема работает? Когда он разработан, чтобы потерпеть неудачу и почему?

Система работает только тогда, когда цепь замкнута.