Paralelní a sériové zapojení

Dva nejdůležitější pojmy v jakémkoli obvodu jsou napětí a proud, které se měří v čase, protože jinak by jejich měření nemělo pro pochopení fungování obvodu žádný význam.

Stres — (U nebo méně často E) je rozdíl potenciálů mezi dvěma body nebo energie (práce) vynaložená na přesun kladného náboje z bodu s nízkým potenciálem do bodu s vysokým potenciálem. Měří se ve voltech.

1 V * 1000 = kilovolt

1V * 0.001 = milivolt

1V * 0.000001 = mikrovolt

Ток (I) je rychlost pohybu elektrického náboje v bodě, měřená v ampérech (A) a obvykle se nachází v rozsahu mikroampérů (10-6) nebo miliampérů (10-3), méně časté jsou nanoampéry (10-9) a pikoampéry (10-12).

Napětí se měří mezi dvěma body v obvodu a proud protéká bodem nebo prvkem v obvodu.

Často můžete slyšet lidi říkat napětí v relé nebo na triaku, tj. v určitém bodě obvodu. Teoreticky to není správné říkat, ale v praxi každý chápe, že se tím myslí napětí mezi prvkem a „zemí“ (bod v obvodu s potenciálem známým všem).

Fyzika je obecně věda o předpokladech, tj. u některých napětí a proudů se délka vodičů a jejich vzájemný vliv přehlíží jako nevýznamný, zatímco v našich ostatních příkladech se jedná o velmi důležitý prvek, který nelze ignorovat.

Proudy tekoucí do bodu se rovnají proudům z něj vytékajícím, což se nazývá Kirchhoffův zákon pro proudy. Z toho vyplývá, že v důsledně Proud ve všech bodech obvodu je stejný a v paralelním obvodu se skládá ze součtů proudů všech částí obvodu. Pro snazší pochopení si představme vodovodní systém a spočítejme, kolik kbelíků vody můžeme načerpat z napůl otevřeného kohoutku, předpokládejme, že nabereme kbelík za 5 minut, pokud po tomto kohoutku prodloužíme potrubí a otevřeme další kohoutek do poloviny, pak také nabereme kbelík za 5 minut, ale pokud dáme dva kohoutky paralelně a nabereme do dvou kbelíků, pak za 2.5 minuty budeme mít dvě poloviny nebo 1 celý kbelík.

na paralelní Pokud je připojovací napětí na všech prvcích stejné, nebo jak říká Kirchhoffův zákon pro napětí, součet úbytků napětí v uzavřeném obvodu se rovná 0.

Výkon je práce vykonaná za jednotku času. Výkon může být jak rozptýlený (vytápění), tak akumulovaný (baterie). Moderním příkladem rozptýleného výkonu je počítač, kde se část vynaložené energie přeměňuje na teplo, a pokud to pro notebook není zásadní a nevýznamné, pak pro moderní servery s webovými stránkami je odvod tepla neboli chladicí systém jedním z nejdůležitějších.

Mezi proudem a napětím vždy existuje vztah a existuje mnoho prvků obvodu, které mají určité charakteristiky související s tímto vztahem, například

-Rezistor (proud je přímo úměrný napětí)

-Kondenzátor (proud je úměrný rychlosti změny napětí)

-Dioda (Proud teče pouze jedním směrem)

-Termistoru (odpor závisí na teplotě)

– Tenzometr (odpor závisí na deformaci)

Jakékoli dráty nebo vodiče v obvodu mají odpor, ale při vývoji nebo návrhu inženýři volí takový průřez, aby pro proudy tohoto obvodu byl jejich odpor tak nevýznamný, že jej lze zanedbat. Takže pro rozsvícení LED, kde je proud 0.02 A a napětí 5 V, stačí velmi tenké vodiče a zároveň, pokud zvýšíte napětí na 220 voltů a proud na 20 ampérů, pak dráty takový proud jednoduše nevydrží a roztaví se, což pro obvod bude představovat značný odpor.

Odpor se měří v ohmech a nejčastěji se pohybuje od 1 ohmu do 20 MOhm (20 000 000 ohmů), rezistory se často nazývají odpor, ale odpor je charakteristikou rezistoru, takže není úplně správné to tak říkat, je to jako nazývat všechna auta diesely nebo Mercedesy. Druhým nejdůležitějším parametrem rezistoru je výkon, který dokáže rozptýlit, nejběžnější hodnota je ¼ wattu nebo 0.25 W, ale kromě toho mají rezistory i takové hodnoty jako

– Stabilita v čase

Rezistory se používají k převodu napětí na proud a naopak.

Pokud jsou rezistory zapojeny sériově, jejich odpor se rovná součtu a pokud jsou rezistory zapojeny paralelně, jejich celkový odpor je vždy menší než odpor kteréhokoli z rezistorů. Například pokud si vezmeme klasickou moskevskou dopravní zácpu, pak kapacita vozovky se skládá z hlavní části, krajnice a přilehlé dvorní plochy, pokud do dvora umístíme závoru a podél krajnice uděláme plot, pak se napětí řidičů v této oblasti zvýší, protože budou jezdit pomaleji.

Většina prvků obvodu má vstup a výstup, nejčastěji je na vstup přiváděno napětí a z výstupu ho také odebíráme. Například audio zesilovač přijímá na vstup malé napětí a na výstupu má napětí stejného tvaru, ale výrazně vyšší hodnoty. Dělič napětí hraje v mnoha obvodech významnou roli, ve skutečnosti se jedná o protizesilovač znázorněný na obrázku.

Nejjednodušší dělič napětí se skládá ze dvou rezistorů a jak víme, proud se rovná vstupnímu napětí dělenému celkovým odporem I = Uin./(R1+R2). Pokud nás zajímá výstupní napětí, pak vezmeme stejný proud, protože máme sériové zapojení a je stejný ve všech úsecích obvodu, a vydělíme ho odporem tohoto obvodu neboli R2,

Uvýstup = Uvstup R2 / (R1 + R2)

Dva klíčové pojmy, o kterých mluvíme, jsou napětí a proud, které mají své vlastní zdroje. Jednoduchým příkladem zdroje napětí je baterie, která poskytuje napětí 1.5 voltu, má vnitřní odpor 0.25 ohmu a energetickou rezervu přibližně 10 000 W*s. Během používání se tyto vlastnosti zhoršují a napětí klesá pod 1 volt a vnitřní odpor se zvyšuje na 2–3 ohmy.

Kromě zdroje napětí existuje také koncept zdroje proudu, což je v ideálních situacích „černá skříňka“ se dvěma svorkami, která mezi nimi udržuje konstantní proud bez ohledu na velikost odporu zátěže a napětí. Zdroj proudu preferuje zátěž ve formě uzavřeného obvodu, na rozdíl od zdroje napětí, který preferuje otevřený obvod.

Pokud máme mnoho zdrojů napětí a mnoho rezistorů, pak je lze podle teorie ekvivalence nahradit ekvivalentním zdrojem napětí a ekvivalentním rezistorem, viz obrázek

Ekvivalentní odpor nebo odpor zdroje nebo vnitřní odpor musí být vždy výrazně nižší než odpor zátěže, aby se neztrácel významný výkon a nebyly potřeba velké proudy.

Než se pustíte do stavby baterie, je důležité pochopit rozdíl mezi paralelním a sériovým zapojením, jinak byste se mohli dostat do nebezpečné situace – zkratovat články baterie a případně způsobit požár.

Nebojte se, paralelní a sériové připojení jsou velmi snadno pochopitelné. Jakmile budete vědět, jak fungují, můžete se určitě vyhnout nebezpečným scénářům a postavit si baterii bezpečně.

Paralelní připojení

Začněme paralelními připojeními. Paralelní spojení mezi články baterie je spojení, ve kterém jsou všechny kladné póly článků spojeny dohromady a všechny záporné póly jsou také spojeny dohromady, ale odděleně od kladných.

Výše uvedený obrázek ukazuje jeden, dva a tři články zapojené paralelně. Teoreticky byste mohli spojit nekonečný počet článků paralelně tím, že je jednoduše seřadíte a spojíte všechny kladné a poté všechny záporné póly dohromady.

V paralelním zapojení bateriové prvky vy zvýšit jejich kapacitu. V podstatě vytváříte jednu velkou baterii z několika menších. Celková kapacita kombinovaných článků se rovná počtu paralelně zapojených článků vynásobenému kapacitou každého článku. Pokud například použijete 3,5Ah (3500mAh) články a zapojíte dva články paralelně, vytvořili jste jeden 7Ah článek. Pokud byste totéž udělali se třemi články, vytvořili byste článek 10,5Ah. To je znázorněno na obrázku níže.

Nyní tedy chápete, jak fungují paralelní připojení a jak je lze použít k vytvoření větších baterií s vyšší kapacitou. Takové velké baterie se často nazývají paralelní moduly nebo paralelní skupiny (někdy jen „moduly“, zkráceně „paralely“).

Mezinárodní označení „P“ (Paralelní).

Další výhodou vytváření paralelních skupin je, že mohou podporovat vyšší proudnež jednotlivé buňky, ze kterých jsou sestaveny. Řekněme, že články, které zapojíme paralelně, snesou každý 5 A. To znamená, že jeden článek může dodávat zátěž pouze 5 A, jinak se může přehřát. Pokud máme dva články zapojené paralelně, můžeme zdvojnásobit proudovou propustnost článků. Vytvořením tohoto dvoučlánkového modulu nyní můžeme napájet zátěž 10A Pokud zkombinujeme tři články paralelně, tento tříčlánkový modul může podporovat zátěž 15A a tak dále.

Takto můžete vytvořit baterie s větším výkonem jednoduše přidáním více článků paralelně. Dokonce i „slabé“ prvky zapojené paralelně mohou napájet výkonnou zátěž.

Sériové zapojení

Nyní je čas mluvit o sériových připojeních. Sériová připojení jsou v podstatě opakem paralelních připojení. Při sériovém zapojení propojíte kladný pól jednoho článku se záporným pólem dalšího článku. Analogii lze nakreslit s uspořádáním baterií v běžné svítilně – jsou seřazeny a kladný konec jedné baterie je přitlačován k zápornému konci druhé.

Při použití sad E-WOLF nemůžete umístit baterie vodorovně, jako na obrázku výše. Místo toho použijete přípojnice k vytvoření stejného elektrického spojení, ale v jiné fyzické orientaci. Tímto způsobem budou články umístěny svisle, ale v elektrikářských podmínkách to bude stejné.

Obrázek níže ukazuje, jak můžete vytvořit sériové spojení mezi třemi bateriemi pomocí krytek E-WOLF.

Toto spojení lze prodlužovat, teoreticky neomezeně, a vytvářet tak dlouhá sériová spojení. Obrázek níže ukazuje osm článků zapojených do série.

Všimněte si, že v níže uvedeném schématu je každá sběrnice vytvářející sériové připojení proložena. Například horní část prvních dvou buněk je spojena, ale spodní části stejných prvních dvou buněk nejsou spojeny. Pro každou sběrnici vytvářející řetězové spojení v horní části buněk není stejné místo připojeno na spodní straně buněk a naopak. To je nesmírně důležité. Pokud byste propojili horní a spodní část článků, došlo by ke zkratu.

DŮLEŽITÉ: Pamatujte, že paralelní články jsou spojeny v horní i spodní části buněk pouze proto, že jsou obráceny stejným směrem. Když jsou články obráceny různými směry (v sériovém zapojení), musíte být opatrní, abyste nepropojili horní a spodní část stejných článků. Okamžitě poznáte, že jste udělali tuto chybu, protože tyče vytvoří jiskry, když se dotknou vývodů článků.

Sériová připojení nemění kapacitu článku měřenou v ampérhodinách, jako to dělají paralelní připojení. Místo toho sériová připojení mění napětí kombinované buňky.

Mezinárodní označení „S“ (Series).

Například v našem příkladu máme skupinu 3 buněk. Pokud má každý z nich jmenovité napětí 3,7 V, pak jednoduše sečteme napětí všech článků v sérii. Pro náš modul nám to dá 3,7 V + 3,7 V + 3,7 V = 11,1 V Případně můžete vynásobit počet článků zapojených v sérii napětím každého článku. Takže pro modul s 8 články je napětí 29,6 V.

I když se při sériovém zapojení změní celkové napětí, ampérhodinová kapacita zůstane stejná. Celkově tedy 3článková baterie produkuje 11,1 V při 3,5 Ah.

Kombinace paralelního a sériového zapojení

Pro sestavení baterie budete téměř jistě muset kombinovat paralelní i sériové zapojení. Paralelní připojení zvýší kapacitu baterie a sériové připojení zvýší napětí. Řízením počtu článků zapojených sériově a paralelně můžete získat vlastnosti, které vyhovují všem vašim potřebám.

Řekněme, že chceme postavit 36V 10Ah baterii. Začněme nádobou. Abychom dosáhli 10 Ah, budeme muset paralelně zapojit několik článků. Pokud máme 2 Ah články, tak budeme potřebovat pět článků, pokud máme 2,5 Ah články, budeme potřebovat čtyři články. Dále se podívejme na napětí. Pokud potřebujeme dosáhnout napětí 36 V, tak zapojením deseti 3,7 V článků do série dostaneme 37 V.

Existuje několik způsobů, jak vytvořit baterii, jako je tato, ale obecná metoda je nejprve vytvořit 10 paralelních skupin po třech článcích a poté je spojit do série. (Mezinárodní označení pro toto sestavení je 3p10s) . Se sadou E-WOLF jsme však mohli spojit všech 30 uzávěrů pro každou stranu, poté do nich umístit články a přitlačit obě strany uzávěrů k sobě. Pak je potřeba využít naše sběrnice pro sériové a paralelní připojení.

e-WOLF 3p10s

vlastní montáž