Spis treści:
- 1 Verbindungsmethoden zwischen elektronischen Bauteilen und ihre Eigenschaften in der Praxis
- 2 Reihenschaltung
- 3 Anwendungen für die Reihenschaltung
- 4 Reihenschaltung - Vorteile
- 5 Reihenschaltung - Nachteile
- 6 Parallelschaltung
- 7 Anwendungen für Parallelschaltungen
- 8 Parallelschaltung - Vorteile
- 9 Parallelschaltung - Nachteile
- 10 Vorteile der Parallelschaltung gegenüber der Reihenschaltung
- 11 Warum ist eine Parallelschaltung besser als eine Reihenschaltung?
Die Komponenten, aus denen elektrische Schaltungen und elektronische Systeme bestehen, werden je nach Aufbau in geeigneten Konfigurationen miteinander verbunden. Die grundlegendsten Arten von Verbindungen zwischen ihnen sind Reihen- und Parallelschaltungen.
Verbindungsmethoden zwischen elektronischen Bauteilen und ihre Eigenschaften in der Praxis
In diesem Artikel wird das Konzept der Reihen- und Parallelschaltung von elektronischen Bauteilen in der Praxis vorgestellt. Es werden auch die Vor- und Nachteile dieser Verbindungsarten erörtert.
Reihenschaltung
In Schaltkreisverzweigungen, bei denen die Elemente in Reihe geschaltet sind, hat der Strom nur einen möglichen Weg. Wenn Widerstände in einem Zweig in Reihe geschaltet sind, ist der Gesamtersatzwiderstand die Summe der Widerstände dieser Widerstände, gemäß Gleichung (1.1):
RS =R1 + R2 + . . . +Rn-1 + Rn (1.1)
Äquivalenzwiderstand bei Reihenschaltung von Widerständen
Bei einer Reihenschaltung von Widerständen ist der Strom, der durch die einzelnen Widerstände fließt, gleich groß. Im Gegensatz dazu können die Werte der Spannungsabfälle über den einzelnen Widerständen in Abhängigkeit vom Wert des Widerstands jedes einzelnen Widerstands entsprechend voneinander abweichen. Nach dem Ohm’schen Gesetz sind die Spannungsabfälle linear proportional zum Strom, der durch die Widerstände fließt, und der Gesamtspannungsabfall über den Widerständen muss genauso groß sein wie die Spannung, die an den Anfangs- und Endklemmen des Zweigs anliegt. Eine solche Schaltung kann auch bei anderen in Reihe geschalteten Verbrauchern, wie z. B. Glühbirnen, angewendet werden. Brennt z. B. eine Glühbirne in Reihenschaltung durch, ist eine solche Verbindung unterbrochen und verhindert einen weiteren Stromfluss.
Anwendungen für die Reihenschaltung
Bei einigen bestehenden Verkabelungen werden die Sicherheitsleuchten in den Häusern in Reihe geschaltet, so dass sie sich einen gemeinsamen Netzschalter teilen. Das Problem bei dieser Art von Verbindung ist, dass bei einem Fehler im Stromkreis ein anderer angeschlossener Verbraucher in diesem Stromkreis ausfällt. Es ist eine Alles-oder-Nichts-Verbindung. Solange die Verbraucher keine Energie von der Stromquelle erhalten, bevor sie an den nächsten Verbraucher weitergegeben wird, und der Verbraucher, der sie versorgt, ausfällt, kommt es zu einer Stromunterbrechung. Reihenschaltungen sind in elektrischen Geräten üblich und weit verbreitet. Die Glühfäden von Glühbirnen in kleinen Radios sind normalerweise in Reihe geschaltet. Stromkontrollgeräte sind immer in Reihe mit dem Gerät geschaltet, das sie schützen. Sicherungen werden mit dem Gerät, das sie schützen, in Reihe geschaltet, z. B. elektrische Hausheizungen mit Thermostat, Magnetventile, Sicherheitsschalter, die mit der Spannungsquelle in Reihe geschaltet sind, usw.
Reihenschaltung - Vorteile
Bei einer Reihenschaltung ist ein kleinerer Leiterquerschnitt erforderlich. Wir verwenden eine solche Verbindung zum Schutz von Stromkreisen, um Sicherungen und Schutzschalter mit anderen Geräten in Reihe zu schalten. Eine Reihenschaltung lässt sich aufgrund des hohen Widerstands nicht so leicht belasten, wenn dem Stromkreis eine weitere Last hinzugefügt wird. Bei Batteriestrom ist die Lebensdauer einer Reihenschaltung länger als die einer Parallelschaltung. Außerdem ist sie die einfachste Methode der elektrischen Verbindung, und Fehler können leicht erkannt und behoben werden, im Gegensatz zu einer Parallel- oder Serien-Parallel-Schaltung, bei der die Fehlerdiagnose aufgrund ihrer Konstruktion schwieriger ist.
Reihenschaltung - Nachteile
Wenn eine Leitung gebrochen ist, eine einzelne Lampe ausfällt oder entfernt wird, unterbricht dies den Stromkreis und führt dazu, dass alle anderen nicht mehr funktionieren, da nur ein Strompfad im Stromkreis fließt. Werden dem Beleuchtungskreislauf weitere Lampen in Reihe hinzugefügt, verringert sich deren Helligkeit. Denn in einer Reihenschaltung werden die Spannungen geteilt. Wenn in einer Reihenschaltung mehr Verbraucher hinzukommen, steigt die Überspannung, was für den Schutz elektrischer Geräte kein gutes Zeichen ist. Bei einer Reihenschaltung handelt es sich um eine Alles-oder-Nichts-Verbindung, d. h. alle Geräte arbeiten gleichzeitig oder werden abgeschaltet, wenn bei einem der angeschlossenen Geräte in der Reihenschaltung ein Fehler auftritt. Eine hohe Versorgungsspannung ist erforderlich, wenn wir die Last (Glühbirnen, elektrische Heizungen, Klimaanlagen usw.) in einer Reihenschaltung erhöhen müssen. Wenn zum Beispiel fünf 230-V-Lampen in einem Stromkreis in Reihe geschaltet sind, sollte die Versorgungsspannung betragen: 5 x 230 V = 1150 V. Der Gesamtwiderstand einer Reihenschaltung erhöht sich (und der Strom nimmt ab), wenn mehr Last in den Stromkreis aufgenommen wird. Nach der Idee der Potenzialerweiterung sollten nur solche elektrischen Geräte in die Stromreihenschaltung aufgenommen werden, die den gleichen Stromwert haben, da die Ströme an jedem Punkt der Reihenschaltung gleich sind. Wir wissen jedoch, dass elektrische Geräte und Vorrichtungen, z. B. Glühbirnen, Ventilatoren, Heizungen, Klimaanlagen usw., unterschiedliche Stromstärken haben, so dass sie nicht in einer Reihenschaltung kombiniert werden können, um einen reibungslosen und effizienten Betrieb zu gewährleisten.
Parallelschaltung
Widerstände oder andere Empfänger in einer Schaltung sind parallel geschaltet, wenn das Ende jedes Widerstands oder Empfängeranschlusses einen gemeinsamen Punkt oder Anschluss hat und die anderen Enden ebenfalls mit einem gemeinsamen Punkt oder Anschluss verbunden sind. Solche Schaltungen werden als Parallelschaltungen bezeichnet. Im Gegensatz zu einer Reihenschaltung wird bei der Berechnung des Gesamtwiderstands in einer Parallelschaltung der Kehrwert jedes einzelnen Widerstands, der so genannte Leitwert, berücksichtigt. Wenn also mehrere Widerstände parallel geschaltet sind, wird der Kehrwert des Gesamtwiderstands durch die arithmetische oder algebraische Summe der Kehrwerte der einzelnen Widerstände gemäß der Gleichung (1.2) bestimmt:
1Rp =1R1+1R2+ . . . +1Rn-1+1Rn (1.2)
Die Parallelschaltung von Stromkreisen ergibt an den Klemmen aller Stromkreiszweige die gleiche Spannung. Der Wert des Stroms, der durch die einzelnen Zweige fließt, hängt dagegen individuell vom resultierenden Widerstand jedes Stromkreiszweigs ab.
Anwendungen für Parallelschaltungen
Die Parallelschaltung ist eine sehr verbreitete Methode. Die verschiedenen Lampen und Elektrogeräte in unseren Haushalten werden parallel geschaltet, damit jede Lampe oder jedes Gerät unabhängig arbeiten kann. Um die Kontrolle über einzelne Lampen oder Verbraucher zu haben, müssen sie parallel geschaltet werden.
Parallelschaltung - Vorteile
Jedes angeschlossene elektrische Gerät in einer Parallelschaltung ist unabhängig von den anderen. Auf diese Weise hat das Ein- und Ausschalten eines Geräts keinen Einfluss auf andere Geräte und deren Betrieb. Im Falle einer Unterbrechung eines Parallelzweigs oder der Entfernung einer Lampe werden alle Stromkreise und angeschlossenen Lasten nicht unterbrochen, d. h. andere Leuchten/Lampen und elektrische Geräte funktionieren weiterhin reibungslos. Wenn weitere Lampen zu parallelen Beleuchtungsstromkreisen hinzugefügt werden, wird ihre Helligkeit nicht verringert (wie dies nur bei Reihenschaltungen der Fall ist), da die Spannung an jedem Punkt des parallelen Stromkreises gleich ist, was bedeutet, dass die Verbraucher die gleiche Spannung wie die Quellenspannung erhalten. Es ist auch möglich, weitere Leuchten und Lastpunkte in Parallelschaltungen entsprechend dem zukünftigen Bedarf hinzuzufügen, solange der Stromkreis nicht überlastet wird. Die Hinzufügung zusätzlicher Verbraucher und anderer Komponenten erhöht nicht den Widerstand des Stromzweigs, sondern verringert den Gesamtwiderstand des Stromkreises, vor allem, wenn Hochstromgeräte wie Klimaanlagen und elektrische Heizungen verwendet werden. Darüber hinaus ist eine Parallelschaltung zuverlässig, sicher und einfacher in der Handhabung.
Parallelschaltung - Nachteile
Im Gegensatz zu einer Reihenschaltung muss bei einer Parallelschaltung ein größerer Querschnitt der Zuleitungen in einem parallelen Beleuchtungsstromkreis verwendet werden. Bei einer solchen Schaltung wird mehr Strom benötigt, wenn eine zusätzliche Glühbirne oder eine andere Art von Last hinzugefügt wird. Im Falle von Batteriestrom wird eine Parallelschaltung die Batterie schneller entladen. Außerdem ist der Aufbau einer parallelen Verkabelung etwas komplexer und die Fehlerdiagnose schwieriger als bei einer Reihenschaltung.
Vorteile der Parallelschaltung gegenüber der Reihenschaltung
Eine Reihenschaltung ist eine Alles-oder-Nichts-Verbindung. Das heißt, wenn ein Gerät ausfällt, fallen auch alle anderen aus. Diese Art von Verbindung ist also nur dann sinnvoll, wenn Sie das Gerät schützen wollen.
Warum ist eine Parallelschaltung besser als eine Reihenschaltung?
Der Nutzen, die Anwendung und die Bedeutung von seriellen und parallelen Verbindungen kann in der heutigen Zeit gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. Die Verwendung von seriellen und parallelen Verbindungen ist in unseren Häusern, Klassenzimmern und Straßenlaternen deutlich zu sehen. Mit einem Knopfdruck werden alle Lichter, die unter einen einzigen Knopf fallen, eingeschaltet. Je nach Bedarf kann die Beleuchtungsanlage entsprechend unterteilt werden, um z. B. die Lichtintensität in einem Raum zu verändern. Die Art des Anschlusses der Deckenventilatoren und der Beleuchtung bestimmt, ob sie sich einen Schalter teilen oder nicht. Die Reihenschaltung eines Stromkreises gibt uns die Möglichkeit, mehr als zwei Verbraucher an einen gemeinsamen Schalter anzuschließen. Bei einer Parallelschaltung können die Verbraucher an ihren eigenen Schalter angeschlossen werden. Sowohl die Reihenschaltung als auch die Parallelschaltung sind gut, aber aus dem einen oder anderen Grund wird eine davon bevorzugt. Wenn eine Sicherung in einem Stromkreis durchbrennt, wird das Gerät, das sie schützt, nicht beschädigt, weil der Strom es nicht mehr erreicht. Während eine Reihenschaltung funktionieren kann oder auch nicht, kann eine Parallelschaltung auch dann funktionieren, wenn ein Teil der parallelen Zweige eine Unterbrechung aufweist. Eine Parallelschaltung bietet dem Stromfluss im Vergleich zu einer Reihenschaltung einen Widerstand
