Obwód równoległy to obwód, w którym każdy element jest podłączony do tych samych dwóch punktów, więc wszystkie mają takie samo napięcie. Prąd ze źródła rozdziela się na gałęzie, a im mniejsza rezystancja gałęzi, tym większy płynie w niej prąd.
Zostań elektrykiem z uprawnieniami SEP
Kurs online G1 / G2 / G3 + egzamin państwowy - 100% zdawalności
z kodem ELEKTRYCZKA = 10% rabatu!
Co to jest połączenie równoległe i jak je rozpoznać?
W połączeniu równoległym początki wszystkich elementów schodzą się w jednym punkcie, a ich końce w drugim. Te punkty nazywamy węzłami, a odcinki między nimi gałęziami. Każda gałąź jest osobną drogą dla prądu, dlatego przy wspólnym napięciu płyną w nich różne natężenia.
Rozpoznasz taki układ po prostym teście: gdy odłączysz jedną gałąź, pozostałe nadal mają połączenie z obydwoma biegunami źródła. Napięcie na każdej gałęzi jest identyczne, U = U1 = U2 = … = Un, a prądy sumują się według I prawa Kirchhoffa:
I = I1 + I2 + … + In
- I – prąd płynący ze źródła [A]
- I1, I2, In – prądy w kolejnych gałęziach [A]
Jak wyznaczyć rezystancję wypadkową obwodu równoległego?
Tutaj rezystancje się nie dodają. Prościej policzyć ich odwrotności, czyli konduktancje (konduktancja), bo to one sumują się wprost:
1 / Rz = 1 / R1 + 1 / R2 + … + 1 / Rn
- Rz – rezystancja całego układu [Ω]
- R1, R2, Rn – rezystancje kolejnych gałęzi [Ω]
Dla dwóch gałęzi wzór upraszcza się do postaci iloczynu przez sumę:
Rz = (R1 · R2) / (R1 + R2)
Wynik jest zawsze mniejszy od najmniejszej z rezystancji składowych, bo każda nowa gałąź otwiera prądowi kolejną drogę. Gdy połączysz równolegle n jednakowych rezystorów o rezystancji R, rezystancja zastępcza wynosi R / n.
Przykład: dwie gałęzie, 60 Ω i 120 Ω, podłączone do 230 V. Rezystancja wypadkowa to (60 · 120) / (60 + 120) = 7200 / 180 = 40 Ω. Ze źródła płynie 230 V / 40 Ω = 5,75 A, z czego 3,83 A w gałęzi 60 Ω i 1,92 A w gałęzi 120 Ω.
Jak rozpływa się prąd w gałęziach?
Prąd dzieli się odwrotnie do rezystancji: więcej płynie tam, gdzie opór jest mniejszy. Dla dwóch gałęzi zależność nazywamy dzielnikiem prądu, a prąd w pierwszej gałęzi wyznaczasz ze wzoru:
I1 = I · R2 / (R1 + R2)
- I1 – prąd w gałęzi o rezystancji R1 [A]
- I – prąd całkowity pobierany ze źródła [A]
- R1, R2 – rezystancje obu gałęzi [Ω]
W przykładzie powyżej I1 = 5,75 A · 120 Ω / 180 Ω = 3,83 A, czyli tyle, ile wyszło z dzielenia napięcia przez rezystancję gałęzi.
Czym różni się obwód równoległy od szeregowego?
Oba połączenia łatwo pomylić, dopóki nie zestawisz ich cech obok siebie. Tabela pokazuje najważniejsze różnice.
| Cecha | Obwód szeregowy | Obwód równoległy |
|---|---|---|
| Droga prądu | jedna, przez wszystkie elementy | kilka gałęzi |
| Prąd | wspólny dla wszystkich elementów | suma prądów gałęzi równa prądowi źródła |
| Napięcie | dzieli się między elementy | takie samo na każdej gałęzi |
| Rezystancja zastępcza | suma rezystancji, większa od największej | mniejsza od najmniejszej |
| Dołożenie odbiornika | prąd maleje | prąd pobierany ze źródła rośnie |
| Przerwa w jednym elemencie | cały obwód przestaje działać | pozostałe gałęzie pracują dalej |
| Typowe zastosowanie | zabezpieczenia, łączniki, dzielnik napięcia, amperomierz | odbiorniki w instalacji 230 V, woltomierz |
Szczegóły połączenia szeregowego, w tym dzielnik napięcia, opisuje hasło obwód szeregowy. W układach mieszanych liczysz od środka: najpierw zastępujesz każdy fragment równoległy jedną rezystancją, a dopiero potem dodajesz wyniki szeregowo.
Gdzie spotkasz obwód równoległy w instalacji 230 V?
Wszystkie gniazda zasilane z jednego obwodu są podłączone równolegle do przewodów L i N, więc każde z nich ma 230 V niezależnie od tego, ile urządzeń pracuje. Wyjęcie wtyczki z jednego gniazda niczego nie zmienia w pozostałych. Dlatego odbiorniki dobiera się na jedno napięcie sieci, a ich moce po prostu się sumują.
Ta sama cecha bywa pułapką. Każdy włączony odbiornik dokłada własną gałąź i zwiększa prąd w przewodzie zasilającym. Czajnik 2000 W, grzejnik 1000 W i odkurzacz 1200 W dają razem 4200 W, czyli około 18,3 A. To więcej niż prąd znamionowy wyłącznika B16, a właśnie po to stosuje się wyłącznik nadprądowy, żeby przewody nie grzały się długotrwale ponad swoje możliwości. Zasady doboru zabezpieczeń i przekrojów podaje norma PN-HD 60364, w tym część 4-43 o ochronie przed prądem przetężeniowym.
Zwarcie to skrajny przypadek gałęzi równoległej o rezystancji bliskiej zeru, dlatego prąd rośnie wtedy gwałtownie. Woltomierz podłączasz równolegle do elementu, na którym mierzysz napięcie (pomiar napięcia). Z obliczeniami rezystancji i rozpływu prądów zetkniesz się podczas egzaminu SEP grupy 1.
Najczęściej zadawane pytania
Obwód równoległy to taki, w którym elementy są podłączone do tych samych dwóch punktów obwodu. Każda gałąź ma wtedy to samo napięcie, a prąd źródła rozdziela się między gałęzie. Im mniejsza rezystancja gałęzi, tym większy prąd w niej płynie.
Sumujesz odwrotności rezystancji i odwracasz wynik: 1/Rz = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn. Dla dwóch rezystorów wzór ma postać Rz = R1 · R2 / (R1 + R2), więc 60 Ω i 120 Ω dają 40 Ω. Wynik jest zawsze mniejszy od najmniejszego rezystora.
Połączenie równoległe daje każdemu odbiornikowi pełne napięcie 230 V, a jego włączenie lub wyłączenie nie wpływa na pozostałe. Gdyby odbiorniki połączono szeregowo, napięcie podzieliłoby się między nie, a jedna przerwa wyłączyłaby cały obwód.
W obwodzie szeregowym prąd jest wspólny, a napięcie się dzieli, natomiast w równoległym napięcie jest wspólne, a prąd się rozdziela. Rezystancja zastępcza w szeregu rośnie z każdym elementem, a w układzie równoległym maleje. Przerwa w jednym elemencie szeregu gasi wszystko, w układzie równoległym działają pozostałe gałęzie.
