Нередко для разных целей, к примеру, декоративных, возникает необходимость в соединении нескольких ламп накаливания тем или иным способом. В этой статье мы поговорим о последовательном и параллельном соединении лампочек и выясним, как правильно это сделать.
Схема последовательного соединения
Начнем с последовательного соединения. Самые доступные для нашего эксперимента источники света — обычные осветительные лампочки на 230 В, да и отдельный источник напряжения им не нужен — он живет в розетке. Правда, немного опасно, но если придерживаться простых правил и относиться к электричеству уважительно, то оно вас не тронет. Правил немного:
- не прикасаться к элементам работающей схемы;
- измерения проводить аккуратно, исправными щупами с изолированными рукоятками;
- все изменения в схеме производить при полностью отключенном напряжении.
Важно! Для большей безопасности лучше использовать развязывающий трансформатор, но и в этом случае все вышеперечисленные правила нужно строго соблюдать. Такой трансформатор несложно собрать из двух сетевых с одинаковым выходным напряжением. Мощность трансформаторов – ватт 40-60, больше для этих целей не понадобится.
Теперь можно приступать. Итак, у нас 2 источника света на 230 В одинаковой мощности. Скажем, 60 Вт. Соединяем их по такой схеме:
Включаем, светильники горят, но тускло. В чем дело? Беремся за расчеты. Они несложные, поскольку лампочка накаливания имеет только активное сопротивление. Достаточно листа бумаги и закона Ома. Никаких косинусов и синусов. Поскольку цепь последовательная, ток через оба светильника течет одинаковый. Лампочки у нас одной мощности, и обе на 230 В. Это значит, что они имеют одинаковое сопротивление. Можете проверить, используя простую формулу:
R = U2/ P, где:
- R – сопротивление спирали, Ом;
- U – напряжение питания цепи, В;
- P – мощность, Вт.
Важно! При проектировании гирлянды сопротивление лампочки нужно именно рассчитать, а не измерить омметром, поскольку у разогретой спирали оно намного (порядка 10 раз) больше, чем у холодной.
Источники света соединены последовательно, поэтому сопротивление всей цепи увеличится вдвое. Это означает, что ток в цепи уменьшится вдвое. Проверяйте, если не доверяете: I = U/(R1+R2), где I — сила тока в цепи, А.
Как распределится напряжение
А что у нас с напряжением? Оно поделится между лампочками, как утверждает господин Ом, поровну: U = R * I. И он прав. Вы можете в этом убедиться при помощи вольтметра переменного тока. То есть каждая лампочка теперь будет питаться напряжением 230 / 2 = 115 В. Отсюда и недонакал спиралей, и тусклый свет. Если мы возьмем большее количество лампочек, положение будет еще плачевнее.
А если нам нужна гирлянда, скажем, из 10 лампочек? В этом случае напряжение 230 поделится на 10, и каждой достанется всего 23 вольта. При таком напряжении свечение спиралей будет едва заметно, и то лишь в темноте. Выход простой. 23 так 23. Возьмем лампочки с таким же или с чуть большим рабочим напряжением. В нашем случае идеальный вариант – коммутаторные, которые в народе именуют «телефонные».
Собираем схему. Она выглядит так:
Если нужна гирлянда с другим количеством лампочек, выбираем подходящие в зависимости от нужного их числа или их число в зависимости от того, что есть в распоряжении. К примеру, ламп с рабочим напряжением 13.5 В понадобится 230 /13.5 = 17 штук. При этом каждой достанется 230 / 17 = 13.52 В.
Важно! Количество ламп лучше увеличить на 1-2 штуки — они будут работать чуть в недонакал и дольше прослужат. А снижение яркости из-за одного-двух вольт мы и не заметим. Не стертая с колбы вовремя пыль поглощает намного больше света.
Суммарная мощность уменьшится или увеличится
С соединением и выбором ламп разобрались. Теперь вопрос мощности. Увеличится она или нет? Тут все зависит от режима работы ламп. Возьмем первый случай с лампами на 230 х 60 Вт. Питание — 230 В. Да, они горят вполнакала, но зато их 2! Чего гадать, считаем. Через каждую лампу течет ток в 2 раза меньший, значит, мощность каждой тоже упадет вдвое, поскольку мощность равна произведению напряжения на ток.
Но ведь и напряжение питания каждой лампы снизится вдвое! Выше мы с этим разобрались – 115 В на лампу. То есть мощность каждой лампы упадет в 4 (!) раза. У нас две лампы по 60 / 4 = 15 ватт. Итого 30 Вт на двоих.
На заметку. Потеря потребляемой мощности будет действительно в 2 раза, но если измерить световой поток, излучаемый такой гирляндой, то можно увидеть, что он упал в 4 раза. То есть лампочка в 30 Вт на 230 В светила бы в 4 раза ярче!
Теперь по гирлянде с низковольтными лампочками. Возьмем ту, что на десяти коммутаторных. На фото хорошо видны ее характеристики – 24 В, 90 мА. Рассчитываем мощность: P = U * I = 24 * 0.09 = 2.16 Вт. Поскольку питаться они будут чуть меньшим напряжением – 230 / 10 = 23 В, то мощность хоть и незначительно, но упадет. Да и ток немного снизится. Пусть будет 2 Вт. У нас десять ламп. Итого 2 х 10 = 20 Вт.
Вывод – мощность гирлянды при последовательном соединении может и возрасти, и упасть. Все зависит от выбранного режима работы лампочек, который, в свою очередь, зависит от поставленных задач.
И пару слов в завершение темы последовательного соединения. Если одна лампочка перегорит, как себя будут чувствовать остальные? Правильно, они все погаснут, поскольку включены в одну последовательную цепь. Впрочем, кому из нас, кто постарше, не доводилось искать сгоревшую лампочку в новогодней гирлянде каждое 30 декабря? В январе убрал исправную, в декабре достал – не горит.
Какая лампочка будет ярче светить, если они разной мощности
Мы выяснили, что лампы одной мощности, соединенные последовательно, будут потреблять одинаковую мощность, а значит, и светить с одинаковой яркостью. Теперь соединим последовательно лампы 100 и 40 Вт. Снова берем в руки листок бумаги, ручку и призываем дух господина Ома. Рассчитываем сопротивление спирали каждой лампы.
- Стоваттная. R = U2 / P = 52 900 / 100 = 529 Ом.
- Сорокаваттная. R = U2 / P = 52 900 / 40 = 1 332 Ом.
Рассчитываем ток в цепи с сопротивлением 529 + 1 332 = 1 851 Ом: I = U / R = 230 / 1 851 = 0.124 А. Зная ток и сопротивление, рассчитываем падение напряжения на каждой лампе.
- Стоваттная. U = R * I = 529 * 0.124 = 65 В.
- Сорокаваттная. U = R * I = 1 332 * 0.124 = 165 В.
Проверяем: 65 + 165 = 230. Все честно. Теперь считаем развиваемую каждой лампой мощность:
- Стоваттная. P = U * R = 65 * 0.124 = 8 Вт.
- Сорокаваттная. P = U * R = 165 * 0.124 = 20.46 Вт.
Вывод очевиден – «сороковка» будет светить ярче.
к содержанию ↑Важно! Лампочка 40 Вт будет светить ярче не в 20 /8 = 2.5 раза стоваттной. Если вы помните, снижение напряжение не пропорционально снижению яркости. На самом деле разница еще разительнее. «Сороковка» станет тускловато светить, у «сотки» едва накалится спираль, и ее свечение будет едва заметно.
Параллельное подключение
Перейдем к параллельному соединению лампочек. Берем все те же «шестидесятки» и соединяем их так:
Подаем напряжение и видим, что обе лампы светят в полную силу. Почему? Вывод очевиден: на каждую подается полное напряжение источника питания – 230 В. Собираем еще одну такую же схему, но из ламп 40 и 100 Вт. Включаем. Обе горят в полный накал. Причина та же – одна не зависит от другой, каждая получает полное питание и берет нужный ей ток.
Таким образом, при параллельном подключении число и мощность ламп могут быть любыми – все они будут гореть в полный накал. Единственное, все они должны быть рассчитаны на напряжение источника питания. В нашем случае на 230 В. И, конечно, кабель должен выдерживать соответствующий ток, но об этом чуть позже.
Полезно. Наглядный пример параллельного подключения – светильники в квартирной электросети. Все они подключены параллельно и рассчитаны на напряжение, подаваемое в квартиру.
Как посчитать мощность и ток
Теперь немного расчетов. Какую мощность будет потреблять наша гирлянда из ламп 40, 60, 60 и 100 Вт? Решить эту задачу намного проще, чем для последовательного соединения. Мощность гирлянды при параллельном соединении равна сумме мощностей всех ламп: P = 40 + 60 + 60 + 100 = 260 Вт. Для выбора сечения кабеля питания для гирлянды рассчитаем ток, потребляемый ею: I = P / U = 260 / 230 = 1.13 А.
к содержанию ↑Подведем итоги — в чем отличие схем
С последовательным и параллельным подключением лампочек покончили. Осталось выяснить, в чем их сходство и чем они различаются. Сходства: и та, и та светится, обе состоят из лампочек, обеим нужно питание. Пожалуй, все. Отличий чуть больше. Для удобства сведем их в табличку:
Последовательное | Параллельное |
|---|---|
| Номинальное напряжение ламп может быть любым – все зависит от числа элементов и напряжения питания | Все лампы должны быть рассчитаны на напряжение питания |
| Мощность лампочек должна быть одинаковой | Мощность может быть разной |
| Количество ламп тесно связано с напряжением питания и их рабочим напряжением | Количество может быть любым |
| При перегорании одного источника света гаснут остальные | При перегорании любого количества ламп остальные продолжают работать |
| Расход провода меньше | Расход провода вдвое больше |
| Можно использовать миниатюрные лампочки при питании относительно высоким напряжением | Лампы с высоким рабочим напряжением габаритны, придется понижать высокое напряжение |
Вот и все о параллельном и последовательном соединении ламп. Теперь вы можете собрать гирлянду, выбрав более удобный вам тип подключения и самостоятельно рассчитав параметры схемы.
Предыдущая
Загрузка...
