Wenn mehrere Verbraucher (z.B.Glühlampen) in einer Schaltung hintereinandergeschaltet sind, nennt man das eine Reihenschaltung.
Wenn mehrere Verbraucher (z.B.Glühlampen) in einer Schaltung nebeneinandergeschaltet sind, nennt man das eine Parallelschaltung. Hier teilt sich die Leitung auf und die Lampen liegen auf einzelnen Leitungen.
Eigenschaften einer Reihenschaltung
Folgende Eigenschaften gelten für eine Reihenschaltung:
- Durch alle Bauteile fließt der gleiche Strom, daher ist die Stromstärke ist an jeder Stelle des Stromkreises gleich groß.
- Die Spannung der elektrischen Quelle teilt sich auf die Bauteile auf. Alle Teilspannungen addieren sich zur Gesamtspannung.
- Dadurch leuchten zum Beispiel mehrere Glühlampen nicht so hell, wie wenn eine einzelne Glühlampe eingebaut wäre.
- Wenn man eine Glühlampe herausdreht ist der Stromkreis unterbrochen und alle anderen Lampen gehen aus.
Eigenschaften einer Parallelschaltung
Folgende Eigenschaften gelten für eine Parallelschaltung:
- Die Leitung teilt sich auf und damit teilt sich auch der Strom auf. Alle Teilstromstärken addieren sich zur Gesamtstromstärke.
- An jedem Bauteil liegt die gleiche Spannung an.
- Daher leuchten zum Beispiel mehrere Glühlampen genauso hell, wie wenn eine Einzelne eingebaut wäre.
- Wenn man eine Glühlampe herausdreht, leuchten die anderen Lampen weiter, da deren Stromkreis nicht unterbrochen ist.
Anwendung
Reihenschaltung:
Immer dann, wenn sehr viele Verbraucher an einer Quelle angeschlossen werden (z.B. Lichterketten) oder wenn ein Gerät mehrere Batterien benötigt. Diese sind auch in Reihe geschaltet, um eine möglichst hohe Spannung zu erzielen. Wenn ein Bauteil entfernt wird, gehen alle anderen aus.
Parallelschaltung:
Wenn
mehrere Geräte mit derselben Spannung versorgt werden sollen (z.B. Netzspannungsversorgung aus allen Steckdosen im Haushalt (230 V), Mehrfachsteckdosen, …). Zudem können, wenn ein einzelner Verbraucher ausfällt, alle weiteren betrieben werden.
Eine Mischung aus Reihenschaltung und Parallelschaltung bezeichnet man als Gruppenschaltung.
Beispiele
Lichterketten
Was passiert, wenn bei einer alten Lichterkette ein Lämpchen kaputt geht?
Lösung
Ältere Lichterketten sind meist in Reihe geschaltet. Dadurch geht die gesamte Lichterkette aus, wenn ein Lämpchen kaputt geht. Dann ist nämlich der Stromkreis unterbrochen. Daher sind neuere Lichterketten oft nicht mehr in Reihe geschaltet.
Haushaltsgeräte
Wie sind die Haushaltsgeräte bei dir zuhause geschaltet, in Reihe oder parallel? Und warum ist das so?
Lösung
Die Elektrogeräte im Haushalt sind parallel geschaltet. Dadurch liegt an jedem Gerät dieselbe Spannung an und man kann es unabhängig von den anderen Geräten einschalten und betreiben.
Jeden Tag benutzen wir Lichtquellen. Die Lampen werden entweder in Reihe oder parallel geschaltet. Jede Methode hat besondere Merkmale und ist in bestimmten Situationen wirksam.
Können die Glühbirnen parallel geschaltet werden?
Diese Art der Verbindung ist die effizienteste. Die Glühbirne ist an Phase und Null angeschlossen. Wenn zwei oder mehr Glühbirnen angeschlossen sind, können die Drähte, die die Spannung liefern, miteinander verdreht werden.
Häufiger jedoch werden alle Verbraucher an ein gemeinsames Kabel angeschlossen. Bei der Parallelschaltung handelt es sich entweder um eine Balken- oder um eine Daisy-Chain-Verbindung. Im ersten Fall wird zu jeder Lampe ein eigenes Kabel verlegt. Bei der zweiten werden Phase und Null der ersten Lichtquelle zugeführt, die anderen werden teilweise zugeführt.
Anschluss der Verbraucher an das Stromnetz.
Bei der Verwendung von Halogenleuchten mit einem Transformator ist zu beachten, dass diese mit Hilfe von Klemmenleisten an die Sekundärwicklung des Wechselrichters angeschlossen werden.
Durch die Parallelschaltung können die Nachteile der Leuchte etwas geglättet und das Flimmern der Leuchtstofflampen reduziert werden. Ein Kondensator wird der Schaltung hinzugefügt, um die Phase aller Schaltungselemente zu verschieben.
Regeln für den Anschluss von Glühbirnen
Beim Anschluss von Glühbirnen müssen bestimmte Regeln beachtet werden. Berücksichtigen Sie Reihen- und Parallelschaltungen.
Reihenschaltung
Eine Reihenschaltung bedeutet, dass das 220-V-Netz so angeschlossen wird, dass durch alle Elemente des Stromkreises der gleiche Strom fließt. Die Verteilung des Spannungsabfalls ist proportional zum Innenwiderstand der Lasten. Auch die Leistung wird proportional verteilt.
Bei einer Reihenschaltung mit einem gemeinsamen Schalter brennen die Lampen nicht mit ihrer vollen Leistung. Wenn Lampen unterschiedlicher Leistung angeschlossen werden, hat die Leuchte mit dem höheren Widerstand ein helleres Licht.
Eine typische Verkettung ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt.
Schema einer Reihenschaltung.
Parallel.
Anders verhält es sich, wenn an jeder Glühbirne die volle Netzspannung anliegt. Der Strom variiert je nach dem Widerstand des Geräts.
Parallelschaltplan.
Die Zuleitungen zu den Lampenfassungen erfolgen auf die gleiche Weise, manchmal auch nach dem Sammelschienenprinzip, bei dem alle Verbraucher an ein gemeinsames Netz angeschlossen werden.
Es können beliebig viele Glühbirnen an ein Netz angeschlossen werden. Der Schalter funktioniert genauso wie bei einer Reihenschaltung.
Vor- und Nachteile der Parallelschaltung
Vorteile:
- Wenn ein Element ausfällt, funktionieren die anderen weiter;
- Die Schaltung liefert das hellstmögliche Licht, da die volle Spannung an jede Leuchte geliefert wird;
- Von einer Leuchte können beliebig viele Drähte abgezweigt werden, um zusätzliche Verbraucher anzuschließen (eine Null und eine bestimmte Anzahl von Phasen sind erforderlich);
- Geeignet für energiesparende Elektrogeräte.
Schema des Anschlusses der Energiesparlampe an das EVG.
Kaum Nachteile, abgesehen von der großen Anzahl von Leitern in einem verzweigten System mit vielen Lampen.
Verwendung von
Im täglichen Leben ist die Parallelschaltung sehr verbreitet. Zum Beispiel eine Weihnachtsbaumbeleuchtung, bei der alle Glühbirnen die maximale Helligkeit haben.
Durch die Verbindung können Sie eine Innenbeleuchtung von beliebiger Länge schaffen. Der Austausch eines durchgebrannten Elements ist einfach. Zwei 60-Watt-Leuchten können gegen eine einzige 10-Watt-Glühbirne ausgetauscht werden, ohne dass sich die Beleuchtungsparameter ändern. Diese Schaltungseigenschaft wird von erfahrenen Elektrikern zur Phasenidentifikation in Dreiphasennetzen verwendet.
Halogen- und Glühbirnen leuchten nicht nur hell, sondern heizen auch die Umgebung auf. Aus diesem Grund werden sie häufig in Garagen, Hangars oder Werkstätten zur Beheizung von Räumen eingesetzt. Die Geräte werden an das Stromnetz angeschlossen, indem man sie in einen Metallblock stellt. Die Konstruktion heizt auf bis zu 60 Grad und hält eine angenehme Raumtemperatur aufrecht. Allerdings führt die hohe Leistung zu einem häufigen Durchbrennen der Lampen.
Video zum Thema: WAS IST LINEARE UND PARALLELIERTE VERBINDUNG
Die Parallelschaltung wird bei Lichtbändern, Kronleuchtern und Straßenbeleuchtung verwendet. Jede Lampe kann separat gesteuert werden, was die Nutzung eines gemeinsamen Netzwerks noch komfortabler macht. Sie müssen nur die richtige Anzahl von Schaltern im System installieren.
In Häusern und Wohnungen werden nicht nur Leuchten, sondern auch andere Geräte parallel an das Netz angeschlossen.
Bei LED-Beleuchtungskörpern ist es nicht unüblich, eine gemischte Schaltung zu verwenden, die auf einer Reihenschaltung von Verbrauchern basiert, gefolgt von einer Parallelschaltung zu derselben Kette.
Tipps: So finden Sie heraus, ob Sie die Lampen oder die Last in Reihe oder parallel schalten müssen
Beispiel für die Berechnung des Anschlusses von Lampen mit unterschiedlichen Wattstärken
Grundkenntnisse des Ohmschen Gesetzes und anderer einfacher elektrischer Gesetze genügen, um den Unterschied zu erkennen.
Angenommen, es gibt eine Glühbirne mit einer Spannung von 220 Volt. Bei 50 Hz handelt es sich um einen reinen Wirkwiderstand, so dass er bei den ersten Fragen besser zu behandeln ist. Wenn eine Lampe eine Leistung von 100 Watt hat, fließt ein Strom durch sie, wenn sie eingesteckt ist I=P/U=100W/220V=0,5A (grob gesagt, genug für die Argumentation). Die volle 220-Volt-Netzspannung fällt auf ihn. Sie können den Widerstand des Glühfadens berechnen: R=U/I=220 Volt /0,5 Ampere =400 Ohm (ungefähr).
Schließt man eine zweite ähnliche Glühbirne parallel zur ersten an, so ist klar, dass die gesamte Netzspannung an jeder Glühbirne anliegt. Der Stromverbrauch Ipcr teilt sich in zwei Ströme auf und fließt durch jede Birne I=U/R=220 Volt/400 Ohm=0,5 Ampere.. Der verbrauchte Strom ist gleich der Summe der beiden Ströme (so das erste Kirchhoffsche Gesetz) und beträgt 1 A. Dadurch stehen beide Lampen unter voller Netzspannung, werden vom Nennstrom durchflossen und der Gesamtlichtstrom ist doppelt so groß wie der einer Leuchte.
Parallel- und Reihenschaltung von Lichtquellen gleicher Leistung.
Wenn zwei identische Leuchten in Reihe geschaltet werden, wird die Netzspannung zwischen ihnen aufgeteilt, so dass auf jede Leuchte etwa 110 Volt fallen. Der Gesamtwiderstand des Stromkreises wäre Rcomm=400+400=800 Widerständeund der Strom durch jede Lampe (bei Reihenschaltung ist er für jedes Element gleich) beträgt I = U/Rcomm=220 Volt/800 Ohm = 0,25 A.. Das Ergebnis ist:
- an jeder Glühbirne fällt nur die Hälfte der Netzspannung ab;
- Durch jede Lampe fließt ein Strom, der um den Faktor 2 gegenüber dem Nennstrom reduziert ist.
Um den Lichtstrom der Glühbirnen für diesen Fall zu schätzen, können wir das Joule-Lenz-Gesetz anwenden. Glühlampen leuchten durch Erhitzung des Glühfadens. Während der Zeit t gibt der Glühfaden eine Wärmemenge ab Q=I2*R*t=U*I*t. Der Strom wird halbiert und die Spannung einer Glühbirne wird ebenfalls halbiert. Das bedeutet, dass der Lichtstrom voraussichtlich abnehmen wird um 2*2=4 mal. Bei zwei Lampen halbiert sich der Lichtstrom im Vergleich zu einer Lampe im Nennbetrieb. Zwei in Reihe geschaltete Glühbirnen leuchten also etwa doppelt so schwach wie eine Glühbirne.
Das Problem könnte durch die Verwendung von Lampen mit einer Betriebsspannung gelöst werden, die die Hälfte der Netzspannung beträgt.. Wenn Sie zwei Hundert-Watt-Lichtquellen bei 127 Volt verwenden, werden die 220 Volt halbiert, und jede Lampe arbeitet mit ihrer Nennleistung, wodurch sich der Lichtstrom im Vergleich zu einer einzelnen Lampe mit derselben Leistung verdoppelt. Der größte Nachteil dieses Systems bleibt jedoch bestehen: Wenn eine Lampe ausfällt, ist der Stromkreis unterbrochen und die zweite Lampe leuchtet ebenfalls nicht mehr.
Alle oben genannten Angaben gelten für Lampen gleicher Leistung. Wenn die Wattleistung der Leuchten stark abweicht, treten in den Stromkreisen folgende Effekte auf. Angenommen, eine 220-Volt-Lampe hat eine Leistung von 70 Watt, die andere eine Leistung von 140 Watt.
Dann wird der Nennstrom des ersten I1=P/U=70/220=0,3 Ampere (gerundet), die zweite I2=140/220=0,7 Ampere.. Widerstand des Glühfadens einer weniger leistungsstarken Leuchte R1=U/I=220/0,3=700 Ohm, die zweite - R2=220/0,7=300 Ohm.
Eine Lampe mit höherer Leistung entspricht einem geringeren Widerstand des Glühfadens.
Lichtquellen mit unterschiedlicher Leistung werden parallel und in Reihe geschaltet.
Bei einer Parallelschaltung ist die Spannung beider Leuchten gleich und jede Lampe führt einen anderen Strom. Die Gesamtstromaufnahme ist die Summe der beiden Ströme Ipc=0,3+0,7=1 Ampere. Jede Glühlampe arbeitet im Nennbetrieb und verbraucht ihren eigenen Strom.
Bei Reihenschaltung wird der Strom durch den Widerstand begrenzt Rcomm=300+700=1000 Ohm und wird gleich sein I=U/R=220/1000=0,2 A. Die Spannung wird proportional zum Glühfadenwiderstand (Leistung) verteilt. Bei einer 140-Watt-Glühbirne sind es 1/3 von 220 Volt - etwa 70 Volt. Bei einer Glühbirne mit geringer Wattzahl sind es 2/3 von 220 Volt. Das heißt, etwa 140 Volt. Beide Lampen werden aufgrund der reduzierten Spannung und des reduzierten Stroms nicht ausreichend beleuchtet, aber der Modus wird für sie aufgehellt. Anders verhält es sich, wenn die Lampen mit halber Netzspannung betrieben werden. Bei einer Glühbirne mit geringerer Leistung ist die Spannung höher als zulässig, und der Unterschied ist umso größer, je größer der Unterschied in der Leistung ist. Eine solche Lampe wird bald ausfallen. Dies ist ein weiterer Nachteil der Reihenschaltung der Lampen. Aus diesem Grund wird sie in der Praxis nur sehr selten verwendet. Eine Ausnahme bildet die Reihenschaltung von Leuchtstofflampen. Es wird angenommen, dass sie stabiler sind.
Anschluss von Leuchtstofflampen in Reihe. Die Starter hier sind ebenfalls für 127 Volt ausgelegt.
Um die Unterschiede zwischen Parallel- und Reihenbetrieb zusammenzufassen:
- bei Parallelschaltung ist die Spannung an allen Verbrauchern gleich, der Strom verteilt sich proportional zur Leistung der Lampen (bei gleicher Leistung sind die Ströme gleich), die Gesamtstromaufnahme ist gleich der Summe der Ströme aller Lampen;
- In einer Reihenschaltung ist der Strom durch alle Lampen gleich, er wird durch den Gesamtwiderstand des Stromkreises bestimmt (und ist kleiner als der Strom der Lampe mit der niedrigsten Leistung), die Spannung an den Verbrauchern ist proportional zur Leistung der Lampen verteilt (wenn diese gleich ist, sind die Spannungen gleich).
Mit diesen Grundsätzen im Hinterkopf kann jede Schaltung analysiert werden.
Wie man Fehler vermeidet
Es ist wichtig, dass der Anschluss von Geräten an das Stromnetz gemäß den elektrotechnischen Regeln erfolgt. Die Details der Verdrahtung sind nicht offensichtlich und können von Personen, die mit dem Thema nicht vertraut sind, nicht verstanden werden.
Es ist wichtig, dies zu berücksichtigen:
- Jede Art von Verbindung hat ihre Eigenheiten in Bezug auf das Ohmsche Gesetz. Bei einer Reihenschaltung ist der Strom in allen Teilen des Stromkreises gleich, während die Spannung vom Widerstand abhängt. Bei einer Parallelschaltung ist die Spannung gleich und der Gesamtstrom ist die Summe der Werte der einzelnen Abschnitte.
- Jeder Stromkreis sollte nicht überlastet werden, da dies zu einem instabilen Betrieb von Geräten und zu Schäden an den Leitern führen kann.
- Bei einer Parallelschaltung muss der Querschnitt der Leiter der Belastung entsprechen, da sonst eine Überhitzung der Leiter unvermeidlich ist, die zum Schmelzen der Wicklung und zum Kurzschluss führt.
- Die Phase wird in den Schalter eingespeist, der Nullleiter geht an die Leuchte. Bei Nichtbeachtung kann es beim Auswechseln der Lampe zu einem Stromschlag kommen, da das Gerät auch im ausgeschalteten Zustand unter Spannung steht.
- Das Hauptkabel der Leuchte wird an eine gemeinsame Klemme angeschlossen. Wenn er an eine Steckdose angeschlossen ist, funktioniert nur ein Teil des Stromkreises.
- Am besten markieren Sie die Drähte im Voraus, bevor Sie den Schalter einbauen. Bei der Installation wird es einfach sein, die gleichnamigen Leiter zu verbinden.
Die Nichtbeachtung der Empfehlungen kann zu einem instabilen Betrieb der Beleuchtungsanlage, zum schnellen Durchbrennen der Glühbirne und zu schweren Verletzungen führen, wobei die Gefahr tödlicher Verletzungen besteht.