并联电路简介

出处:维库电子市场网 发布于:2024-07-09 16:29:58 | 307 次阅读

  最简单的电路配置形式——串联电阻电路,在绝大多数工业控制电路中都没有出现。这令人惊讶,因为它似乎在课堂上被介绍为一种非常常见的电路。但当谈到并联电阻电路时,我们是否应该期待同样的缺失?
  一般而言,工业电工都认为,现实世界中的电路很少遵循教科书和正规课程中提供的整洁、干净的电路图。基本概念仍然适用,但用途、术语和定义可能因行业而异。

  串联电阻电路通常是解释电压降和电流的起点,但这些电路很少出现在控制柜和机器接线中。相反,并联电路配置非常常见。然而,在工业控制系统中使用并联电路时,需要强调一些特定的概念。

  图 1. 串联和并联两个电阻器、电感器和电容器的有效电阻、电感和电容比较。图片由Cmglee提供。[ CC BY-SA 4.0 ]
  需要考虑的一点是,“串联”和“并联”这两个词可以指电阻负载设备(输出)或控制开关和按钮(输入)。电线的连接看起来非常相似,但对系统的影响和故障排除策略却大不相同。
  并行加载
  处理并联电阻时提出的第一个基本概念是,无论相对电阻值如何,它们都会经历相同的电压降。对于工业负载设备来说,理解这一点至关重要,因为它们都需要相同的工作电压。不仅如此,所需电压恰好是整个电源电压!

  例如,常见的负载电压为 24 伏直流电或交流电,可能是 120 伏交流电,对于某些接触器来说,甚至可能是 230 伏交流电。在每种情况下,电源输出的电压都恰好是设备所需的电压。这意味着,当我们测量负载设备的电压时,它应该是 0 伏(关闭)或满电源电压(开启)——没有中间值。

  图 2. 常见教科书示例中的正常并联负载电路(顶部)。等效并联负载电路转换为线图或梯形图,左侧垂直侧为电源,右侧为接地(底部)。
  将两个负载设备并联仍能为它们提供所需的电压,因此它们都能正常工作。但有一个要求是,任何负载设备都不能串联另一个负载设备。否则,每个负载设备的电压都会太低,无法正常工作。

  这并不是说并联电路连接没有影响。每个并联设备实际上都为电流流动提供了一条新路径,增加了电源的总电流消耗——请谨慎选择足够的电源!如果电流增加,则表明电路总等效电阻总体下降。

  图 3. 教科书中常见的使用常开触点的并联触点电路示例(顶部)。等效并联 NO 控制电路转换为更常见的工业线图或梯形图(底部)。
  工业环境中电气原理图的常见形式是梯形图或线路图。这种格式将输入和输出的每个逻辑组合并联在一起。每个“分支”本身就是一个小的并联电路。有时,一条线路或梯形“梯级”将包含多个负载。在这些情况下,可以保证看到它们并联在一起。
  并联电阻公式
  有时了解电阻计算公式很重要。如果电阻值相同,则只需将该电阻除以电阻总数即可得出总电阻:
  对于相等的电阻值:
  $$R_{total}={R \over Number~of~Resistors}$$
  但对于不相等的电阻值,计算会稍微棘手一些:
  $$R_{total} = {1 \over {1 \over R_1} + {1 \over R_2} + {1 \over R_n} }$$
  在所有情况下,总电阻都会低于最小的电阻值,而添加更多电阻只会不断降低总电阻。
  平行触点
  在电路分析中,它有助于区分“输入”和“接触点”。通常,这两个术语意思相同。但是,当你将输入串联和并联时,你无法总是对所有输入都做到这一点。

  传感器和“固态”输入不能串联(也不总是并联)。但是,“触点”是一种物理打开和关闭控制设备,例如按钮、四分之一转开关或限位开关,它们非常适合串联或并联连接。

  图 4. 梯形图的更典型视图,其符号更接近 PLC 控制图中的符号。该电路左侧显示并联触点,右侧显示并联负载。
  并联放置时,两个接触器可提供多种方式来激活负载设备。该概念相当于数字或门,其中一个开关或另一个开关可以激活负载。当有多个启动按钮或任何其他需要两个或多个控制器为负载通电的情况时,这很有用。
  那么自动化系统又如何呢?
  当系统中包含 PLC 输入或输出模块时,很少看到开关或负载并联连接到同一 I/O 端子。造成这种情况的原因有两个:
  每个终端都应该有一个标签(或标记),说明它正在监控哪个唯一的输入设备。
  多个输出设备可能会使 PLC 上的输出端过载 - 它们处理电流的能力不如物理按钮或开关那么强大。
  并联电路连接到 PLC 的一种情况是二极管跨接在电感负载设备(例如接触器或螺线管)上的情况。这种二极管通常称为缓冲二极管,可降低反激电压并防止损坏 PLC 输出。如果您遇到输出模块持续损坏的情况,请验证二极管是否已连接到任何电感线圈负载设备。
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