Üreteçlerin Seri ve Paralel Bağlanması

Üreteçlerin seri bağlanması

Üreteçlerin seri bağlanması, bir üretecin pozitif ucunun sonraki üretecin negatif ucuna bağlanmasıyla oluşturulur. Böylece üreteçler aynı akım yolunun üzerinde art arda bulunur. Devreye bağlanan dış yükten geçen akım bütün üreteçlerden aynı anda geçer. Seri bağlantının temel amacı, üreteçlerin sağladığı toplam elektromotor kuvveti artırmaktır.

Seri bağlı üreteçlerde elektromotor kuvvetler bağlantı yönlerine göre cebirsel olarak toplanır. Üreteçlerin yönleri aynı katkıyı yapıyorsa toplam gerilim büyür; üreteçlerden biri ters bağlanmışsa onun elektromotor kuvveti toplamdan çıkar. Bu nedenle yalnızca üreteç sayısını değil, kutupların devredeki yönünü de kontrol etmek gerekir. Seri bağlantıda iç dirençler de toplam dirence katkıda bulunur; bu dirençler akımın sınırsız biçimde artmasını engeller.

Örneğin elektromotor kuvveti 1,5 V olan iki özdeş pil, birinin pozitif ucu diğerinin negatif ucuna bağlanırsa toplam elektromotor kuvvet 3,0 V olur. Bu grup bir lambaya bağlandığında lamba, tek pile göre daha yüksek gerilimle çalışabilir. Pillerden biri ters çevrilirse elektromotor kuvvetler birbirine karşı koyar ve ideal durumda toplam değer 0 V olur. Bu örnek, seri bağlantıda yönün neden önemli olduğunu gösterir.

Seri bağlanan hücreler, daha yüksek bir toplam gerilim gereken pil gruplarında kullanılabilir. Örneğin el fenerlerinde ve uzaktan kumandalarda piller art arda yerleştirilerek cihazın ihtiyaç duyduğu gerilim elde edilir.

Üreteçlerin paralel bağlanması

Üreteçlerin paralel bağlanması, bütün pozitif uçların birbirine ve bütün negatif uçların birbirine bağlanmasıyla yapılır. Böylece her üretecin uçları aynı iki düğüme bağlanmış olur. Paralel bağlı üreteçlerin uçları arasındaki gerilim aynıdır; bu nedenle paralel bağlantı toplam gerilimi seri bağlantıdaki gibi yükseltmez.

Paralel bağlantının önemli sonucu, devreye akım sağlama kapasitesinin artabilmesidir. Yük daha fazla akım çektiğinde bu akım, paralel kollardaki üreteçler arasında paylaşılır. Özdeş üreteçler kullanıldığında her üreteç aynı gerilimi destekler ve toplam akım, kollardan sağlanan akımların toplamı olur. Gerilim aynı kaldığı için paralel bağlantı, daha yüksek gerilimden çok aynı gerilimde daha büyük akım gerektiren durumlar için uygundur.

Örneğin elektromotor kuvveti 1,5 V olan iki özdeş pilin pozitif uçları birlikte, negatif uçları birlikte bağlanırsa pil grubunun uçlarındaki gerilim yaklaşık 1,5 V olarak kalır. Aynı lambaya bağlandığında lambadan geçen akım tek pildekiyle aynıdır; fark, bu akımı iki pilin paylaşması ve grubun daha uzun süre dayanmasıdır. Aynı 1,5 V’luk kaynakla çalışan bir devrede paralel grup kullanılması gerilimi 3,0 V’a çıkarmaz; avantaj, akım sağlama kapasitesindedir.

Paralel bağlanan üreteçlerin elektromotor kuvvetleri aynı olmalı ve kutupları aynı yönde bağlanmalıdır. Farklı gerilimli üreteçleri doğrudan paralel bağlamak, kaynakların birbirine karşı akım göndermesine yol açabileceğinden doğru bir bağlantı değildir. Bu nedenle uygulamada özdeş üreteçlerin kullanılması temel koşullardan biridir.

Paralel bağlantının sınavlarda en çok sorulan sonucu pillerin kullanım süresidir. İç direnç ihmal edildiğinde n özdeş pil paralel bağlanıp bir lambaya bağlanırsa lambanın gerilimi ve akımı tek pilli devredeki gibi kalır ve lamba aynı parlaklıkta yanar; ancak her pil bu akımın n’de birini sağladığı için pil grubu tek pile göre n kat daha uzun sürede tükenir. Aynı n pil seri bağlanırsa lambanın akımı n katına çıkar ve lamba daha parlak yanar, fakat piller tek pile göre n kat daha kısa sürede tükenir.

Seri ve paralel bağlantıda toplam elektromotor kuvvet

Seri bağlantıda toplam elektromotor kuvvet, üreteçlerin yönleri dikkate alınarak cebirsel toplamla bulunur. Aynı yönde bağlanan üreteçlerin elektromotor kuvvetleri toplanır: E_toplam = E1 + E2 + ... . Bir üreteç ters yönde bağlanmışsa işareti negatif alınır. Örneğin 6 V ve 2 V’luk iki üreteç aynı yönde bağlanırsa toplam 8 V, zıt yönde bağlanırsa 4 V elde edilir.

Paralel bağlantıda ise özdeş üreteçlerin uçlarındaki elektromotor kuvvet aynı olduğundan grubun toplam elektromotor kuvveti tek bir üretecin elektromotor kuvvetine eşittir: E_toplam = E. Buna karşılık paralel kolların sağlayabildiği toplam akım artabilir. Bu iki bağlantı arasındaki temel fark, serinin gerilim oluşturması, paralelin ise aynı gerilim düzeyinde akım sağlama kapasitesini artırmasıdır.

Seri ve paralel bağlantıda devre akımı

Bir devrede akımın değeri, üreteçlerin oluşturduğu toplam elektromotor kuvvet ile dış devrenin direncine bağlıdır. İç direnç ihmal edildiğinde devre akımı I = E_toplam / R biçiminde düşünülebilir. Bu nedenle aynı dirençte seri bağlantı toplam elektromotor kuvveti artırıyorsa devre akımı da artar. Üreteçlerin iç dirençleri hesaba katıldığında seri bağlantıda bu dirençler de toplanır ve akım, I = E_toplam / (R + r_toplam) bağıntısıyla sınırlanır.

Paralel bağlantıda özdeş üreteçlerin her biri aynı gerilim düzeyini sağlar ve yükün çektiği toplam akım kollara bölünür. İdeal durumda toplam akım, paralel kolların akımlarının toplamıdır: I_toplam = I1 + I2 + ... . Özdeş iki üreteç aynı R direncini besliyorsa devre akımı I = E / R olur, yani tek üreteçli devredekiyle aynıdır; bu akım iki kol arasında eşit paylaşılır ve her üreteçten I/2 geçer. Paralel bağlantı aynı yükte akımı artırmaz; her üreteç daha az akım verdiği için pillerin tükenme süresi uzar.

Üreteç bağlantı türlerinin karşılaştırılması

Seri bağlantıda üreteçler art arda bağlanır, akım bütün üreteçlerden aynı geçer ve elektromotor kuvvetler yönlerine göre toplanır. Bu bağlantı, daha yüksek gerilim gereken devrelerde tercih edilir. Paralel bağlantıda pozitif uçlar kendi aralarında, negatif uçlar kendi aralarında birleştirilir; gerilim özdeş üretecin gerilimi olarak kalır, ancak uygun koşullarda toplam akım sağlama kapasitesi artar.

Örneğin iki adet 1,5 V’luk özdeş pil seri bağlanırsa 3,0 V’luk bir kaynak elde edilir. Aynı piller paralel bağlanırsa gerilim 1,5 V olarak kalır; buna karşılık yükün ihtiyaç duyduğu akım iki üreteç tarafından paylaşılabilir. Bu yüzden seçim, devrenin daha yüksek gerilime mi yoksa aynı gerilimde daha fazla akım kapasitesine mi ihtiyaç duyduğuna göre yapılır.

Paralel bağlantının doğru çalışması için üreteçlerin elektromotor kuvvetleri aynı olmalı, kutupları da aynı yönü göstermelidir. Seri bağlantıda ise ters yönlü bir üreteç toplam elektromotor kuvveti azaltır; paralel bağlantıda ise ters bağlanan iki pil birbirini kısa devre eder; piller hızla ısınabilir, akabilir ya da patlayabilir, bu yüzden böyle bir bağlantı kesinlikle denenmemelidir.