不同電壓的電源可以並聯嗎,可以的話有什麼規律?不可以的話是為什麼?


先說答案:不同電壓等級的電源可以並聯嗎?答案是:若不採取特殊措施,將多隻電源直接並聯想都不要想,完全不可能。一旦並聯後,電源會因為內阻劇烈發熱而迅速燒毀,繼而系統發生破壞性崩潰。

這種特殊措施是什麼?這要從相同電壓等級的電源並聯談起。注意:這個問題是很有技術背景的。

我們知道,哪怕是普通的電池,它也是有內阻的。我們把兩隻電壓相同的電池並聯起來,會發生何種問題?我們看下圖:

圖1:電源(電池)並列時產生的環流

我們先看圖1的1圖:圖中電池E1輸出電流I,I在外電路分成兩支,一支I1流過負載電阻R,另一支I2流過電池E2,並在電池E2的內阻r2上產生熱量 [公式] ,使得電池E2發熱。

同樣,我們在圖1的2圖中看到電池E2也對電池E1的內阻產生髮熱作用,其熱量為: [公式] 。如果兩隻電池E1和E2的參數完全一致,則兩隻電池的發熱當然也完全一致。

我們把圖1中的電池換成開關電源或者穩壓電源,情況也一樣。

在工程中,把電源的並聯叫做電源並列,把電源並列後流過電源內阻的發熱電流叫做環流。

電源並列引起的環流發熱很嚴重,它會影響到電源的工作壽命,影響到系統的穩定性。因此,在實際工作中,一定要消除環流。

我們看下圖:

圖2:用串接二極體的辦法消除環流

圖2中,我們在兩隻並列的電池(電源)輸出端各串接一隻二極體,如此一來,環流就消失了。

當前,特別是用於PLC的24V直流的冗餘電源,電源正極出口處一定要配套二極體。事實上,已經有專門的產品,用於構建雙電源的阻環流二極體。圖2中右側是菲尼克斯公司的阻環流二極體產品,我們從該產品面板上能看到雙二極體的接線圖。

我們看下圖:

圖3:消除穩壓電源環流的措施,也是加裝二極體

圖3是兩台串聯型穩壓電源,它們消除環流的辦法也是串接二極體。

現在,我們把思路在拓展一下。如果兩台電力變壓器也需要並列,這種並聯操作在企事業單位中很常見,我們該如何消除環流?

由於電力變壓器輸出的交流電流和功率都很大,此時不可能加裝二極體。為此,要求並列的兩台變壓器,它們的阻抗電壓一致,輸出電壓一致,繞組接線當然也要一致。另外,這兩台變壓器的一次側供電迴路必須來自同一個中壓配電網,以消除頻率偏差和相位差偏差。我們把兩台變壓器的並列操作叫做同期操作。

我們常常需要將自備發電機和變壓器並列操作,用於停電後的電壓恢復過程。在此過程中,同期檢測十分重要,它還必須檢測市電和發電機電壓之間的頻率偏差、相位偏差和電壓偏差。若同期不合格,則發電機與變壓器之間不允許並列。

事實上,在我編寫的變電站和配電所測控PLC程序中,有相當部分就是用於電源(電力變壓器、自備發電機機組)間的並列操作,而PLC自身必須採用雙冗餘的24V電源供電,當然也需要配套阻環流二極體。

回到題主的主題上來。

不知道大家想到沒有,兩隻並列的電源,即便是相同廠家相同規格,它們的電源電動勢也不可能完全一致。因此,題主的疑問一定會在很小的範圍內出現。如何解決?

我們看圖4:

圖4:冗餘電源分析

圖4其實就是圖2,其中E1=5V,而E2=10V。由於二極體導通後的壓降是0.7V,當二極體D2導通後,A點的電壓是: [公式] 。我們看到,二極體D1的負極是正9.3V,正極是5V,所以二極體D1截止。

由此可見,當兩個電源並聯後,只要在電源正極串聯二極體,則電動勢較高的電源能夠輸出電能,電動勢較低的電源被關閉。

由此可見,阻環流二極體的作用不但消除了環流,同時也抑制了電源電壓偏差帶來的不良後果。但請注意,除非兩隻電源的電動勢和內阻完全一致,否則冗餘電源組合在任何時刻,都只有一隻電源在工作。

這可不就是電源冗餘的本來目的嗎?

所以,期望通過電源冗餘並列提高負載能力,這種想法在工程中實現起來有點困難,因為它正好是矛盾的兩個方面。解決方法是什麼?我留給題主吧,等著題主回答。

由此可見,這個問題的工程應用還是很普遍的,也很有意義。


不可以,例如3V的和5V的並聯,負極作為0電位,兩個並聯的正極會有2V的電勢差,他們之間是用導體相連,電阻很小,會產生很大的電流,發熱甚至會燒壞導線。



張老師說得很具體了,一般來說,將不同電壓等級的電源並聯是十分危險的。

針對題主所說的這個問題,我來補充一些其他的要點吧。

1.理想電源的並聯

理想電源,或者稱之為獨立電源,滿足如下的條件。

理想電壓源,輸出電壓不受流經其的電流大小影響,伏安特性曲線表現為一條平行於 [公式] 軸的直線(輸出電壓恆定,輸出電流可為任意值)。

從伏安特性曲線可以看出,輸出電壓不同的理想電壓源的伏安特性曲線相互平行,兩者相交於無窮遠點,即輸出電壓不同的理想電壓源若要滿足強行使得其輸出電壓相同則會令其輸出電流無窮大,輸出電壓相同即對應實際電路中的並聯,故輸出電壓不同的理想電壓源不能直接並聯,但可以串聯

由於在伏安特性曲線中,短路可以等效為電壓為0的理想電壓源,故理想電壓源不能和電壓為0的理想電壓源並聯,即理想電壓源不能被短路

理想電流源,輸出電流不受其的端電壓大小影響,伏安特性曲線表現為一條平行於 [公式] 軸的直線(輸出電流恆定,輸出電壓可為任意值)。

從伏安特性曲線可以看出,輸出電流不同的理想電流源的伏安特性曲線相互平行,兩者相交於無窮遠點,即輸出電流不同的理想電流源若要滿足強行使得其輸出電流相同則會令其輸出電壓無窮大,輸出電流相同即對應實際電路中的串聯,故輸出電流不同的理想電流源不能直接串聯,但可以並聯

同樣的,在伏安特性曲線中,開路唯一等效為電流為0的理想電流源,理想電流源不能和電流為0的理想電流源串聯,故在包含理想電流源的拓撲中,理想電流源不能被開路,否則該電路也不成立。

綜合上述分析,可以得到以下結論:

輸出電壓不同的理想電壓源不能並聯,輸出電壓相同的理想電壓源可以並聯

輸出電流不同的理想電流源可以並聯,但所有並聯支路不得開路(等效為輸出電流為0的理想電流源)

理想電壓源和理想電流源可以並聯,但其並聯支路中不得包括短路或開路的支路。

以上是對理想電源的分析,略微推廣也可以適用於實際電路。

2.實際線性電源並聯

在《電路理論》課程中,會提出線性電源的兩個等效模型:戴維南等效(電壓源型拓撲)和諾頓等效(電流源型拓撲)。

首先解釋所謂的線性(Linearity),線性包括兩個基本的性質,即齊次性和可加性。

對於滿足 [公式] 這一伏安特性的元器件,對應的電壓電流取值分別為 [公式] ...... [公式][公式] ...... [公式]

齊次性,即對於任意 [公式] ,若 [公式] ,有 [公式]

可加性,即對於任意 [公式] ,若 [公式] ,有 [公式]

若一個電路中除開理想獨立電源以外的所有元器件,其伏安特性都滿足齊次性和可加性,那麼這個電路就被稱為線性電路,能夠進行戴維南等效或是諾頓等效。

戴維南等效 諾頓等效

此時由於電阻rs和電導Gs的影響,理想電壓源和理想電流源都不存在無窮大的工作點,此時要考慮實際電路的影響,對上面得到的結論進行修正。

輸出電壓不同的線性電壓源可以並聯,但由於其電壓差值會由等效電阻rs承受,可能會使得電源輸出電流過大,燒毀實際器件

輸出電流不同的線性電流源可以並聯,但其等效電導Gs過小的情況下可能會使得端電壓過高,擊穿設備,造成事故;

理想電壓源和理想電流源可以並聯,仍要注意上述兩點中提到的情況。

雖然講得比較簡單,但關於電源兩端直接並聯基本上就是上面所講到的情況,當然也存在一些描述上有遺漏或不恰當的地方。

當然實際中除非操作失誤基本也不會把不同電壓等級的電源並聯起來,畢竟這是很危險的。

真要說的話,反而是電路高壓側和低壓側在共模/差模迴路上的傳導干擾更為常見,這裡就不加贅述了。


可以並聯的,不過需要串連電阻,保護電壓源,滿足基爾霍夫的電路定理,還有節點電壓法可以求出兩公共點的電壓值,具體參考大學的 電工學 吧,是大學的內容


電池類的不能直接並聯。串聯二極體後可以並聯,用處不是很大,相當於熱備。

整流類的電源一般是單嚮導電,直接並聯的可能性較大。


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