Klik eller tryk på Eksempel kretserne nedenfor for at påkalde TINACloud og vælg den interaktive DC-tilstand for at analysere dem online. Få en billig adgang til TINACloud for at redigere eksemplerne eller oprette dine egne kredsløb
Nogle gange i engineering bliver vi bedt om at designe et kredsløb, der overfører den maksimale effekt til en belastning fra en given kilde. I henhold til den maksimale kraftoverføringssætning vil en belastning modtage maksimal effekt fra en kilde, når dens modstand (RL) er lig med den interne modstand (RI) af kilden. Hvis kildekredsløbet allerede er i form af et Thevenin- eller Norton-ækvivalent kredsløb (en spænding eller strømkilde med en intern modstand), er løsningen enkel. Hvis kredsløbet ikke er i form af et Thevenin- eller Norton-ækvivalent kredsløb, skal vi først bruge det Thevenin s or Nortons sætning for at opnå det tilsvarende kredsløb.
Sådan sørger du for maksimal strømoverførsel.
1. Find den indre modstand, RI. Dette er modstanden man finder ved at se tilbage på kildens to belastningsterminaler uden belastning forbundne. Som vi har vist i Thevenins sætning , Nortons sætning kapitler, er den nemmeste metode at erstatte spændingskilder med kortslutning og strømkilder ved åbne kredsløb, og find derefter den samlede modstand mellem de to belastningsterminaler.
2. Find den åbne kredsløbsspænding (UT) eller kortslutningsstrømmen (IN) af kilden mellem de to lastterminaler, uden belastning forbundet.
Når vi har fundet RI, Vi kender den optimale belastningsmodstand
(Rlopt = RI). Endelig kan den maksimale effekt findes
Ud over den maksimale effekt, vil vi måske gerne vide en anden vigtig mængde: effektivitet. Effektivitet defineres af forholdet mellem den effekt, der er modtaget af belastningen, og den samlede strøm, der leveres af kilden. For Thevenin-ækvivalent:
og for Norton-ækvivalenten:
Ved hjælp af TINAs tolk er det let at tegne P, P / Pmaxog h som en funktion af RL. Den næste graf viser P / Pmax, tændt RL divideret med den maksimale effekt, Pmax, som en funktion af RL (for et kredsløb med intern modstand RI= 50).
Lad os nu se effektiviteten h som en funktion af RL.
Kredsløbet og TINA-fortolkerprogrammet til tegning af diagrammerne ovenfor er vist nedenfor. Bemærk, at vi også brugte redigeringsværktøjerne i TINAs diagramvindue til at tilføje noget tekst og den stiplede linje.
Lad os nu undersøge effektiviteten (h) i tilfælde af maksimal strømoverførsel, hvor RL = RTh.
Effektiviteten er:
hvilket kun er 50%, når det er angivet i procent. Dette er acceptabelt for nogle applikationer inden for elektronik og telekommunikation, såsom forstærkere, radiomodtagere eller sendere. 50% effektivitet er imidlertid ikke acceptabel for batterier, strømforsyninger og bestemt ikke for kraftværker.
En anden uønsket konsekvens af at arrangere en last for at opnå maksimal effektoverførsel er 50% spændingsfald på den interne modstand. Et fald på 50% i kildespænding kan være et reelt problem. Det, der faktisk er nødvendigt, er en næsten konstant belastningsspænding. Dette kræver systemer, hvor kildens indre modstand er meget lavere end belastningsmodstanden. Forestil dig et 10 GW kraftværk, der fungerer ved eller tæt på maksimal kraftoverførsel. Dette ville betyde, at halvdelen af energien, der genereres af anlægget, vil blive spredt i transmissionslinierne og i generatorerne (som sandsynligvis ville brænde ud). Det ville også resultere i belastningsspændinger, der vil tilfældigt svinge mellem 100% og 200% af den nominelle værdi, når forbrugernes strømforbrug varierede.
For at illustrere anvendelsen af den maksimale effektoverførselssætning, lad os finde den optimale værdi af modstanden RL at modtage maksimal effekt i kredsløbet nedenfor.
Vi får maksimal effekt, hvis RL= R1, så RL = 1 kohm. Den maksimale effekt:
Rl:=R1;
Pmax:=sqr(Vs)/4/Rl;
Rl=[1k]
Pmax = [6.25m]
R1=RXNUMX
Pmax=Vs**2/4/Rl
print(“Rl= %.3f”%Rl)
print(“Pmax= %.5f”%Pmax)
Et lignende problem, men med en aktuel kilde:
Find maksimal effekt af modstanden RL .
Vi får maksimal effekt, hvis RL = R1 = 8 ohm. Den maksimale effekt:
Rl:=R1;
Rl=[8]
Pmax:=sqr(IS)/4*R1;
Pmax=[8]
R1=RXNUMX
print(“Rl= %.3f”%Rl)
Pmax=IS**2/4*R1
print(“Pmax= %.3f”%Pmax)
Følgende problem er mere komplekst, så først skal vi reducere det til et enklere kredsløb.
Find RI for at opnå maksimal strømoverførsel og beregne denne maksimale effekt.
Find først Norton-ækvivalenten ved hjælp af TINA.
Endelig maksimal effekt:
O1:=Replus(R4,(R1+Replus(R2,R3)))/(R+Replus(R4,(R1+Replus(R2,R3))));
IN:=Vs*O1*Replus(R2,R3)/(R1+Replus(R2,R3))/R3;
RN: = R3 + Replus (R2, (R1 + Replus (R, R4)));
Pmax: = sqr (IN) / 4 * RN;
IN = [250u]
RN = [80k]
Pmax = [1.25m]
Replus= lambda R1, R2 : R1*R2/(R1+R2)
O1=Replus(R4,R1+Replus(R2,R3))/(R+Replus(R4,R1+Replus(R2,R3)))
IN=VS*O1*Replus(R2,R3)/(R1+Replus(R2,R3))/R3
RN=R3+Replus(R2,R1+Replus(R,R4))
Pmax=IN**2/4*RN
print(“IN= %.5f”%IN)
print(“RN= %.5f”%RN)
print(“Pmax= %.5f”%Pmax)
Vi kan også løse dette problem ved hjælp af en af TINAs mest interessante funktioner, den Optimering analyse tilstand.
For at konfigurere til en optimering skal du bruge analysemenuen eller ikonerne øverst til højre på skærmen og vælge Optimeringsmål. Klik på Power meter for at åbne dens dialogboks og vælg Maximum. Vælg derefter Kontrolobjekt, klik på RI, og indstil grænserne, inden for hvilken den optimale værdi skal søges.
For at udføre optimeringen i TINA v6 og nyere skal du blot bruge kommandoen Analyse / optimering / DC-optimering fra menuen Analyse.
I ældre versioner af TINA kan du indstille denne tilstand fra menuen, Analyse / tilstand / Optimering, og udfør derefter en DC-analyse.
Når du har kørt Optimering for problemet ovenfor, vises følgende skærmbillede:
Efter optimering opdateres værdien af RI automatisk til den fundne værdi. Hvis vi næste kører en interaktiv DC-analyse ved at trykke på DC-knappen, vises den maksimale effekt som vist i følgende figur.
English
English
German
French
Spanish
Portuguese
Russian
Chinese (Simplified)
Chinese (Traditional)
Japanese
Korean
Hungarian