MAXIMUM POWER TRANSFER THEOREM

Voit käynnistää TINACloudin valitsemalla tai napauttamalla alla olevia esimerkkipiirejä ja valitsemalla Interactive DC -tilan niiden analysoimiseksi verkossa.
Saat edullisen pääsyn TINACloudiin muokata esimerkkejä tai luoda omia piirejäsi

Joskus suunnittelussa meitä pyydetään suunnittelemaan piiri, joka siirtää maksimitehon kuormalle tietystä lähteestä. Suurimman tehonsiirto-lauseen mukaan kuorma saa enimmäistehoa lähteestä, kun sen vastus (R_L) on yhtä suuri kuin sisäinen vastus (R_I) lähteestä. Jos lähdepiiri on jo Theveninin tai Nortonin vastaavan piirin muodossa (jännite- tai virtalähde, jolla on sisäinen vastus), ratkaisu on yksinkertainen. Jos piiri ei ole Thevenin tai Norton vastaava piiri, meidän on ensin käytettävä sitä Thevenin n or Nortonin teoria vastaavan piirin saamiseksi.

Näin voit järjestää suurimman tehonsiirron.

1. Etsi sisäinen vastus, R_I. Tämä on vastus, jonka havaitaan tarkastelemalla lähteen kahta kuormitusnapaa ilman kuormaa. Kuten olemme osoittaneet Theveninin lause ja Nortonin lause Luvut, helpoin tapa on korvata jännitelähteet oikosulkujen ja virtalähteiden avulla avoimen piirin avulla, ja löytää sitten kahden kuormaterminaalin välinen kokonaisvastus.

2. Etsi avoimen piirin jännite (U_T) tai oikosulkuvirta (I)_N) lähteestä kahden kuormaterminaalin välillä, ilman kuormitusta.

Kun olemme löytäneet R_I, tiedämme optimaalisen kuormituksen kestävyyden
(R_lopt = R_I). Lopuksi saadaan maksimiteho

Suurimman tehon lisäksi haluaisimme tietää toisen tärkeän määrän: tehokkuus. Tehokkuus määritetään kuorman vastaanottaman tehon ja lähteen toimittaman kokonaistehon suhteella. Thevenin-vastineeksi:

ja Nortonin vastaava:

TINA: n tulkkia käyttäen on helppo piirtää P, P / P_maxja h funktiona R_L. Seuraava kaavio näyttää P / Pmax, virta on päällä R_L jaettuna suurimmalla teholla, P_max, kuten R_L (piirissä, jossa on sisäinen vastus R_I= 50).

Katsotaan nyt tehokkuutta h funktiona R_L.

Piirit ja TINA-tulkkiohjelma yllä olevien kaavioiden piirtämiseksi on esitetty alla. Huomaa, että olemme käyttäneet myös TINA: n Kaavio-ikkunan muokkaustyökaluja tekstin ja pisteviivan lisäämiseen.

Nyt tutkitaan tehokkuutta (h) suurimman tehonsiirron tapauksessa, missä R_L = R_Th.

Tehokkuus on:

joka prosentteina ilmaistuna on vain 50%. Tämä on hyväksyttävää joihinkin elektroniikan ja tietoliikenteen sovelluksiin, kuten vahvistimiin, radiovastaanottimiin tai lähettimiin. 50%: n hyötysuhde ei kuitenkaan ole hyväksyttävä paristoille, virtalähteille eikä varmasti voimalaitoksille.

Toinen ei-toivottu seuraus kuorman järjestämiselle maksimaalisen tehonsiirron saavuttamiseksi on 50%: n jännitehäviö sisäiseen vastukseen. Lähdejännitteen 50%: n lasku voi olla todellinen ongelma. Itse asiassa tarvitaan melkein vakiokuormajännite. Tämä vaatii järjestelmiä, joissa lähteen sisäinen vastus on paljon pienempi kuin kuormitusvastus. Kuvittele 10 GW: n voimalaitos, joka toimii suurimmalla tehonsiirrolla tai lähellä sitä. Tämä tarkoittaisi, että puolet laitoksen tuottamasta energiasta häviäisi siirtojohtoissa ja generaattoreissa (mikä todennäköisesti palaa). Se johtaisi myös kuormajännitteisiin, jotka vaihtelevat satunnaisesti välillä 100% - 200% nimellisarvosta, kun kuluttajan virrankäyttö vaihteli.

Havainnollistaaksemme maksimaalisen tehonsiirtoteoreen soveltamista, etsitään vastuksen R optimaalinen arvo_L saada maksimaalinen teho alla olevassa piirissä.

Saamme maksimitehon, jos R_L= R₁, niin R_L = 1 kohm. Suurin teho:

Samanlainen ongelma, mutta nykyinen lähde:

Etsi vastuksen R suurin teho_L .

Saamme maksimitehon, jos R_L = R₁ = 8 ohm. Suurin teho:

Seuraava ongelma on monimutkaisempi, joten ensin meidän on vähennettävä se yksinkertaisemmaksi piiriksi.

Etsi R_I suurimman tehonsiirron saavuttamiseksi ja laskea tämä suurin teho.

Lopuksi suurin teho:

Voimme myös ratkaista tämän ongelman käyttämällä yhtä TINA: n mielenkiintoisimmista ominaisuuksista Optimointi analyysitilassa.

Asenna optimointi käyttämällä Analyysi-valikkoa tai näytön oikeassa yläkulmassa olevia kuvakkeita ja valitsemalla Optimointikohde. Napsauta tehomittaria avataksesi sen valintaikkuna ja valitse Maksimi. Valitse seuraavaksi Control Object, napsauta R_I, ja aseta rajat, joiden sisällä optimaalista arvoa tulisi hakea.

Suorittaaksesi optimoinnin TINA v6: ssa ja uudemmissa, käytä vain Analysis / Optimization / DC Optimization -komentoa Analysis-valikossa.

TINA: n vanhemmissa versioissa voit asettaa tämän tilan valikosta, Analyysi / tila / optimointija suorita sitten DC-analyysi.

Kun olet suorittanut yllä olevan ongelman optimoinnin, näyttöön tulee seuraava näyttö:

Optimoinnin jälkeen RI-arvo päivitetään automaattisesti löytyneeseen arvoon. Jos suoritamme seuraavaksi interaktiivisen DC-analyysin painamalla DC-painiketta, enimmäisteho näytetään seuraavan kuvan osoittamalla tavalla.