Klikk eller trykk på Eksempel kretsene nedenfor for å påkalle TINACloud og velg Interaktiv DC-modus for å analysere dem på nettet. Få billig tilgang til TINACloud for å redigere eksemplene eller opprette dine egne kretser
Noen ganger i prosjektering blir vi bedt om å designe en krets som vil overføre maksimal effekt til en last fra en gitt kilde. I henhold til maksimal kraftoverføringsteorem, vil en last motta maksimal effekt fra en kilde når dens motstand (RL) er lik den interne motstanden (RI) av kilden. Hvis kildekretsen allerede er i form av en Thevenin- eller Norton-ekvivalent krets (en spenning eller strømkilde med en intern motstand), er løsningen enkel. Hvis kretsen ikke er i form av en Thevenin eller Norton ekvivalent krets, må vi først bruke den Thevenin s or Nortons teorem for å oppnå ekvivalent krets.
Slik sørger du for maksimal strømoverføring.
1. Finn den indre motstanden, RI. Dette er motstanden man finner ved å se tilbake i de to lastterminalene til kilden uten belastning. Som vi har vist i Thevenins teoremåte og Nortons teoremåte kapitler, er den enkleste metoden å erstatte spenningskilder med kortslutning og strømkilder ved åpne kretser, og deretter finne den totale motstanden mellom de to lastplintene.
2. Finn den åpne kretsspenningen (UT) eller kortslutningsstrømmen (IN) av kilden mellom de to lastklemmene, uten lastforbindelse.
Når vi har funnet RI, Vi kjenner den optimale lastmotstanden
(Rlopt = RI). Endelig kan den maksimale effekten bli funnet
I tillegg til den maksimale effekten, vil vi kanskje vite en annen viktig mengde: effektivitet. Effektivitet er definert av forholdet mellom strømmen mottatt av lasten og den totale strømmen som leveres av kilden. For Thevenin-ekvivalent:
og for Norton-ekvivalenten:
Ved å bruke TINAs tolk er det lett å tegne P, P / Pmaxog h som en funksjon av RL. Neste graf viser P / Pmax, strømmen på RL delt med maksimal effekt, Pmax, som en funksjon av RL (for en krets med intern motstand RI= 50).
La oss nå se effektiviteten h som en funksjon av RL.
Kretsen og TINA-tolkprogrammet for å tegne diagramene over er vist nedenfor. Merk at vi også brukte redigeringsverktøyene i TINAs diagramvindu for å legge til litt tekst og den stiplede linjen.
La oss nå utforske effektiviteten (h) i tilfelle maksimal kraftoverføring, hvor RL = RTh.
Effektiviteten er:
som når det er gitt som en prosentandel bare er 50%. Dette er akseptabelt for noen applikasjoner innen elektronikk og telekommunikasjon, for eksempel forsterkere, radiomottakere eller sendere. Effektivitet på 50% er imidlertid ikke akseptabelt for batterier, strømforsyninger og absolutt ikke for kraftverk.
En annen uønsket konsekvens av å arrangere en last for å oppnå maksimal kraftoverføring er 50% spenningsfall på den interne motstanden. Et fall på 50% i kildespenningen kan være et reelt problem. Det som faktisk trengs er en nesten konstant belastningsspenning. Dette krever systemer der den indre motstanden til kilden er mye lavere enn lastmotstanden. Se for deg et 10 GW kraftverk som opererer ved eller nær maksimal kraftoverføring. Dette vil bety at halvparten av energien som genereres av anlegget vil bli spredt i transmisjonslinjene og i generatorene (som antagelig vil brenne ut). Det ville også resultere i belastningsspenninger som vil tilfeldig svinge mellom 100% og 200% av den nominelle verdien når forbrukerens strømforbruk varierte.
For å illustrere bruken av den maksimale kraftoverføringssteoremet, la oss finne den optimale verdien av motstanden RL for å motta maksimal effekt i kretsen nedenfor.
Vi får maksimal effekt hvis RL= R1, så RL = 1 kohm. Maksimal effekt:
Rl:=Rl;
Pmax:=sqr(Vs)/4/Rl;
Rl=[1k]
Pmax = [6.25m]
Rl=Rl
Pmax=Vs**2/4/Rl
print(“Rl= %.3f”%Rl)
print(“Pmax= %.5f”%Pmax)
Et lignende problem, men med en nåværende kilde:
Finn maksimal effekt av motstanden RL .
Vi får maksimal effekt hvis RL = R1 = 8 ohm. Maksimal effekt:
Rl:=Rl;
Rl=[8]
Pmax:=sqr(IS)/4*R1;
Pmax=[8]
Rl=Rl
print(“Rl= %.3f”%Rl)
Pmax=IS**2/4*R1
print(“Pmax= %.3f”%Pmax)
Følgende problem er mer komplekst, så først må vi redusere det til en enklere krets.
Finn RI for å oppnå maksimal strømoverføring, og beregne denne maksimale effekten.
Finn først Norton-ekvivalenten ved å bruke 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 (I) / 4 * RN;
I = [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 problemet ved hjelp av en av TINAs mest interessante funksjoner, den Optimalisering analyse modus.
For å konfigurere for en optimalisering bruker du Analysemenyen eller ikonene øverst til høyre på skjermen og velger Optimaliseringsmål. Klikk på strømmåleren for å åpne dialogboksen og velg Maksimum. Velg deretter Control Object, klikk på RI, og angi grensene for den optimale verdien som skal søkes innenfor.
For å utføre optimaliseringen i TINA v6 og nyere bruker du bare kommandoen Analyse / optimalisering / DC optimalisering fra analysemenyen.
I eldre versjoner av TINA kan du stille denne modusen fra menyen, Analyse / Modus / optimalisering, og utfør deretter en DC-analyse.
Etter at du har kjørt optimalisering for problemet ovenfor, vises følgende skjermbilde:
Etter optimalisering blir verdien av RI automatisk oppdatert til verdien som er funnet. Hvis vi neste gang kjører en interaktiv DC-analyse ved å trykke på DC-knappen, vises maksimal effekt som vist i følgende figur.
English
English
German
French
Spanish
Portuguese
Russian
Chinese (Simplified)
Chinese (Traditional)
Japanese
Korean
Hungarian