Kliknij lub dotknij poniższych obwodów, aby wywołać TINACloud i wybierz tryb Interaktywny DC, aby przeanalizować je online. Uzyskaj niski koszt dostępu do TINACloud, aby edytować przykłady lub tworzyć własne obwody
Czasami w inżynierii jesteśmy proszeni o zaprojektowanie obwodu, który przenosi maksymalną moc na obciążenie z danego źródła. Zgodnie z twierdzeniem o maksymalnym przenoszeniu mocy obciążenie otrzyma maksymalną moc ze źródła, gdy jego rezystancja (RL) jest równy oporowi wewnętrznemu (RI) źródła. Jeśli obwód źródłowy ma już postać obwodu równoważnego Thevenin lub Norton (źródło napięcia lub prądu o wewnętrznej rezystancji), wówczas rozwiązanie jest proste. Jeśli obwód nie ma postaci obwodu Thevenin lub Norton, musimy najpierw użyć Thevenin's or Twierdzenie Nortona aby uzyskać równoważny obwód.
Oto jak zorganizować maksymalny transfer mocy.
1. Znajdź opór wewnętrzny, RI. Jest to opór, który można znaleźć, patrząc wstecz na dwa zaciski obciążenia źródła bez podłączonego obciążenia. Jak pokazaliśmy w Twierdzenie Thevenina i Twierdzenie Nortona rozdziały, najprostszą metodą jest zastąpienie źródeł napięcia przez zwarcia i źródła prądu przez otwarte obwody, a następnie znalezienie całkowitej rezystancji między dwoma zaciskami obciążenia.
2. Znajdź napięcie w obwodzie otwartym (UT) lub prąd zwarcia (IN) źródła między dwoma terminalami obciążenia, bez podłączonego obciążenia.
Po znalezieniu RI, znamy optymalną odporność na obciążenia
(RLopt = RI). Wreszcie można znaleźć maksymalną moc
Oprócz maksymalnej mocy, możemy chcieć poznać inną ważną ilość: efektywność. Wydajność jest określona przez stosunek mocy otrzymanej przez obciążenie do całkowitej mocy dostarczonej przez źródło. Dla ekwiwalentu Thevenin:
i dla odpowiednika Nortona:
Korzystając z Interpretera TINA, łatwo jest rysować P, P / Pmax, h jako funkcja RL. Następny wykres pokazuje P / Pmax, włącz zasilanie RL podzielone przez maksymalną moc, Pmax, jako funkcja RL (dla obwodu z rezystancją wewnętrzną RI= 50).
Teraz zobaczmy wydajność h jako funkcja RL.
Obwód i program interpretera TINA do rysowania powyższych schematów pokazano poniżej. Zauważ, że użyliśmy również narzędzi edycyjnych w oknie diagramu TINA, aby dodać tekst i linię przerywaną.
Teraz zbadajmy wydajność (h) w przypadku maksymalnego transferu mocy, gdzie RL = RTh.
Wydajność to:
który podany jako procent wynosi tylko 50%. Jest to dopuszczalne w przypadku niektórych zastosowań w elektronice i telekomunikacji, takich jak wzmacniacze, odbiorniki radiowe lub nadajniki. Jednak 50% wydajności jest nie do przyjęcia w przypadku akumulatorów, zasilaczy, a na pewno nie elektrowni.
Inną niepożądaną konsekwencją ustawienia obciążenia w celu osiągnięcia maksymalnego przeniesienia mocy jest 50% spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej. Prawdziwy problem może stanowić spadek napięcia źródła o 50%. W rzeczywistości potrzebne jest prawie stałe napięcie obciążenia. Wymaga to systemów, w których wewnętrzna rezystancja źródła jest znacznie niższa niż rezystancja obciążenia. Wyobraź sobie elektrownię o mocy 10 GW działającą przy lub w pobliżu maksymalnego transferu mocy. Oznaczałoby to, że połowa energii wytwarzanej przez elektrownię zostałaby rozproszona w liniach przesyłowych i generatorach (co prawdopodobnie wypaliłoby się). Spowodowałoby to również napięcia obciążenia, które losowo wahałyby się między 100% a 200% wartości nominalnej, gdy zużycie energii przez konsumenta zmieniało się.
Aby zilustrować zastosowanie twierdzenia o maksymalnym przenoszeniu mocy, znajdźmy optymalną wartość rezystora R.L aby otrzymać maksymalną moc w obwodzie poniżej.
Otrzymujemy maksymalną moc, jeśli RL= R1, więc RL = 1 kohm. Maksymalna moc:
R1:=RXNUMX;
Pmax:=sqr(Vs)/4/Rl;
Rl=[1k]
Pmax = [6.25m]
Rl=R1
Pmax=Vs**2/4/Rl
print(“Rl= %.3f”%Rl)
print(“Pmax= %.5f”%Pmax)
Podobny problem, ale z bieżącym źródłem:
Znajdź maksymalną moc rezystora RL .
Otrzymujemy maksymalną moc, jeśli RL = R1 = 8 ohm. Maksymalna moc:
R1:=RXNUMX;
Rl=[8]
Pmax:=kwadrat(IS)/4*R1;
Pmaks.=[8]
Rl=R1
print(“Rl= %.3f”%Rl)
Pmax=IS**2/4*R1
print(“Pmax= %.3f”%Pmax)
Następujący problem jest bardziej złożony, więc najpierw musimy zredukować go do prostszego obwodu.
Znajdź RI aby osiągnąć maksymalny transfer mocy i obliczyć tę maksymalną moc.
Najpierw znajdź odpowiednik Nortona za pomocą TINA.
Wreszcie maksymalna moc:
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+Dodaj(R2,R1+Dodaj(R,R4))
Pmax=IN**2/4*RN
print(“IN= %.5f”%IN)
print(“RN= %.5f”%RN)
print(“Pmax= %.5f”%Pmax)
Możemy również rozwiązać ten problem za pomocą jednej z najciekawszych funkcji TINY Optymalizacja tryb analizy.
Aby skonfigurować optymalizację, użyj menu Analiza lub ikon w prawym górnym rogu ekranu i wybierz Cel optymalizacji. Kliknij miernik mocy, aby otworzyć jego okno dialogowe i wybierz Maksymalny. Następnie wybierz Obiekt kontrolny, kliknij R.I, i ustaw granice, w których należy szukać wartości optymalnej.
Aby przeprowadzić optymalizację w TINA v6 i nowszych, wystarczy użyć polecenia Analiza / Optymalizacja / Optymalizacja DC z menu Analiza.
W starszych wersjach TINA można ustawić ten tryb z menu, Analiza / tryb / optymalizacja, a następnie wykonaj analizę DC.
Po uruchomieniu Optymalizacji dla powyższego problemu pojawia się następujący ekran:
Po optymalizacji wartość RI jest automatycznie aktualizowana do znalezionej wartości. Jeśli następnie uruchomimy interaktywną analizę prądu stałego, naciskając przycisk prądu stałego, wyświetlana jest maksymalna moc, jak pokazano na poniższym rysunku.
English
English
German
French
Spanish
Portuguese
Russian
Chinese (Simplified)
Chinese (Traditional)
Japanese
Korean
Hungarian