ทฤษฎีการถ่ายโอนอำนาจสูงสุด

คลิกหรือกดเลือกตัวอย่างวงจรด้านล่างเพื่อเรียกใช้ TINACloud และเลือกโหมด Interactive DC เพื่อวิเคราะห์แบบออนไลน์
รับการเข้าถึง TINACloud ที่มีต้นทุนต่ำเพื่อแก้ไขตัวอย่างหรือสร้างวงจรของคุณเอง

บางครั้งในงานวิศวกรรมเราถูกขอให้ออกแบบวงจรที่จะถ่ายโอนกำลังสูงสุดไปยังโหลดจากแหล่งที่กำหนด ตามทฤษฎีการถ่ายโอนกำลังไฟสูงสุดโหลดจะได้รับพลังงานสูงสุดจากแหล่งที่มาเมื่อความต้านทาน (R_L) เท่ากับความต้านทานภายใน (R_I) ของแหล่งที่มา หากวงจรต้นทางนั้นอยู่ในรูปแบบของวงจรเทียบเท่า Thevenin หรือ Norton (แรงดันไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายกระแสที่มีความต้านทานภายใน) แสดงว่าโซลูชันนั้นง่าย หากวงจรไม่ได้อยู่ในรูปแบบของวงจรเทียบเท่า Thevenin หรือ Norton เราต้องใช้งานก่อน เทเวอแน็ของ or ทฤษฎีบทของนอร์ตัน เพื่อให้ได้วงจรที่เท่าเทียมกัน

ต่อไปนี้เป็นวิธีการจัดการพลังงานสูงสุดที่ถ่ายโอน

1 ค้นหาความต้านทานภายใน, R_I. นี่คือความต้านทานที่พบโดยมองย้อนกลับไปที่ขั้วโหลดสองแห่งของแหล่งกำเนิด ไม่มีการเชื่อมต่อโหลด. ตามที่เราได้แสดงใน ทฤษฎีบทของ Thevenin และ ทฤษฎีบทของนอร์ตัน บทวิธีที่ง่ายที่สุดคือการเปลี่ยนแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าโดยลัดวงจรและแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าด้วยวงจรเปิดจากนั้นหาค่าความต้านทานรวมระหว่างขั้วโหลดสองตัว

2 ค้นหาแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (U)_T) หรือกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (I)_N) ของแหล่งที่มาระหว่างสองขั้วโหลดโดยไม่มีการเชื่อมต่อโหลด

เมื่อเราได้พบอาร์_I, เรารู้ค่าความต้านทานโหลดสูงสุด
(R_lopt = R_I) ในที่สุดพลังงานสูงสุดสามารถพบได้

นอกเหนือจากกำลังสูงสุดเราอาจต้องการทราบปริมาณที่สำคัญอีกอย่าง: อย่างมีประสิทธิภาพ. ประสิทธิภาพถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของพลังงานที่ได้รับจากการโหลดต่อพลังงานทั้งหมดที่จ่ายโดยแหล่งจ่าย สำหรับ Thevenin ที่เทียบเท่า:

และสำหรับนอร์ตันที่เทียบเท่า:

การใช้ล่ามของ TINA นั้นง่ายต่อการวาด P, P / P_{แม็กซ์}และ h เป็นหน้าที่ของ R_L. กราฟต่อไปแสดงให้เห็นว่า P / Pmaxเปิดเครื่อง R_L หารด้วยกำลังสูงสุด P_{แม็กซ์}เป็นหน้าที่ของ R_L (สำหรับวงจรที่มีความต้านทานภายใน R_I= 50)

ทีนี้มาดูประสิทธิภาพกัน h เป็นหน้าที่ของ R_L.

วงจรและโปรแกรม TINA Interpreter เพื่อวาดไดอะแกรมข้างต้นแสดงไว้ด้านล่าง โปรดทราบว่าเรายังใช้เครื่องมือแก้ไขของหน้าต่างไดอะแกรมของ TINA เพื่อเพิ่มข้อความและเส้นประ

ตอนนี้เรามาสำรวจประสิทธิภาพ (h) สำหรับกรณีของการถ่ายโอนพลังงานสูงสุดที่ไหน R_L = R_Th

ประสิทธิภาพคือ:

ซึ่งเมื่อได้รับเป็นเปอร์เซ็นต์เพียง 50% นี่เป็นที่ยอมรับสำหรับแอปพลิเคชั่นบางอย่างในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการสื่อสารโทรคมนาคมเช่นแอมป์, เครื่องรับวิทยุหรือเครื่องส่งสัญญาณอย่างไรก็ตามประสิทธิภาพ 50% ไม่เป็นที่ยอมรับสำหรับแบตเตอรี่อุปกรณ์ไฟฟ้าและไม่แน่นอนสำหรับโรงไฟฟ้า

ผลที่ไม่พึงประสงค์อีกประการหนึ่งของการจัดเรียงโหลดเพื่อให้ได้การถ่ายโอนกำลังไฟสูงสุดคือแรงดันตกที่ 50% ของความต้านทานภายใน แรงดันแหล่งกำเนิดลดลง 50% อาจเป็นปัญหาจริง ในความเป็นจริงสิ่งที่จำเป็นคือแรงดันไฟฟ้าโหลดเกือบคงที่ สิ่งนี้เรียกร้องให้ระบบที่ความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายน้อยกว่าความต้านทานโหลดมาก ลองนึกภาพโรงไฟฟ้า 10 GW ทำงานที่หรือใกล้กับการถ่ายโอนพลังงานสูงสุด นี่หมายความว่าพลังงานครึ่งหนึ่งที่เกิดจากโรงงานจะกระจายไปในสายส่งและในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ซึ่งอาจจะไหม้) นอกจากนี้ยังส่งผลให้เกิดแรงดันโหลดซึ่งจะสุ่มผันผวนระหว่าง 100% ถึง 200% ของค่าเล็กน้อยเนื่องจากการใช้พลังงานของผู้บริโภคเปลี่ยนแปลง

เพื่อแสดงให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้ทฤษฎีการถ่ายโอนพลังงานสูงสุดลองหาค่าที่เหมาะสมของตัวต้านทาน R_L เพื่อรับพลังงานสูงสุดในวงจรด้านล่าง

เราได้รับพลังงานสูงสุดถ้า R_L= R₁ดังนั้นอาร์_L = 1 kohm พลังงานสูงสุด:

ปัญหาที่คล้ายกัน แต่มีแหล่งที่มาปัจจุบัน:

ค้นหาพลังงานสูงสุดของตัวต้านทาน R_L .

เราได้รับพลังงานสูงสุดถ้า R_L = R₁ = 8 โอห์ม พลังงานสูงสุด:

ปัญหาต่อไปนี้มีความซับซ้อนมากขึ้นดังนั้นก่อนอื่นเราต้องลดให้เป็นวงจรที่ง่ายขึ้น

ค้นหาร_I เพื่อให้เกิดการถ่ายโอนพลังงานสูงสุดและคำนวณพลังงานสูงสุดนี้

ในที่สุดพลังสูงสุด:

เราสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยใช้หนึ่งในคุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุดของ TINA การเพิ่มประสิทธิภาพ โหมดการวิเคราะห์

หากต้องการตั้งค่าสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพให้ใช้เมนูการวิเคราะห์หรือไอคอนที่ด้านบนขวาของหน้าจอและเลือกเป้าหมายการเพิ่มประสิทธิภาพ คลิกที่ Power meter เพื่อเปิดกล่องโต้ตอบและเลือกสูงสุด ถัดไปเลือกวัตถุควบคุมคลิกที่ R_I, และตั้งค่าขีด จำกัด ที่ควรค้นหาค่าที่เหมาะสม

หากต้องการดำเนินการปรับให้เหมาะสมใน TINA v6 ขึ้นไปเพียงใช้คำสั่งวิเคราะห์ / การเพิ่มประสิทธิภาพ / การเพิ่มประสิทธิภาพ DC จากเมนูการวิเคราะห์

ในรุ่นเก่าของ TINA คุณสามารถตั้งค่าโหมดนี้จากเมนู การวิเคราะห์ / Mode / การเพิ่มประสิทธิภาพแล้วดำเนินการวิเคราะห์ DC

หลังจากเรียกใช้การปรับให้เหมาะสมสำหรับปัญหาด้านบนหน้าจอต่อไปนี้จะปรากฏขึ้น:

หลังจากการปรับให้เหมาะสมแล้วค่าของ RI จะได้รับการอัปเดตเป็นค่าที่พบโดยอัตโนมัติ หากเราทำการวิเคราะห์ DC แบบโต้ตอบต่อไปโดยการกดปุ่ม DC พลังงานสูงสุดจะปรากฏขึ้นดังแสดงในรูปต่อไปนี้