Elektrik şebekesi - Electrical network
hakkında makaleler |
elektromanyetizma |
---|
Bir elektrik ağı , elektrik bileşenlerinin (örneğin, piller , dirençler , indüktörler , kapasitörler , anahtarlar , transistörler ) veya elektrik elemanlarından (örneğin voltaj kaynakları , akım kaynakları , dirençler , endüktanslar , kapasitanslar) oluşan böyle bir ara bağlantı modelinin bir ara bağlantısıdır. ). Bir elektrik devresi , akım için bir dönüş yolu veren kapalı bir döngüden oluşan bir ağdır. Lineer elektrik şebekeleri, sadece kaynaklardan (voltaj veya akım), lineer toplu elemanlardan (dirençler, kapasitörler, indüktörler) ve lineer dağıtılmış elemanlardan (iletim hatları) oluşan özel bir tip, sinyallerin lineer olarak üst üste getirilebilir olma özelliğine sahiptir . Bu nedenle DC yanıtı , AC yanıtı ve geçici yanıtı belirlemek için Laplace dönüşümleri gibi güçlü frekans alanı yöntemleri kullanılarak daha kolay analiz edilirler .
Bir dirençli devresi , sadece direnç ve mükemmel akım ve gerilim kaynakları içeren bir devredir. Analiz dirençli devrelerin az kondansatör ve bobin içeren devrelerin analizinden daha karmaşıktır. Kaynaklar sabit ( DC ) kaynaklar ise, sonuç bir DC devresidir . Rastgele direnç ağlarının etkin direnç ve akım dağıtım özellikleri, grafik ölçüleri ve geometrik özellikleri açısından modellenebilir.
Aktif elektronik bileşenler içeren bir ağ, elektronik devre olarak bilinir . Bu tür ağlar genellikle doğrusal değildir ve daha karmaşık tasarım ve analiz araçları gerektirir.
sınıflandırma
pasiflik ile
Aktif bir ağ , ağa süresiz olarak enerji sağlayabilen en az bir gerilim kaynağı veya akım kaynağı içerir. Bir pasif ağ bir aktif kaynak içermez.
Aktif bir ağ, bir veya daha fazla elektromotor kuvvet kaynağı içerir . Bu tür kaynakların pratik örnekleri arasında bir pil veya bir jeneratör bulunur . Aktif elemanlar devreye güç enjekte edebilir, güç kazancı sağlayabilir ve devre içindeki akım akışını kontrol edebilir.
Pasif ağlar herhangi bir elektromotor kuvvet kaynağı içermez. Dirençler ve kapasitörler gibi pasif elemanlardan oluşurlar.
Doğrusallıkla
Bir ağ, sinyalleri süperpozisyon ilkesine uyuyorsa doğrusaldır ; aksi halde doğrusal değildir. Pasif ağlar genellikle doğrusal olarak alınır, ancak istisnalar da vardır. Örneğin, demir çekirdekli bir indüktör , yeterince büyük bir akımla çalıştırılırsa doyma noktasına kadar sürülebilir. Bu bölgede, indüktörün davranışı çok doğrusal değildir.
topaklanma ile
Ayrık pasif bileşenler (dirençler, kapasitörler ve indüktörler) , sırasıyla direnç, kapasitans ve endüktanslarının hepsinin tek bir yerde ("toplanmış") bulunduğu varsayıldığından toplu elemanlar olarak adlandırılır . Bu tasarım felsefesine toplu eleman modeli denir ve bu şekilde tasarlanan ağlara toplu eleman devreleri denir . Bu, devre tasarımına geleneksel yaklaşımdır. Yeterince yüksek frekanslarda veya yeterince uzun devreler için ( güç iletim hatları gibi ), bileşen boyutları boyunca bir dalga boyunun önemli bir kısmı olduğundan, toplu varsayım artık geçerli değildir . Dağıtılmış eleman modeli adı verilen bu tür durumlar için yeni bir tasarım modeline ihtiyaç vardır . Bu modele göre tasarlanan ağlara dağıtılmış eleman devreleri denir .
Bazı yığılı bileşenleri içeren dağıtılmış eleman devresine yarı yığılmış tasarım denir . Yarı toplu devre örneği, birleşik filtredir .
Kaynakların sınıflandırılması
Kaynaklar bağımsız kaynaklar ve bağımlı kaynaklar olarak sınıflandırılabilir.
Bağımsız
İdeal bir bağımsız kaynak, devrede bulunan diğer elemanlardan bağımsız olarak aynı voltajı veya akımı korur. Değeri ya sabit (DC) ya da sinüzoidaldir (AC). Gerilim veya akımın gücü, bağlı ağdaki herhangi bir değişiklikle değişmez.
bağımlı
Bağımlı kaynaklar , kaynağın türüne bağlı olarak güç veya voltaj veya akımı iletmek için devrenin belirli bir elemanına bağlıdır.
Elektrik yasalarını uygulamak
Tüm lineer dirençli ağlar için bir dizi elektrik yasası geçerlidir. Bunlar şunları içerir:
- Kirchhoff'un akım yasası : Bir düğüme giren tüm akımların toplamı, düğümden çıkan tüm akımların toplamına eşittir.
- Kirchhoff'un voltaj yasası : Bir döngü etrafındaki elektriksel potansiyel farklarının yönlendirilmiş toplamı sıfır olmalıdır.
- Ohm yasası : Bir direnç üzerindeki voltaj, direnç ve üzerinden geçen akımın çarpımına eşittir.
- Norton teoremi : Herhangi bir voltaj veya akım kaynağı ve direnç ağı, tek bir dirençle paralel olarak ideal bir akım kaynağına elektriksel olarak eşdeğerdir.
- Thévenin teoremi : Herhangi bir voltaj veya akım kaynağı ve direnç ağı, tek bir dirençle seri halinde tek bir voltaj kaynağına elektriksel olarak eşdeğerdir.
- Süperpozisyon teoremi : Birkaç bağımsız kaynaktan oluşan doğrusal bir ağda, tüm kaynaklar aynı anda hareket ederken belirli bir daldaki yanıt, her seferinde bir bağımsız kaynak alınarak hesaplanan bireysel yanıtların doğrusal toplamına eşittir.
Bu yasaların uygulanması, cebirsel veya sayısal olarak çözülebilen bir dizi eşzamanlı denklemle sonuçlanır. Kanunlar genellikle reaktans içeren ağları kapsayacak şekilde genişletilebilir . Doğrusal olmayan veya zamanla değişen bileşenler içeren ağlarda kullanılamazlar.
Tasarım yöntemleri
Doğrusal ağ analizi | |
---|---|
Elementler | |
Bileşenler | |
Seri ve paralel devreler | |
empedans dönüşümleri | |
jeneratör teoremleri | ağ teoremleri |
Ağ analiz yöntemleri | |
İki bağlantı noktalı parametreler | |
Analog veya dijital herhangi bir elektrik devresi tasarlamak için , elektrik mühendislerinin devre içindeki her yerde voltaj ve akımları tahmin edebilmesi gerekir. Basit lineer devreler , karmaşık sayılar teorisi kullanılarak elle analiz edilebilir . Daha karmaşık durumlarda devre, özel bilgisayar programları veya parçalı doğrusal model gibi tahmin teknikleri ile analiz edilebilir .
HSPICE (bir analog devre simülatörü) gibi devre simülasyon yazılımı ve VHDL-AMS ve verilog-AMS gibi diller, mühendislerin devre prototipleri oluşturmada zaman, maliyet ve hata riski olmadan devre tasarlamasına olanak tanır.
Ağ simülasyon yazılımı
Daha karmaşık devreler SPICE veya GNUCAP gibi yazılımlarla sayısal olarak veya SapWin gibi yazılımlar kullanılarak sembolik olarak analiz edilebilir .
Çalışma noktası etrafında doğrusallaştırma
Yeni bir devre ile karşılaşıldığında, yazılım ilk çalışır bir bulmak için kararlı durum çözümü olduğunu, bütün düğümler Kirchhoff akım kanununa uygun bir ve genelinde ve devrenin her bir unsur ile gerilimleri olduğunu yöneten gerilim / akım denklemleri uygun öğe.
Kararlı durum çözümü bulunduğunda, devredeki her bir elemanın çalışma noktaları bilinir. Küçük bir sinyal analizi için, gerilim ve akımların küçük sinyal tahminini elde etmek için doğrusal olmayan her eleman çalışma noktası etrafında doğrusallaştırılabilir. Bu, Ohm Yasasının bir uygulamasıdır. Elde edilen lineer devre matrisi Gauss eliminasyonu ile çözülebilir .
Parçalı-doğrusal yaklaşım
Simulink'e PLECS arayüzü gibi yazılımlar , bir devrenin elemanlarını yöneten denklemlerin parçalı-doğrusal yaklaşımını kullanır . Devre, ideal diyotların tamamen lineer bir ağı olarak ele alınır . Bir diyot açıktan kapalıya veya tam tersine her geçişinde, doğrusal ağın konfigürasyonu değişir. Denklemlerin yaklaşımına daha fazla ayrıntı eklemek, simülasyonun doğruluğunu artırır, ancak aynı zamanda çalışma süresini de artırır.
Ayrıca bakınız
temsil
Tasarım ve analiz metodolojileri
- Ağ analizi (elektrik devreleri)
- Elektronikte matematiksel yöntemler
- süperpozisyon teoremi
- Topoloji (elektronik)
- Ağ analizi
- Prototip filtresi
Ölçüm
analojiler
- hidrolik benzetme
- Mekanik-elektrik analojileri
- Empedans analojisi (Maxwell analojisi)
- Hareketlilik analojisi (Firestone analojisi)
- Baştan sona analoji (Trent analojisi)
Spesifik topolojiler
- Köprü devresi
- LC devresi
- RC devresi
- RL devresi
- RLC devresi
- potansiyel bölücü
- Seri ve paralel devreler