حالت دائمی سینوسی

Download Report

Transcript حالت دائمی سینوسی

‫آنالیز حالت دائمی‬
‫سینوس ی‬
‫اعضای گروه‪:‬‬
‫علریضا ممتازاین‬
‫عیل شهریک لکهر‬
‫غالمرضا سعیدی‬
‫محمد علزیاده‬
‫محیدرضا ابیق‬
‫معنی قدردان‬
‫آنچه در این فصل با آن روبرو میشویم‬
‫فهرست مطالب‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪.6‬‬
‫‪.7‬‬
‫‪.8‬‬
‫مرور اعداد مختلط‬
‫آنالیز حالت دایمی سینوس ی‬
‫امپدانس و ادمیتانس‬
‫تجزیه و تحلیل حالت دایمی سینوس ی‬
‫تشدید‬
‫مکان امپدانس و مکان ادمیتانس‬
‫توان‬
‫قضیه انتقال توان ماکسیمم یا مچینگ‬
‫‪ -1‬مرور اعداد مختلط ‪:‬‬
‫• توصیف اعداد مختلط ‪:‬‬
‫فرض کنید ‪ z‬یک عدد مختلط و ‪ x‬و ‪ y‬به ترتیب جزء حقیقی و جزء انگاری‬
‫آن باشند‪ .‬در این صورت ‪:‬‬
‫‪z = x + jy‬‬
‫که در آن ‪ . j= −1‬همچنین می توان نوشت‪:‬‬
‫نمایش قطبی عدد مختلط ‪ z‬چنین است‪:‬‬
‫𝜃𝑗 𝑒 𝑧 = ‪z‬‬
‫‪, Im(z)= y‬‬
‫‪Re(z)= x‬‬
‫که در آن 𝑧 اندازه یا دامنه ی ‪ z‬نامیده می شود و برابر است با‪:‬‬
‫‪𝑥2 + 𝑦2‬‬
‫و 𝜃 زاویه یا فاز ‪ z‬نامیده میشود و برابر است با‪:‬‬
‫گاهی 𝜃 را به صورت ‪ ∡z‬نیز نمایش می دهند‪.‬‬
‫‪y‬‬
‫𝜃 ‪𝑧 sin‬‬
‫𝑧‬
‫‪x‬‬
‫𝜃‬
‫𝜃 ‪𝑧 cos‬‬
‫𝑦‬
‫𝑥‬
‫= 𝑧‬
‫‪tan−1‬‬
‫=𝜃‬
‫‪ .‬ضرب و تقسیم اعداد مختلط ‪:‬‬
‫اگر ‪ 𝑧1‬و ‪ 𝑧2‬دو عدد مختلط به صورت زیر باشند ‪:‬‬
‫‪𝑧1 = 𝑥1 + j𝑦1 = 𝑧1 𝑒 𝑗𝜃1‬‬
‫‪𝑧2 = 𝑥2 + j𝑦2 = 𝑧2 𝑒 𝑗𝜃2‬‬
‫آن گاه‪:‬‬
‫) ‪* 𝑧1 𝑧2 = 𝑧1 𝑧2 𝑒 𝑗(𝜃1+𝜃2‬‬
‫) ‪𝑒 𝑗(𝜃1 −𝜃2‬‬
‫‪𝑧1‬‬
‫‪𝑧2‬‬
‫=‬
‫‪𝑧1‬‬
‫‪𝑧2‬‬
‫*‬
‫‪ .‬مزدوج مختلط ‪:‬‬
‫هرگاه عدد مختلط ‪ z = x + jy‬را داشته باشیم‪ ،‬گوییم عدد مختلط ‪ x – jy‬که‬
‫با 𝑧 نشان داده می شود ‪ ،‬مزدوج مختلط ‪ z‬است‪ .‬در نمایش قطبی داریم‪:‬‬
‫𝜃𝑗‪𝑧 = 𝑧 𝑒 −‬‬
‫نکته‪:‬‬
‫‪z𝑧 = 𝑧 2 = 𝑥 2 + y 2‬‬
‫‪ -2‬آنالیز حالت دایمی سینوس ی ‪:‬‬
‫• در ابتدا قضیه ای را بیان می کنیم ‪:‬‬
‫قضیه ‪ :‬مجموع هر تعداد سیگنال سینوس ی هم فرکانس و مشتقات آن ها ‪ ،‬یک‬
‫سیگنال سینوس ی با همان فرکانس است ‪.‬‬
‫می دانیم که معادله ی دیفرانسیل یک مدار خطی با ورودی سینوس ی به صورت‬
‫زیر است‪:‬‬
‫𝑦 𝑛𝑑‬
‫𝑦 ‪𝑑 𝑛−1‬‬
‫)𝜑 ‪+ 𝑎𝑛−1 𝑛−1 + ⋯ + 𝑎0 𝑦 = 𝐴 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑖𝑛 𝑡 +‬‬
‫𝑛‬
‫𝑡𝑑‬
‫𝑡𝑑‬
‫در صورتیکه تمام فرکانس های طبیعی مدار متمایز باشند (یعنی معادله ی‬
‫مشخصه ریشه های مکرر نداشته باشد)‪ ،‬فرم کلی پاسخ آن برابر است با ‪:‬‬
‫) ‪𝑘𝑖 𝑒 𝑠𝑖 𝑡 + B cos (𝜔𝑖𝑛 t + θ‬‬
‫𝑛‬
‫‪𝑖=1‬‬
‫= )‪y(t‬‬
‫که 𝑖𝑠 ها فرکانس های طبیعی و 𝑖𝑘 ها ثابت های دلخواه می باشند‪.‬‬
‫بخش اول این پاسخ را پاسخ همگن یا ورودی صفر و بخش دوم آن را پاسخ‬
‫خصوص ی یا حالت صفر می گوییم ‪ .‬در درس آنالیز حالت دایمی سینوس ی ‪ ،‬ما با‬
‫بخش دوم این پاسخ کار داریم‪ .‬ای پاسخ فقط در اثر ورودی سینوس ی است و به‬
‫شرایط اولیه و ورودی ‪ DC‬بستگی ندارد ‪.‬‬
‫‪-3‬امپدانس و ادمیتانس ‪:‬‬
‫• امپدانس ‪ : Z‬برابر است با فازور ولتاژ دو سر عنصر تقسیم بر فازور جریان‬
‫آن‪ ،‬یعنی ‪:‬‬
‫𝑉‬
‫𝐼 =‪Z‬‬
‫• ادمیتانس ‪ : Y‬برابر است با فازورجریان عبوری از عنصر تقسیم بر فازور ولتاژ‬
‫آن‪ ،‬یعنی ‪:‬‬
‫𝐼‬
‫𝑉=‪Y‬‬
‫با تعاریف گفته شده‪ ،‬امپدانس ها و ادمیتانس های مقاومت‪ ،‬سلف و خازن‬
‫عبارتند از ‪:‬‬
‫فرکانس زاویه ای 𝝎‬
‫‪) Z‬امپدانس)‬
‫مقاومت ‪R‬‬
‫‪R‬‬
‫خازن با ظرفیت ‪C‬‬
‫سلف با اندوکتانس ‪L‬‬
‫‪) Y‬ادمیتانس)‬
‫‪1‬‬
‫𝑅‬
‫‪1‬‬
‫𝐶𝜔𝑗‬
‫𝐶𝜔‪j‬‬
‫‪1‬‬
‫𝐿𝜔𝑗‬
‫𝐿𝜔‪j‬‬
‫باید توجه داشت که در حل مسایل‪ ،‬منابع سینوس ی را هم با فازور آنها جایگزین‬
‫کرد ‪:‬‬
‫‬‫‬‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫∡𝜃‬
‫𝐴‬
‫)𝜃 ‪A 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 +‬‬
‫با این توصیفات تمام روابط مانند قبل است‪ ،‬با این تفاوت که دیگر با فازور‬
‫ولتاژ و فازور جریان سر و کار داریم‪ .‬به عنوان مثال‪:‬‬
‫‪𝑉 = 𝑍 𝐼 , ∡V = ∡Z + ∡I‬‬
‫‪, ∡I = ∡Z + ∡V‬‬
‫‪, ∡Y = -∡Z‬‬
‫𝑉 𝑌 = 𝐼‬
‫‪1‬‬
‫𝑍‬
‫= 𝑌‬
‫𝐼×‪V=Z‬‬
‫𝑉×‪I=Y‬‬
‫‪1‬‬
‫𝑍=‪Y‬‬
‫اکنون روابط ولتاژ و جریان را در تک تک عناصر مورد بررس ی قرار می دهیم ‪.‬‬
‫‪ -1‬مقاومت‪:‬‬
‫‪∡V = ∡I‬‬
‫‪,‬‬
‫𝐼 ‪𝑉 =R‬‬
‫‪V=R×I‬‬
‫‪Im‬‬
‫𝑅𝑉‬
‫‪t‬‬
‫𝑅𝑉‬
‫𝑅𝐼‬
‫𝑅𝐼‬
‫‪Re‬‬
‫ولتاژ و جریان مقاومت در حوزه ی زمان‬
‫دیاگرام فازوری ولتاژ و جریان مقاومت‬
‫‪ -2‬سلف ‪:‬‬
‫̊ ‪, ∡V = ∡I + 90‬‬
‫‪V = j𝜔L × I‬‬
‫𝐼 ‪𝑉 = 𝜔L‬‬
‫یعنی ولتاژ از جریان‪90 ،‬درجه جلوتر است‪.‬‬
‫𝐿𝐼‬
‫𝐿𝑉‬
‫‪t‬‬
‫𝐿𝑉‬
‫ولتاژ و جریان سلف در حوزه ی زمان‬
‫𝐿𝐼‬
‫دیاگرام فازوری ولتاژ و جریان سلف‬
‫‪ -2‬خازن ‪:‬‬
‫̊ ‪𝐼 , ∡V = ∡I - 90‬‬
‫‪1‬‬
‫𝐶𝜔‬
‫𝐼×‬
‫= 𝑉‬
‫یعنی ولتاژ از جریان‪90 ،‬درجه عقب تر است‪.‬‬
‫𝐿𝑉‬
‫‪1‬‬
‫‪= -j‬‬
‫𝐶𝜔‬
‫𝐶𝐼‬
‫‪t‬‬
‫𝐿𝐼‬
‫ولتاژ و جریان خازن در حوزه ی زمان‬
‫𝐶𝑉‬
‫دیاگرام فازوری ولتاژ و جریان خازن‬
‫‪V‬‬
‫‪ .‬حالت های مختلف برای امپدانس یک مدار‪:‬‬
‫اگر زاویه ی امپدانس را با 𝜑 نشان دهیم‪ ،‬آن گاه ‪:‬‬
‫‪ .1‬اگر ‪ Z = r‬یا ‪Y = g‬‬
‫‪ .2‬اگر ‪ Z = jX‬یا‬
‫‪1‬‬
‫𝑋‬
‫‪Y = -j‬‬
‫‪1‬‬
‫‪ .3‬اگر ‪ Z = -jX‬یا 𝑋 ‪Y = j‬‬
‫خالص‬
‫‪ .4‬اگر ‪ Z = r + jX‬یا ‪Y = G – jB‬‬
‫‪ : 𝜑 = 0‬مدار مقاومتی خالص‬
‫̊‪ : 𝜑 = 90‬مدار سلفی خالص‬
‫̊ ‪ : 𝜑 = −90‬مدار خازنی‬
‫̊ ‪ : 0 < 𝜑 < 90‬مدار‬
‫مقاومتی سلفی‬
‫‪ .5‬اگر ‪ Z = r – jX‬یا ‪Y = G + jB‬‬
‫خازنی‬
‫̊ ‪ : 0 < 𝜑 < 90‬مدار مقاومتی‬
‫‪ .‬به هم بستن عناصر ‪:‬‬
‫به هم بستن سری ‪:‬‬
‫‪.1‬‬
‫𝑛𝑍‬
‫‪𝑍2‬‬
‫)𝜔 𝑗 ( 𝑖𝑍‬
‫‪I‬‬
‫‪𝑍1‬‬
‫= )𝜔𝑗 ( 𝒒𝒆𝒁‬
‫𝑖‬
‫‪+‬‬
‫‪V‬‬
‫‪-‬‬
‫‪ .2‬به هم بستن موازی ‪:‬‬
‫)𝜔𝑗 ( 𝑖𝑌‬
‫‪I‬‬
‫‪+‬‬
‫𝑛𝑌‬
‫‪𝑌2‬‬
‫‪𝑌1‬‬
‫‪V‬‬
‫‪-‬‬
‫= )𝜔𝑗 ( 𝒒𝒆𝒀‬
‫𝑖‬
‫‪ -4‬تجزیه و تحلیل حالت دایمی سینوس ی ‪:‬‬
‫• اگر برای یک مدار با ورودی سینوس ی‪ ،‬تنها پاسخ حالت دایمی مورد نظر باشد‪،‬‬
‫میتوان به جای این که معادالت را بر حسب خود سینوس ی ها بنویسیم‪ ،‬آن‬
‫ها را بر حسب فازورها بیان کنیم‪ .‬به عبارت دیگر برای فازور ولتاژ و فازور‬
‫جریان ‪ KVL‬و ‪ KCL‬بزنیم‪.‬‬
‫مثال‪ :‬امپدانس ورودی شبکه های زیر را بیابید‪.‬‬
‫‪𝑍1‬‬
‫‪𝑍2‬‬
‫‪𝑍3‬‬
‫‪A‬‬
‫‪A‬‬
‫‪𝑌6‬‬
‫‪𝑌5‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪𝑌4‬‬
‫‪1‬‬
‫‪B‬‬
‫‪1‬‬
‫‪B‬‬
‫(الف)‬
‫(ب)‬
‫حل‪ :‬برای شکل (الف) داریم‪:‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫𝑌 ‪𝑍3 +‬‬
‫‪6‬‬
‫‪1‬‬
‫‪𝑌5 +‬‬
‫‪𝑍2 +‬‬
‫‪𝑌4 +‬‬
‫‪𝑍𝑒𝑞 = 𝑍1 +‬‬
‫و برای شکل (ب) ‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪A‬‬
‫‪1‬‬
‫‪𝑍1‬‬
‫‪=1‬‬
‫‪1‬‬
‫𝜔𝑗‬
‫𝜔𝑗‬
‫𝜔𝑗‪1+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪1‬‬
‫=‬
‫𝜔𝑗‪1+‬‬
‫‪1‬‬
‫‪+‬‬
‫‪𝑍2‬‬
‫‪1‬‬
‫= 𝑞𝑒𝑌‬
‫‪𝑍1‬‬
‫𝜔‪= 1 + j‬‬
‫‪1‬‬
‫𝜔𝑗‪1+‬‬
‫𝜔‪𝑍2 = j‬‬
‫𝜔𝑗‬
‫‪B‬‬
‫به این گونه مدارها که امپدانس یا ادمیتانس ورودی آن ها فاقد𝜔 می باشد‪،‬‬
‫مدارهای ((مستقل از فرکانس)) می گویند‪.‬‬
‫‪ .‬مدار معادل تونن و نورتن در حالت دایمی سینوس ی ‪:‬‬
‫‪I‬‬
‫‪A‬‬
‫𝑞𝑒𝑍‬
‫‪V‬‬
‫𝐶𝑂𝐸‬
‫‪B‬‬
‫‪A‬‬
‫𝐶𝑆𝐼‬
‫𝑞𝑒𝑍‬
‫مدار خطی با هر‬
‫تعداد مقاومت و‬
‫سلف و خازن و‬
‫منبع وابسته و هر‬
‫تعداد منبع‬
‫مستقل سینوس ی با‬
‫فرکانس یکسان‬
‫𝜔‬
‫‪I‬‬
‫مدار در حالت دایمی سینوسی‬
‫‪B‬‬
‫‪A‬‬
‫‪V‬‬
‫‪ -5‬تشدید ‪:‬‬
‫فرکانس تشدید‪ ،‬فرکانس ی است که در آن امپدانس یا ادمیتانس‪ ،‬حقیقی خالص‬
‫باشد‪ .‬یعنی ‪:‬‬
‫‪ Im(Y) = 0‬یا‬
‫‪Im(Z) = 0‬‬
‫به عبارت دیگر راکتانس صفر باشد یا سوسپیتانس صفر باشد ‪.‬‬
‫نکته ‪:‬‬
‫راکتانس ‪X :‬‬
‫سوسپیتانس ‪B :‬‬
‫‪,‬‬
‫رزیستانس ‪R :‬‬
‫‪ ,‬کندوکتانس ‪G :‬‬
‫‪Z = R + jX‬‬
‫‪Y = G + jB‬‬
‫‪ .‬فرکانس تشدید مدارهای ساده ‪:‬‬
‫الف) ‪ RLC‬سری ‪:‬‬
‫‪1‬‬
‫ ‪Z = R + j(𝜔L‬‬‫)‬
‫‪𝜔c‬‬
‫‪1‬‬
‫𝐶𝐿‬
‫‪Im(z) = 0‬‬
‫= ‪𝜔0‬‬
‫)𝜔‪∡Z(j‬‬
‫)𝜔𝑗(𝑍‬
‫𝜋‬
‫‪2‬‬
‫𝜔‬
‫‪𝜔0‬‬
‫‪R‬‬
‫‪-‬‬
‫𝜋‬
‫‪2‬‬
‫𝜔‬
‫‪𝜔0‬‬
: ‫ موازی‬RLC )‫ب‬
Y = G + j(𝜔𝐶 Im(Y) = 0
1
)
𝜔𝐿
𝜔0 =
1
𝐿𝐶
∡Y(j𝜔)
𝜋
2
𝑌(𝑗𝜔)
𝜔0
G
𝜔0
𝜔
𝜋
2
-
𝜔
‫نکته ‪:‬‬
‫در فرکانس تشدید‬
‫‪C‬‬
‫‪O.C.‬‬
‫‪S.C.‬‬
‫‪L‬‬
‫در فرکانس تشدید‬
‫‪C‬‬
‫‪L‬‬
‫مثال‪ :‬فرکانس تشدید مدار زیر را بیابید‪.‬‬
‫‪A‬‬
‫‪𝑟2‬‬
‫‪𝑟1‬‬
‫‪C‬‬
‫‪L‬‬
‫‪B‬‬
‫حل‪:‬‬
‫𝐶𝜔𝑗‬
‫‪+‬‬
‫‪1+𝑗𝜔𝐶𝑟2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫=‬
‫𝐿𝜔𝑗‪𝑍2 𝑟1 +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪1‬‬
‫= 𝑞𝑒𝑌‬
‫‪𝑍1‬‬
‫𝐿𝜔‪−‬‬
‫𝐶𝜔‬
‫‪Im(𝑌𝑒𝑞 ) = 2 2 2 +‬‬
‫‪=0‬‬
‫‪𝑟1 + 𝜔 𝐿 1+ 𝜔2 𝑟2 2 𝐶 2‬‬
‫‪𝐿 − 𝐶𝑟1 2‬‬
‫‪𝐿𝐶 𝐿 − 𝐶𝑟2 2‬‬
‫‪1‬‬
‫=𝜔‬
‫نکته‪ :‬مقاومت های سری یا موازی با کل مدار‪ ،‬تاثیری در فرکانس تشدید ندارند‪.‬‬
‫‪r‬‬
‫‪N‬‬
‫‪r‬‬
‫‪N‬‬
‫مقاومت های بی تاثیر در فرکانس تشدید‬
‫‪ -5‬مکان امپدانس و مکان ادمیتانس ‪:‬‬
‫• تعریف ‪ :‬به محل تغییرات نقطه ی انتهایی بردار امپدانس یا ادمیتانس در‬
‫صفحه مختلط‪ ،‬مکان امپدانس یا مکان ادمیتانس گفته می شود‪.‬‬
‫برای تعیین مکان امپدانس‪ ،‬باید اثر 𝜔 را حذف و رابطه ای بین )‪R = Re(Z‬‬
‫و )‪ X = Im(Z‬پیدا کرد و آن را رسم کرد‪( .‬برای مکان ادمیتانس نیز به همین‬
‫شکل)‬
‫مثال‪ :‬در مدار ‪ RLC‬سری داریم ‪:‬‬
‫مکان‬
‫امپدانس‬
‫)‪Re(Z‬‬
‫‪R‬‬
‫‪Z‬‬
‫)‪Im(Z‬‬
‫)‪R = Re(Z‬‬
‫‪1‬‬
‫ 𝐿𝜔 = )‪X = Im(Z‬‬‫𝐶𝜔‬
‫‪-7‬توان‬
‫یک نگاه کلی به توان‬
‫توان لحظه ای برابر است با‪:‬‬
‫)‪P(t) = V(t) . i(t‬‬
‫در حالت دائمی سینوس ی اگر فرض کنیم‪:‬‬
‫)‪V(t) = Vm Cos(ωt + φ‬‬
‫)‪i(t) = Im Cos(ωt‬‬
‫آنگاه توان برابر است با‪:‬‬
‫) ‪P(t) = ½ Vm . Im ( Cos(2ωt - φ ) + Cos φ‬‬
‫از رابطه قبل ‪ 2‬تا نتیجه میگیریم‪:‬‬
‫‪ .1‬فرکانس توان لحظه ای‪ 2 ،‬برابر فرکانس ولتاژ یا جریان است‪.‬‬
‫‪ .2‬توان لحظه ای می تواند مثبت یا منفی یا صفر باشد‪.‬‬
‫‪P(t) = ½ Vm . Im . Cos(2ωt - φ ) + ½ Vm . Im . Cos φ‬‬
‫مقدار متوسط ( ‪(DC‬‬
‫فرکانس ‪2ω‬‬
‫مقدار متناوب (‪(AC‬‬
‫‪½ Vm Im Cos φ‬‬
‫با توجه به شکل زیر‪:‬‬
‫‪φ=0‬‬
‫‪Cos φ = 1‬‬
‫‪φ=+90‬‬
‫‪Cos φ = 0‬‬
‫‪φ=-90‬‬
‫‪Cos φ = 0‬‬
‫‪0<φ<90‬‬
‫‪1< Cos φ <1‬‬
‫‪-90<φ<0‬‬
‫‪0< Cos φ < 1‬‬
‫البته روابط باال برای عناصر پسیو است‬
‫‪0< Cos φ ≤1‬‬
‫‪-90<φ<90‬‬
‫مدار مقاومتی خالص یا تشدید‬
‫مدار سلفی خلص‬
‫مدار خازنی خلص‬
‫مدار مقاومتی سلفی‬
‫مدار مقاومتی خازنی‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫هر مدار شامل عناصر پسیو‬
‫→ ‪Re[Z] > 0‬‬
‫‪Passive‬‬
‫‪Re[Z] < 0 → Active‬‬
‫سلفی‬
‫خالص‬
‫تشدید – مقاومتی خالص‬
‫خازنی خالص‬
‫مقاومتی اکتیو‬
‫در آنالیز حالت دائمی سینوس ی همه چیز به صورت مختلط است از جمله توان‬
‫‪1‬‬
‫∗‪S = Vm Im‬‬
‫‪2‬‬
‫منظور از *‪ Im‬همان مزدوج جریان ‪ Im‬است‬
‫‪1‬‬
‫=‪S‬‬
‫‪Vm Im ∗ φ‬‬
‫‪2‬‬
‫یعنی توان مختلط یک بردار است با اندازه ‪ ½ Vm Im‬و فاز ‪φ‬‬
‫از این رابطه نتیجه میگیریم که فازور‬
‫امپدانس ‪ Z‬و فازور توان مختلط ‪ S‬با‬
‫یکدیگر هم فاز هستند‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫ضریب برای این است که از مقادیر ماکسیمم استفاده کردیم‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫اگر از مقادیر موثر (یعنی ‪ ) Ve , Ie‬استفاده کنیم دیگر ظاهر نمیشود‬
‫بد نیست این چند تا فرمول را ببینید که بهتر متوجه شوید ضریب‬
‫آمده است‬
‫*‪S = Ve Ie‬‬
‫‪1‬‬
‫از کجا‬
‫‪2‬‬
‫‪Q= ½ Vm . Im. sin‬‬
‫‪φ‬‬
‫)‪Im(S‬‬
‫‪ P‬را توان متوسط‪ ،‬حقیقی‪ ،‬اکتیو‪ ،‬مصرفی‪ ،‬واته‪ ... ،‬می گوییم و برحسب وات‬
‫)‪ (W‬است‬
‫‪ Q‬را توان مجازی‪ ،‬راکتیو‪ ،‬دواته‪ ... ،‬می گوییم و برحسب ولت آمپر راکتیو‬
‫)‪ (VAR‬است‬
‫و اندازه توان مختلط ‪ S‬را توان ظاهری می گوییم‬
‫‪SVA = PW + jQVAR‬‬
‫)‪S = ½ Vm Im cos(φ) + j ½ Vm Im sin(φ‬‬
‫‪|S| = ½ Vm Im‬‬
‫ضریب توان شبکه = ‪φcos‬‬
‫‪φ‬‬
‫)‪Re(S‬‬
‫‪P= ½ Vm . Im. cos φ‬‬
+
V
_
r
g
x
b
p
Q
φ
+
+
0
0
+
0
0
0
0
-
+
0
-
-π/2
0
0
+
-
0
+
+π/2
Z=r+jx
Y=g+jb
P = ½ r|Im |2
Q= ½ x|Im |2
P = ½ g|Vm |2
Q= ½ b|Vm |2
‫مثال‪ :‬در شکل زیر توان مختلطی که منبع به مدار میدهد را محاسبه کنید‪.‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i-ij/4‬‬
‫‪½i‬‬
‫‪2‬‬
‫‪j/4‬‬
‫‪-j‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪4‬‬
‫)‪cos(10t‬‬
‫)‪66 cos(10t‬‬
‫𝑖‬
‫𝑖‬
‫‪𝑗 − − 𝑖𝑗 = 0‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪𝐾𝑉𝐿: −6 + 2𝑖 −‬‬
‫‪4‬‬
‫)𝑗 ‪= 2(1 +‬‬
‫𝑗‪1−‬‬
‫‪1‬‬
‫‪5‬‬
‫‪3‬‬
‫𝑗‪1− 𝑗 = +‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫𝑗‪𝑆 = 7.5 − 4.5‬‬
‫=𝑖‬
‫𝑗‬
‫‪𝑖 1−‬‬
‫𝑗‪=2 1+‬‬
‫‪4‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1 5‬‬
‫‪3‬‬
‫= ∗‬
‫𝑚𝐼 𝑚𝑉‬
‫𝑗‪−‬‬
‫‪×6‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2 2‬‬
‫‪2‬‬
‫=𝑆‬
‫در اینجا میخواهیم با استفاده از یک مدار ساده توان الکتریکی را کنترل‬
‫کنیم‬
‫فرض کنید که یک تابع سینوس ی به شکل زیر کل ولتاژ منبع ولتاژ را عینا به بار‬
‫وصل کنیم؛ در این صورت المپ با توان نامی نور تولید خواهد کرد اما اگر با‬
‫استفاده از کلیدی که قابلیت رزشن و خاموش شدن سریع را داشته باشد به‬
‫جای هر دو نیم سیکل ولتاژ سینوس ی فقط ‪ 180‬درجه یا یک نیم سیکل آن را‬
‫به المپ بدهیم مشاهده خواهیم کرد که نور المپ کمتر شده و تقریبا به‬
‫نصف میرسد‬
‫اما اگر باز هم کنترل خود را روی نور المپ بیشتر کنیم به طوری که رسیدن از‬
‫حالت بی نور تا حالت نور کامل با یک مقاومت متغیر قابل تنظیم باشد باید‬
‫به جای حذف ‪ 180‬درجه از ولتاژ در هر نیم سیکل در زوایای صفر تا ‪190‬‬
‫عمل قطع را انجام دهیم‪ .‬مثال در ‪30‬درجه‬
‫در این صورت ولتاژ اعمالی به بار به شکل زیر در می آید‪.‬‬
‫ترایاک قطعه ای است که ما میتوانیم از آن به عنوان‬
‫کلید سریع ذکر شده استفاده کنیم‬
‫برای مشاهده فیلم مدار به فایل‬
‫ضمیمه مراجعه کنید‬
‫‪-8‬قضیه انتقال توان ماکسیمم یا مچینگ ‪:‬‬
‫حالت کلی‬
‫* ‪Z L = ZS‬‬
‫هر دو اهمی‬
‫‪RL = RS‬‬
‫بار اهمی منبع‬
‫|‪RL = |ZS‬‬
‫مختلط‬
‫بار موهومی منبع |‪XL = |ZS‬‬
‫مختلط‬
‫‪+‬‬
‫برای اینکه بیشترین توان از منبع به بار برسد‬
‫در حالت کلی باید‬
‫*‪ZL = ZS‬‬
‫‪-‬‬
‫مثال‪ :‬در شکل زیر حداکثر توانی که منبع به 𝐿𝑅 میدهد را محاسبه کنید‪.‬‬
‫𝑆𝐸‬
‫=𝐼‬
‫𝐿𝑅 ‪𝑅𝑆 +‬‬
‫𝑆𝑅‬
‫𝐿𝑅‬
‫‪2‬‬
‫‪𝑅𝐿 𝐸 2‬‬
‫=𝑃‬
‫‪(𝑅𝑆 + 𝑅𝐿 )2‬‬
‫𝑆𝐸‬
‫‪(𝑅𝑆 − 𝑅𝐿 ) 𝐸 2‬‬
‫=‬
‫‪𝑅𝑆 + 𝑅𝐿 3‬‬
‫𝑆𝑅 = 𝐿𝑅‬
‫𝐼 𝐿𝑅 = 𝑃‬
‫‪3‬‬
‫𝑃𝜕‬
‫‪𝐸2‬‬
‫‪2 𝑅𝐿 𝐸 2‬‬
‫=‬
‫‪−‬‬
‫‪2‬‬
‫) 𝐿𝑅 ‪𝜕𝑅𝐿 (𝑅𝑆 +‬‬
‫𝐿𝑅 ‪𝑅𝑆 +‬‬
‫𝑃𝜕‬
‫‪=0‬‬
‫𝐿𝑅𝜕‬
‫شبیه سازی مدار صفحه قبل با‬
‫‪Matlab‬‬
‫این هم فیلم واقعی این مدار‬