Modele de circuite echivalente

proiectanții folosesc adesea modele matematice pentru a prezice cum se vor comporta sistemele mecanice și electrice. Detaliile exprimate de aceste modele, precum cifrele semnificative dintr-o ecuație, merg doar atât de adânc pe cât necesită analiza. Determinarea modului în care angrenajele convertesc cuplul, de exemplu, este mulțumită de un model simplu, de obicei doar doi parametri (raportul de transmisie și eficiența). Prezicerea modului în care un angrenaj se va comporta sub stres, pe de altă parte, necesită un model mai complex, de obicei de rezoluție cu elemente finite.

în domeniul electric, modelele urmează o ordine similară. Modelul unui motor de curent alternativ, de exemplu, nu trebuie să includă fiecare ultimă componentă pentru a prezice modul în care curentul și tensiunea de ieșire vor alimenta sarcina intenționată. De fapt, tot ce este necesar este o singură sursă de tensiune sau curent și un rezistor echivalent — o combinație simplă care poate reprezenta multe circuite complexe, cu mai multe surse.

superpoziție

unul dintre cele mai puternice instrumente la modelarea circuitelor electrice este superpoziția. Principiul, care se aplică oricărui sistem liniar format din mai multe surse de energie, permite analizarea independentă a efectului fiecărei surse. Însumarea efectelor surselor individuale care lucrează singure produce efectul net al tuturor surselor care acționează împreună. Condiția liniarității înseamnă pur și simplu că toate variabilele din sistem sunt legate proporțional (fără exponenți, puteri sau rădăcini).

izolarea surselor de energie într-un circuit electric se realizează prin “oprirea” tuturor surselor independente de tensiune și curent, cu excepția celei de interes. Toate sursele de curent sunt înlocuite cu circuite deschise (reprezentând curent zero), în timp ce toate sursele de tensiune sunt înlocuite cu scurtcircuite (tensiune zero). Cu toate sursele “eliminate”, componentele rămase în circuit sunt mai ușor simplificate la combinații de impedanță serie/paralelă.

teorema lui Thevenin

teorema lui Thevenin, bazată pe suprapunere, reduce circuitele liniare la modele echivalente constând dintr-o sursă de tensiune în serie cu un rezistor. Echivalentele lui Thevenin sunt utile atunci când se analizează sistemele de alimentare și alte circuite în care rezistența la sarcină se poate schimba. Pentru a găsi un circuit Thevenin sursa de tensiune vT, înlocuiți rezistorul de sarcină cu un circuit deschis. VOC de tensiune în circuit deschis este pur și simplu vT, deoarece nicio tensiune nu scade PE RT când i = 0. Pentru a găsi rezistența echivalentă Thevenin RT, eliminați toate sursele de alimentare și calculați rezistența totală pe bornele de sarcină.

teorema lui Norton

teorema lui Norton, legată de cea a lui Thevenin, afirmă că un circuit liniar complex se poate reduce la o sursă de curent echivalentă și la un rezistor paralel. Acesta este dualul teoremei lui Thevenin, unde în loc de tensiune, ecuațiile se concentrează pe relațiile actuale. Ca atare, primul pas este găsirea curentului sursă prin înlocuirea sarcinii cu un curent scurt și calculat prin ea. Aici, iN = iSC deoarece curentul sursă este deviat prin sarcina de scurtcircuit. Pentru a găsi rezistența echivalentă RN, eliminați toate sursele de alimentare și calculați rezistența totală la sarcină.