Twierdzenie Millmana: 5 pełnych szybkich faktów

Kredyt na zdjęcie okładki - RufustelestratSan Diego Reflective PondCC BY-SA 3.0

Punkty do dyskusji

Wprowadzenie do twierdzenia Millmana

W poprzednich artykułach dotyczących zaawansowanej analizy obwodów elektrycznych omówiliśmy niektóre z podstawowych teorii, takich jak - twierdzenie Thevenina, twierdzenie Nortona, twierdzenie o superpozycji itp. Poznaliśmy również twierdzenie o przenoszeniu maksymalnej mocy w celu ustalenia maksymalnej rezystancji obciążenia drenu pełna moc. W tym artykule dowiemy się o innej ważnej i fundamentalnej analizie elektrycznej dotyczącej złożonych obwodów, znanej jako twierdzenie Millmana. Omówimy teorię, proces rozwiązywania problemów związanych z tą teorią, zastosowania tej teorii i inne ważne aspekty.

Profesor Jacob Millman jako pierwszy udowodnił twierdzenie i dlatego zostało nazwane jego imieniem. Ta teoria pomaga nam uprościć obwód. W ten sposób łatwiej jest przeanalizować obwód. To twierdzenie jest również znane jako „Twierdzenie o generatorze równoległym”. Twierdzenie Millmana jest stosowane w kursach do obliczania napięcia niektórych określonych obwodów. Jest to jedno z podstawowych twierdzeń w elektrotechnice.

Co oznacza twierdzenie Thevenina? Kliknij tutaj!

Teoria twierdzenia Millmana

Twierdzenie Millmana: Stwierdza, że ​​jeśli wiele źródeł napięcia (mających rezystancję wewnętrzną) jest połączonych równolegle, ten konkretny obwód można zastąpić prostszym obwodem z pojedynczym źródłem napięcia i rezystancją połączoną szeregowo.

Teoria ta pomaga nam znaleźć napięcia na końcu równoległych gałęzi, jeśli obwód jest zbudowany w połączeniach równoległych. Głównym celem tej teorii jest nic innego jak zmniejszenie złożoności obwodu.

Zastosowania twierdzenia Millmana

Twierdzenie Millmana jest jednym z twierdzeń efektywnych. Dlatego istnieje kilka rzeczywistych zastosowań tej teorii. Twierdzenie Millmana ma zastosowanie do obwodu z wieloma źródłami napięcia z ich rezystancjami wewnętrznymi połączonymi równolegle. Pomaga rozwiązywać złożone teoria obwodów problemy. mosty niezrównoważone, problemy z obwodami równoległymi można rozwiązać za pomocą tego twierdzenia.

Co to są twierdzenia sieciowe? Kliknij tutaj!

Kroki rozwiązywania problemów dotyczących twierdzenia Millmana

Ogólnie rzecz biorąc, podane kroki są śledzone w celu rozwiązania problemów teorii Millmana. Istnieje kilka innych ścieżek, ale wykonanie poniższych kroków zapewni bardziej efektywny wynik.

Krok 1: Sprawdź wartość przewodnictwa każdego źródła napięcia.

Krok 2: Usuń rezystancję obciążenia. Oblicz równoważną przewodność obwodu.

Krok 3: Obwód jest teraz gotowy do zastosowania twierdzenia Millmana. Zastosuj twierdzenie, aby znaleźć równoważne napięcie źródła V. Poniższe równanie podaje wartość V.

V = (± V1 G1 ± W2 G2 ± W3 G3 ±… ± Vn Gn) / G1 + g2 + g3 +… + Gn

V1, V2, V3 są napięcia i G.1, G2, G3 są ich odpowiednie przewodnictwo.

Krok 4: Teraz znajdź równoważną serię odporność obwodu za pomocą obliczonej wcześniej wartości konduktancji. Równoważną rezystancję szeregową wyraża wyrażenie: R = 1 / G

Krok 5: Na koniec oblicz prąd przepływający przez obciążenie za pomocą następującego równania.

IL = V / (R + RL)

Tutaj, jaL jest prądem płynącym przez rezystancję obciążenia. RL to rezystancja obciążenia. R jest równoważną rezystancją szeregową. V jest identycznym napięciem źródła obliczonym na podstawie przewodnictwa odpowiednich napięć.

Co to jest twierdzenie o przenoszeniu maksymalnej mocy? Kliknij tutaj!

Wyjaśnienie twierdzenia Millmana

Aby szczegółowo wyjaśnić twierdzenie, weźmy przykład określonego obwodu. Poniższy obraz przedstawia wymagany obwód. Rysunek przedstawia typowy obwód prądu stałego z wieloma równoległymi napięciami źródłowymi wraz z ich rezystancjami wewnętrznymi i rezystancją obciążenia. RL podaje wartość rezystancji obciążenia.

Twierdzenie Millmana
Przykładowy obwód do wyjaśnień, Twierdzenie Millmana, Obraz – 1

Załóżmy, że „ja” jest wartością prądu płynącą przez równoległe źródła prądu. G podaje równoważną wartość przewodnictwa lub admitancji. Wynikowy obwód pokazano poniżej.

Twierdzenie Millmana
Obwód wypadkowy, twierdzenie Millmana, obraz - 2

Ja = ja1 + I2 +I3 +…

G = g1 + g2 + g3 +….

Teraz końcowe źródło prądu zostaje zastąpione równoważnym napięciem źródła. Napięcie „V” można zapisać jako: V = 1 / G = (± I.1 ± ja2 ± ja3 ±… ± In) / (G.1 +G2 + g3 +… + Gn)

A równoważna rezystancja szeregowa jest następująca:

R = 1 / G = 1 / (G.1 + g2 + g3 +… + Gn)

Teraz wiemy, że V = IR i R = 1 / G

Zatem V można zapisać jako:

V = [± (V1 / R1) ± (V2 / R2) ± (V3 / R3) ±… ± (Vn / Rn)] / [(1 / R1) ± (1 / R2) ± (1 / R3) ±… ± (1 / Rn)]

R jest równoważną rezystancją szeregową.

Teraz, zgodnie z teorią Millmana, równoważnym źródłem napięcia jest:

V = (± V1 G1 ± W2 G2 ± W3 G3 ±… ± Vn Gn) / (G.1 + g2 + g3 +… + Gn)

Lub V = Σ (n, k = 1) Vk Gk / Σ (n, k = 1) G.k

Gk = 1 / Rk

Aby dowiedzieć się o prawach Kirchhoffa: Kliknij tutaj!

Rozwiązane problemy z twierdzeniem Millmana

1. Poniżej przedstawiono złożony obwód. Znajdź prąd poprzez rezystancję 4 omów. Użyj twierdzenia Millmana, aby rozwiązać problem.

Twierdzenie Millmana
Problem - 1, Twierdzenie Millmana, Obraz - 3

Rozwiązanie: Rozwiążemy problem, wykonując opisane wcześniej kroki.

Musimy więc znaleźć wartość napięcia i równoważną wartość rezystancji.

Wiemy, że napięcie jest podane przez,

V = [± (V1 / R1) ± (V2 / R2) ± (V3 / R3) ±… ± (Vn / Rn)] / [(1 / R1) ± (1 / R2) ± (1 / R3) ±… ± (1 / Rn)]

Tutaj mamy trzy źródła napięcia i trzy rezystancje. Tak więc zaktualizowane równanie będzie wyglądać następująco:

VAB = [± (V1 / R1) ± (V2 / R2) ± (V3 / R3)] / [(1 / R1) ± (1 / R2) ± (1 / R3)]

VAB = [(5/6) + (6/4) + (4/2)] / [(1/6) + (1/4) + (1/2)]

VAB = 4.33 / 0.9167

LUB, VAB = 4.727 V

Teraz musimy obliczyć równoważną rezystancję obwodu lub równoważną rezystancję Thevenina to Rth.

RTH = [(1/6) + (1/4) + (1/2)] -1

Albo R.TH = 1.09 omy

W ostatnim kroku ustalimy aktualną wartość poprzez rezystancję obciążenia, czyli 4 omy.

Wiemy to, IL = VAB / (RTH + RL)

Lub jaL = 4.727 / (1.09 + 4)

Lub jaL = 4.727 / 5.09

Lub jaL = 0.9287 A.

Tak więc prąd obciążenia przy obciążeniu 4 omów wynosi 0.9287 A.

Dowiedz się o podstawach obwodu prądu zmiennego: Kliknij tutaj!

2. Złożony obwód elektryczny przedstawiono poniżej. Sprawdź prąd przez rezystancję obciążenia 16 omów. Użyj twierdzenia Millmana, aby rozwiązać problemy.

Twierdzenie Millmana
Problem - 2, Twierdzenie Millmana, Obraz - 4

Rozwiązanie: Rozwiążemy problem, wykonując opisane wcześniej kroki.

Najpierw musimy obliczyć bieżącą wartość za pomocą twierdzenia Nortona.

Bieżące „ja” można zapisać jako: Ja = ja1 + I2 + I3

Albo I = 10 + 6-8

Lub I = 8 A.

Teraz musimy znaleźć równoważną wartość oporu. Reprezentujemy równoważne opory R1R2R3 jako R.N.

Więc R.N = [(1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3)]-1

Albo R.N = [(1/24) + (1/8) + (1/12)]-1

Albo R.N = 4 omy

Teraz przerysujemy obwód z równoważną wartością napięcia i rezystancji i umieszczamy rezystancję obciążenia obwodu.

Twierdzenie Millmana
Obwód równoważny, twierdzenie Millmana, obraz - 5

W ostatnim kroku musimy znaleźć prąd obciążenia. Więc, IL = ja x R / (R + RL)

Lub jaL = 8 x 4 / (4 + 16)

Lub jaL = 1.6 A.

Zatem prąd obciążenia przez rezystor obciążenia 8 omów wynosi 1.6 A.

Dowiedz się o zaawansowanym obwodzie prądu przemiennego: Kliknij tutaj!

3. Złożona sieć AC jest podana poniżej. Oblicz prąd przepływający przez Load ZL. Użyj twierdzenia Millmana, aby rozwiązać problem.

Twierdzenie Millmana
Problem - 3, Obraz twierdzenia Millmana - 6

Rozwiązanie: Rozwiążemy problem, wykonując opisane wcześniej kroki. W tym zadaniu widzimy, że podane jest aktualne źródło. Ale wiemy, że nie możemy zastosować teorii Millmana do obecnego źródła. Tak więc możliwe jest przekształcenie źródła prądu w źródło napięcia.

Teraz stosujemy twierdzenie Millmana i znajdujemy równoważne napięcie.

Wiemy to,

V = [± (V1 / R1) ± (V2 / R2) ± (V3 / R3)] / [(1 / R1) ± (1 / R2) ± (1 / R3)]

A więc V = (1 * 1 ∠0o + 1*5 ∠0o + 0.2*25 ∠0o) / (1 + 1 + 0.2)

Lub V = 11 / 2.2 = 5 ∠0o V.

IL podaje prąd przez rezystancję obciążenia.

Jak wiemy, V = IR.

Lub jaL = V / ZL = 5 ∠0o / (2 + j4)

Lub jaL = 1.12 ∠-63.43o A.

Tak więc prąd przepływający przez rezystancję obciążenia wynosi 1.12 ∠-63.43o A.  

Zdjęcie na okładce: Otchłań