Frage zur Leistungsanpassung in Elektrotechnik?

1 Antwort

Bestimme zunächst die realle Ersatzspannungsquelle bezüglich der Anschlussklemmen von R4.

1.Schritt: Bestimme Innenwiderstand Ri

--> Ersetze alle Spannungsquellen durch Kurzschlüsse und alle Stromquellen durch offene Klemmen. Bestimme schließlich den resultierenden Gesamtwiderstand bezüglich der Anschluss an R4.

2. Schritt: Bestimme die Leerlaufspannung U0

--> Ersetze den Lastwiderstand R4 durch offene Klemmen (R --> inf) und bestimme die Spannung zwischen den Klemmen. Diese entspricht dann U0.

Hier folgt also:

Innenwiderstand:

Ri = (R5 + (R6 || R7)) || (R2 + (R1 || R3))

Leerlaufspannung:

... Mehrere Spannungsteiler und Superposition ...

U0 = [(R5 + (R6 || R7))*(1 + 2*R3/(R3 + R1))] * Uq/[ R2 + (R5 + (R6 || R7)) + R3 - R3^2/(R1 + R3) ]

Die reale Ersatzspannungsquelle besitzt nun den Innenwiderstand Ri und die Spannung U0. Man finde nun den Lastwiderstand R4 für den die in diesem Widerstand umgesetze Leistung maximal wird. Für die Leistung ergibt sich mittels Spannungsteiler und p = u*i hier:

U4 = U0 * R4/(R4 + Ri)

I4 = U0/(R4 + Ri)

P = U0^2 * R4 /((R4 + Ri)^2 )

Man differenziere nun nach R4:

dP/dR4 = U0^2 * [ 1/(R4 + Ri)^2 - 2 * R4/(Ri + R4)^3 ]

An einer Extremstelle muss gelten: dP/dR4 = 0 , und hier folgt damit:

R4 + Ri - 2*R4 = 0 --> Ri = R4

Überprüfe nun ob an der Extremstelle ein Maximum vorliegt:

d²P/dR4^2 = U0^2 * [(-4)/(R4 + Ri)^3 + 6*R4/(R4 + Ri)^4]

--> d²P/dR4^2 ( R4 = Ri) = U0^2 * [ (-4)/(2*R4)^3 + 6 * R4/(2*R4)^4 ] < 0

Somit liegt für R4 = Ri ein lokales Maximum vor. (Es lässt sich zeigen, dass dies auch dem globalen Maximum entspricht ... )

Um nun die maximale Leistung zu berechnen setzen wir also einfach R4 = Ri in den Ausdruck für P ein und erhalten somit:

Pmax = P(R4 = Ri) = U0^2 /(4*Ri)

Mit dem Kurzschlussstrom Ik = U0/Ri lässt sich auch alternativ schreiben:

Pmax = (U0 * Ik)/4 = Ik^2 * Ri/4 = U0^2 /(4*Ri)

Die hier gezeigte Herleitung sollte eigentlich alle Fragen klären ... .

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Studium der Elektrotechnik (Energie, Automatisierung)
iIovemusic 
Fragesteller
 10.07.2020, 18:54

Danke. Wirklich sehr gut erklärt!!! jetzt ist mir alles klar...

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