Nodalspenningsanalyse

Analysering av kretsnettverk er en avgjørende del i utformingen eller arbeidet med forhåndsdesignede kretser, som omhandler strøm og spenning i hver node eller gren av kretsnettverket. Imidlertid er denne analyseprosessen for å finne ut strøm, spenning eller wattstyrke til en node eller gren, litt kompleks da mange komponenter er koblet sammen. Riktig analyse avhenger også av teknikken vi velger for å finne ut strøm eller spenning. De grunnleggende analyseteknikkene er Mesh Current Analysis og Nodal Voltage Analysis.

Disse to teknikkene følger de forskjellige reglene og har forskjellige begrensninger. Før du går til å analysere en krets på en riktig måte, er det viktig å identifisere hvilken analyseteknikk som er best egnet når det gjelder kompleksitet og nødvendig tid til analyse.

Hva skal jeg bruke - Mesh Analyse eller Nodal Analyse?

Svaret er skjult i det faktum at hvor mange antall spennings- eller strømkilder som er tilgjengelige i den spesifikke kretsen eller nettverket. Hvis det målrettede kretsnettverket består av nåværende kilder, vil nodalanalysen være mindre komplisert og enklere. Men hvis en krets har spenningskilder, er nettanalyseteknikken perfekt og tar kortere beregningstid.

I mange kretser er både strøm- og spenningskilder tilgjengelig. I slike situasjoner, hvis antall strømkilder er større enn spenningskildene, er nodalanalysen fremdeles det beste valget, og man trenger å konvertere spenningskildene til tilsvarende strømkilder.

Vi har tidligere forklart Mesh Current Analysis, så her i denne opplæringen diskuterer vi Nodal Voltage Analysis og hvordan du bruker den i et kretsnettverk.

Nodal analyse

Som navnet antyder, kommer Nodal fra begrepet node. Nå hva er en node ?

En krets kan ha en annen type kretselementer, komponentterminaler etc. I en krets hvor minst to eller flere kretselementer eller terminalene er sammenføyd, kalles en node. Nodalanalyse gjøres på noder.

I tilfelle av nettanalyse er det en begrensning at nettanalyse bare kan gjøres i planleggerkretsen. Planner krets er en krets som kan trekkes inn i plan overflate uten kryss og tvers. Men for nodalanalyse er det ingen slik begrensning, fordi hver node kan tildeles en spenning som er en viktig parameter for å analysere en node ved hjelp av Node Analysis Method.

I nodeanalyse er det første trinnet å identifisere antall noder som finnes i et kretsnettverk, enten det er høvlekrets eller ikke-høvlerkrets.

Etter å ha funnet nodene, da det handler om en spenning, trenger man ikke et referansepunkt for å tildele spenningsnivåer til hver node. Hvorfor? Fordi spenningen er en potensiell forskjell mellom to noder. Derfor, for å skille, er det nødvendig med en referanse. Denne differensieringen gjøres med en felles eller delt node som fungerer som en referanse. Denne referansenoden må være null for å få det perfekte spenningsnivået annet enn bakkereferansen til en krets.

Så hvis et kretsnett med fem noder har en referanseknute. For å løse de resterende fire nodene er det totalt fire nodale ligninger nødvendig. Generelt, for å løse et kretsnett ved hjelp av nodalanalyseteknikk som har N antall totale noder, er N-1 antall nodale ligninger nødvendig. Hvis alt dette er tilgjengelig, er det veldig enkelt å løse kretsnettverket.

Følgende trinn kreves for å løse et kretsnett ved hjelp av Nodal Analysis Technique.

1. Finne noder i kretsen
2. Finne ut N-1 ligninger
3. Finne ut N-1 spenning
4. Bruker Kirchhoffs gjeldende lov eller KCL

Finne spenning i krets ved hjelp av nodeanalyse - eksempel

For å forstå nodalanalysen, la oss vurdere kretsnettverket nedenfor,

Ovennevnte krets er et av de beste eksemplene for å forstå nodalanalyse. Denne kretsen er ganske enkel. Det er seks kretselementer. I1 er en strømkilde og R1, R2, R3, R4, R5 er fem motstander. La oss betrakte disse fem motstandene som fem resistive belastninger.

Disse seks komponentelementene har skapt tre noder. Så, som diskutert tidligere, er antall noder funnet.

Nå er det N-1 antall noder som betyr at 3-1 = 2 noder er tilgjengelige i kretsen.

I det ovennevnte kretsnettverket betraktes Node-3 som en referanseknute. Det betyr at spenningen til node 3 har en referansespenning på 0V. Så de to gjenværende nodene, Node-1 og Node-2, må tildeles en spenning. Så spenningsnivået til Node-1 og Node-2 vil være i referanse til Node-3.

La oss nå vurdere neste bilde der strømmen til hver node vises.

På bildet ovenfor brukes Kirchhoffs gjeldende lov. Mengden strøm som kommer inn i nodene er lik strømmen som går fra nodene. Pilene indikerte strømmen av strøm Inodes i både Node-1 og Node-2. Kretsens nåværende kilde er I1.

For Node-1 er mengden strøm som kommer inn I1, og mengden strøm som går ut er summen av strøm over R1 og R2.

Ved bruk av Ohms lov er strømmen til R1 (V1 / R1) og strømmen til R2 er ((V1 - V2) / R2).

Så, ved å anvende Kirchoffs lov, er Node-1-ligningen

I1 = V1 / R1 + (V1 - V2) / R2 ……

For Node-2 strømmene gjennom R 2 er (V1 - V2) / R2, er strømmen gjennom R 3 V ₂ / R ₃ og motstanden R4 og R5 kan være kombinert for å oppnå en enkelt motstand som er R4 + R5, strømmen gjennom disse to motstandene vil være V2 / (R4 + R5).

Derfor, ved å anvende Kirchoffs gjeldende lov, kan ligningen av Node-2 dannes som

(V2-V1) / R2 + V2 / R3 + V2 / (R4 + R5) = 0 ………………

Ved å løse disse to ligningene kan spenninger ved hver node bli funnet uten ytterligere kompleksitet.

Eksempel på nodal spenningsanalyse

La oss se et praktisk eksempel-

I ovennevnte krets skaper 4 resistive belastninger 3 noder. Den Node-3 er en referansenode som har et potensial spenning på 0V. Det er en strømkilde, I1, som gir 10A strøm og en spenningskilde som gir 5V spenning.

For å løse denne kretsen og finne ut strømmen i hver gren, vil Node-analysemetoden bli brukt. Ettersom det er to gjenværende noder under analysen, kreves det 2 separate nodeligninger.

For Node-1, i henhold til Kirchhoffs gjeldende lov og Ohms Law, I1 = VR1 + (V1- V2) / R2

Derfor, ved å oppgi den nøyaktige verdien, 10 = V1 / 2 + (V1 - V2) / 1 eller, 20 = 3V1 - 2V2 …….

Samme for Node-2

(V2 - V1) / R2 + V2 / R3 + V2 / (R4) = 0 eller, (V2 - V1) / 1+ V2 / 5+ (V2 - 5) / 3 = 0 eller, 15V2 - 15V1 + 3V2 + 5V2 - 25 = 0 -15V1 + 23V2 = 25 ……………….

Ved å løse to ligninger får vi verdien av V1 er 13.08V og verdien av V2 er 9.61V.

Kretsen ble videre konstruert og simulert i PSpice for å verifisere de beregnede resultatene med simulerte resultater. Og vi fikk de samme resultatene som beregnet ovenfor, sjekk de simulerte resultatene i bildet nedenfor:

Så dette er hvordan spenning ved forskjellige noder i kretsen kan beregnes ved hjelp av Nodal Voltage Analysis.