Energie overdracht door elektrische stroom

[wnvl1]

Ik heb het volgende schema aangemaakt in PSpice. Lamp heeft een impedantie van 1 Ohm. Transmissielijn heeft een karakteristieke impedantie van 10 Ohm. Transmissie lijn heeft doorlooptijd van 1s. Dus heel lang.
De transmissielijn is afgesloten met een open keten (weerstand van 1000 MOhm). Om de 10 seconden genereer ik een puls van 1s met amplitude 10V.

Code: Selecteer alles

* source TEST
V_V1         N00694 0 6Vdc
R_R1         N00694 N00699  10k TC=0,0 
R_R2         N00699 0  10k TC=0,0 
R_R4         N01387 0  1000M TC=0,0 
T_T1         N02120 0 N01387 0 Z0=10 TD=1  
R_R5         N02095 N02120  1 TC=0,0 
V_V3         N02095 0  
+PULSE 0 10 0 1e-9 1e-9 1 10

Rood is het input signaal van de spanningsbron. Blauw is de spanning over de lamp. Je ziet dus dat de lamp direct gaat branden. In de periode dat er geen spanning is gaat de lamp de helft van de tijd nog branden. Dat is allemaal ook heel gemakkelijk te beredeneren zonder berekening lijkt mij. Als de karakteristieke impedantie een beetje overeenkomt met de configuratie van de heen en terug draad. Daar heb ik mij nu niet met bezig gehouden, ik heb willekeurig een karakteristieke impedantie gekozen. Op zich gaat deze oplossing m.i. redelijk dicht in de buurt liggen van wat je bekomt als je de wetten van Maxwell helemaal exact gaat oplossen.

[Professor Puntje]

Kijk - hier wordt het interessant! Geen verhaaltjes of vermoedens maar simulaties of berekeningen. Alleen begrijp ik nog niet goed wat wat is in het getekende circuit. Ook ben ik benieuwd naar simulaties op basis van de wetten van Maxwell. Misschien heeft wnvl1 of iemand anders daar wel toegang tot, want ik ben zelf niet actief in de wetenschap of in het onderwijs en kon geen toepasselijk simulatiepakket vinden dat vrij toegankelijk is.

[ukster]

Gesimuleerd in Microcap!

pulsen.png (7.69 KiB) 944 keer bekeken

[wnvl1]

Kijk - hier wordt het interessant! Geen verhaaltjes of vermoedens maar simulaties of berekeningen. Alleen begrijp ik nog niet goed wat wat is in het getekende circuit.

In mijn schema heb je links de batterij met schakelaar. R5 is een weerstand van 1 Ohm en stelt de lamp voor (ook al is een lamp eigenlijk geen lineaire weerstand). T1 is de transmissielijn met een doorlooptijd van 1s. De lengte is dus meer dan 100 000 km. R4 is gewoon een hele grote weerstand die een open keten voorstelt. Ik denk dat je voor Spice daar wel iets moet zetten en het niet open mag laten staan. Je kan de evaluatie versie van PSpice gratis downloaden.

Voor de mensen die minder thuis zijn in elektronica. Transmissielijnen worden gebruikt wanneer de afmetingen van de lijnen en componenten van de grootteorde zijn van de golflengte van spanningen en stromen. Klassiek is dat dus in de hoogfrekwenttechniek. Je kan dat bvb ook gebruiken voor golfvoortplanting in glasvezels. Ook voor radiogolfpropagatie en voor antenne berekeningen gebruik je dat. Het vergt wel wat inspanning om dat volledig te doorgronden.

[wnvl1]

Gesimuleerd in Microcap!

Geeft wel mooie figuren. Is ook gratis zie ik.

[wnvl1]

Ook ben ik benieuwd naar simulaties op basis van de wetten van Maxwell. Misschien heeft wnvl1 of iemand anders daar wel toegang tot, want ik ben zelf niet actief in de wetenschap of in het onderwijs en kon geen toepasselijk simulatiepakket vinden dat vrij toegankelijk is.

Daar ben ik ook nieuwsgierig naar. Ik weet niets.

[HansH]

Kijk - hier wordt het interessant! Geen verhaaltjes of vermoedens maar simulaties of berekeningen.

Die simulatie is gebaseerd op een ideaal model waarbij je de zaak modelleert als een delay en een reflectie. De reflectie is bepaald door de karakteristieke impedantie en de afsluit impedantie. als je het ding precies afsluit aan 2 kanten met de karakteristieke impedantie dan wordt er niets gereflecteerd via het uiteinde en komt er dus niets terug naar de ingang. Als je het open laat wordt alles gereflecteerd. probeer maar eens met bronmpedantie=10ohm, karakteristieke impedantie=10ohm en afsluitweerstand op node 3=10ohm.

Zoals al eerder gezegd kun je dit model afleiden op basis van een oneindige serie van L en C (en met verlies ook nog een R)
L is dan de zelfinductie per meter lengte en C is de capaciteit per meter lengte. en die L en C zijn dan weer een representatie van differentiaalvergelijkingen en die differentiaalvergelijkingen kun je uiteindelijk weer terugherleiden tot de maxwell vergelijkingen en poynting vectoren.

[HansH]

kon geen toepasselijk simulatiepakket vinden dat vrij toegankelijk is.

zie hier:
https://www.analog.com/en/design-center ... lator.html

delayline.zip

(790 Bytes) 50 keer gedownload

LTspice is een van de mooiste en gratis simulatiepakketten voor elektro en elektronica. Kun je echt hele uitgebreide dingen mee simuleren tot digitale state machines aan toe. en een hele handige grafische interface.

[HansH]

hier trouwens als je hem karakteristiek afsluit aan 2 kanten.

[HansH]

en dan kun je ook delay lines achter elkaar zetten op de manier zoals het bedoeld is zonder reflecties.

delayline1.zip

(1016 Bytes) 47 keer gedownload

[flappelap]

Ik heb niks toe te voegen maar lees wel geïnteresseerd mee

[Professor Puntje]

Ik ga mijn argumenten niet meer herhalen. De Maxwell vergelijkingen zijn (op kwantumeffecten na) exact, maar berekeningen aan de hand van "lumped components" zijn op versimpelingen gebaseerde benaderingen. De nu gegeven simulaties zijn dus zonder meer een stap vooruit, maar we zijn er nog niet omdat de ruimtelijke energiestromen door de ruimtelijke elektromagnetische velden bepaald worden. Lumped components geven daar een valse voorstelling van. Je zou wel vanuit de gevonden spanningen en stromen weer ruimtelijke elektromagnetische velden kunnen berekeningen, maar ook dan blijft dat een benadering.

[HansH]

berekeningen aan de hand van "lumped components" zijn op versimpelingen gebaseerde benaderingen. De nu gegeven simulaties zijn dus zonder meer een stap vooruit, maar we zijn er nog niet omdat de ruimtelijke energiestromen door de ruimtelijke elektromagnetische velden bepaald worden. Lumped components geven daar een valse voorstelling van.

Toch gebruikt de hele wereld dit soort modellen om lange leidingen en coax kabels te berekenen en te simuleren, maar geen maxwell vergelijkingen. Dus om nu te stellen dat Lumped components een valse voorstelling geven gaat mij iets te ver.

Ik zit zelf in dit vakgebied en wij gebruiken dit oa voor het berekenen van elektromagnetische en elektrostatische velden op bv printen van switch mode power supplies. En je mag van mij aannemen dat daar behoorlijke velden zijn die spanningen en stromen induceren,

[wnvl1]

Die transmissielijn wordt gemodelleerd als oneindig veel infinitesimal kleine capaciteiten en inductanties, dus dat is minder lumped dan je denkt. Binnenin de lijn herleidt dat zich perfect tot de wetten van maxwell. Dat lang stuk met twee draden gaat 100% perfect gemodelleerd zijn. Aan de uiteinden van de transmissielijn is het een beetje benaderend maar niet slecht.

[Professor Puntje]

Die uiteinden zijn precies de plaatsen waar het verloop van de elektromagnetische energiestromen voor dit topic interessant en relevant is. Een lange dunne transmissielijn zal op de aangegeven wijze best goed te modelleren zijn, maar daar valt dan ook verder weinig aan te beleven. Vanwege de symmetrie heeft de elektromagnetische energiestroom daar immers weinig keus. Waar de batterij en de lamp eraan hangen daar is het interessanter.