Sähköpiirien vianmääritysten hallinta

Kun virtapiiri pysähtyy suunnitellusti, syy voidaan haudata toisiinsa liitettyjen osien sokkeloon. Mesh-analyysi tarjoaa systemaattisen, yhtälöpohjaisen lähestymistavan virheiden paikantamiseen luottavaisin mielin. Murtamalla virtapiiri suljetuiksi silmukoiksi ja soveltamalla Kirchhoff-jännitelakia (KVL), teknikot voivat laskea odotettavissa olevat virtaukset ja verrata niitä mitattuihin arvoihin, joiden avulla voidaan tunnistaa aukot, shortsit tai vialliset osat. Laajennettu opas kulkee teorian läpi, askel askel-askeleelta, käytännön vianmääritysesimerkkejä ja kehittyneitä vinkkejä, joilla verkkoanalyysi voidaan muuttaa luotettavaksi diagnostiseksi välineeksi.

Silmäanalyysin perusteet

Mikä on Mesh?

Silmä on suljettu silmuka, joka ei sisällä mitään muuta silmukaa sen sisällä. Laatapiirissä (yksi vedetty ilman ylitysjohtoja), jokainen . Windowpane. Esimerkiksi piiri, jossa on kaksi vastusta sarjassa ja jännitelähde muodostaa yhden silmän; lisäämällä rinnakkaisoksa luo toisen silmän. Tunnistaminen silmät on ensimmäinen askel kohti kirjoittamista riippumattomia yhtälöitä.

Kirchhoff... Jänniteoikeus Meshesissä

KVL toteaa, että algebrallinen summa kaikkien jännite laskee noin suljettu silmuka on nolla. Vuonna silmä-analyysi, voit kulkea silmukan valittuun suuntaan (yleensä myötäpäivään) ja summa jännite voitot (positiivinen) ja pudotukset (negatiivinen) kun risti vastuksia, lähteitä ja muita elementtejä. Tuloksena on lineaarinen yhtälö kunkin silmän. Solving järjestelmä tuottaa tuntemattomia verkkovirtaa.

KVL:n perusteellisempi tarkastelu on [Khan Academy.

Mesh-analyysin vaiheittainen menettely

Vaihe 1: Tunnista ja merkitse kaikki silmät

Piirikaaviossasi hahmottele jokainen riippumaton verkko. Käytä myötäpäivään nuolta jokaisen silmukan sisällä. Merkitse ne [M[]1, []M[]2, []. Jos piiri sisältää []]n[] silmät, kirjoita n yhtälöitä.

Vaihe 2: Määrittele verkkovirrat

Määrittele virtamuuttuja ([]]I1, []I[]2, ... ][[]]) kullekin silmälle. Säännöksen mukaan verkkovirrat virtaavat aina nuolen suuntaan. Todelliset haaravirrat ovat vierekkäisten verkkovirtojen algebrallinen summa.

Vaihe 3: Kirjoita KVL- yhtälöt jokaiselle silmälle

Mesh 1:n osalta lasketaan yhteen jännite, joka kulkee polkunsa kaikkien osien yli. Vastusten osalta käytetään Ohm.s lakia, jossa on verkkovirta tämän vastuksen kautta (joka voi sisältää osuuksia lähiverkoista).

Esimerkki[ (kaksi mesh-piiri vastoilla R[1, [[R[[[]]R[[[[]]]R[[[[]]3 ja jännitelähde [V[]:[[[
R[[V[[]R[[[[]R[[[[]]][[[[[]]]]]]]]]]

Vaihe 4: Ratkaise yhtälöjärjestelmä

Sinulla on nyt joukko lineaarisia yhtälöitä. Ratkaise ne käyttämällä korvaus, matriisi menetelmiä (Cramer. s sääntö), tai laskin. Tulos antaa kunkin silmän virtaus ampeereja.

Vaihe 5: Laske haaravirrat ja solmujännitteet

Määritetään verkkovirtaa käyttäen todellinen virta jokaisen osan läpi. Jaetulle vastuksen haaravirta = I1 ]I[2 (tai päinvastoin, riippuen suunnasta). Lasketaan jännite jokaisen vastuksen ja solmujännitteen välillä suhteessa maahan.

Vaihe 6: Vertaa laskettuja arvoja odotettuihin tai mitattuihin arvoihin

Ota todelliset jännite- ja virtalukemat viallisesta piiristä (käyttäen yleismittaria). Vertaa niitä analytiikan tuloksiin. Merkittävät poikkeamat. Kuten haara, joka kuljettaa 2 A mutta osoittaa 0 A. Piste tiettyyn vika-paikkaan.

Mesh Analysis in harmihaku: Käytännön esimerkkejä

Esimerkki 1: Avaa virtapiiri Resistor Branch -haarassa

Harkitse kolmen messinki virtapiiri. Tehdäksesi verkkoanalyysin, odotat 50 mA:n kautta 100 Ω takaisinkytkentävastuksen. Yleismittari lukee 0 mA. Tarkista silmäyhtälöt uudelleen: jos vastus on auki, todellinen virta on nolla ja verkkovirrat jaetaan uudelleen. Vertaamalla mitattuja ja laskettuja virtauksia voit vahvistaa, että vastus on avoin komponentti ilman, että se desolderoidaan. [Kaikki Tietoja Circuits tarjoaa yksityiskohtaisen verkkoanalyysin esimerkin[], joka voidaan mukauttaa tähän skenaarioon.

Esimerkki 2: Lyhyt ympyrä komponenttia pitkin

Oikosulkukondensaattori paljastaa itsensä epätavallisen korkea virta silmä sisältää että kondensaattori. Oletetaan analyysi ennustaa 10 mA suodatinhaarassa, mutta mittaat 200 mA. Recomputing silmä yhtälöt nolla- ohm lyhyt, että haara tuottaa paljon korkeampi virta. Epäsuhta vahvistaa lyhyen. Mesh analyysi auttaa myös paikantamaan, mikä osa on oikosulku, jos useita epäiltyjä osia on olemassa.

Esimerkki 3: Viallinen jännitelähde

Jos jännitelähde laskee nimellisarvonsa alapuolelle (esim. 12 V 15 V:n sijasta), jokainen verkkovirta on suhteellisesti pienempi. Silmäyhtälöiden ratkaiseminen todellisen mitatun lähdejännitteen kanssa antaa viallisten lukemien mukaisia virtauksia. Tämä vahvistaa lähteen syyksi, ei toissijaiseksi kuormitusvaikutukseksi.

Yhteinen pitfalls ja miten välttää niitä

Virheelliset nykyiset suuntatehtävät

Silmävirran määrittäminen epäjohdonmukaisesti johtaa KVL-yhtälöiden virheisiin. []Käytä aina myötäpäivään jokaisen silmän nuolia[ yhdenmukaisen käytännön ylläpitämiseksi. Jos sinun on käännettävä suunta, huomaat selvästi muutoksen ja säädät merkkejä vastaavasti.

Allekirjoita virheet jännitepisaroissa

Vastus on positiivinen[, kun verkkovirta kulkee positiivisesta negatiiviseen päätepisteeseen (nuolisuunnassa). Jos vieressä oleva verkkovirta virtaa vastakkaiseen suuntaan, nettovirta on erotus. Tarkista kaksi kertaa kunkin termin osalta: R[]].[[]]I[1 .]I[]2), jos molemmat verkkovirrat ylittävät vastuksen.

Unohtakaa ottaa huomioon riippuvuuslähteet

Riippuvilla lähteillä (esim. jänniteohjatuilla jännitelähteillä) varustetut virtapiirit edellyttävät lisärajoitinyhtälöä, joka liittyy säätömuuttujaan verkkovirtoihin. Tämän huomiotta jättäminen tuottaa alimääritetyn järjestelmän.

Kehittyneet tekniikat: Mesh-analyysi riippuvaisilla lähteillä

Kun virtapiiri sisältää riippuvaisen lähteen, sitä on käsiteltävä itsenäisenä lähteenä kirjoitettaessa KVL-yhtälöitä, mutta sen arvon ilmaiseminen virtavirta- tai jännitearvona. Esimerkiksi virtaohjatun jännitelähteen, jonka hyöty on []k[] (V = []]k[[]]]]]i[[]x]x) ottaa käyttöön ylimääräisen muuttujan.Valvontavirta []]I[[]x.]x.Tämä järjestelmä on ilmaistava verkkovirtojen yhdistelmänä. Tuloksena oleva järjestelmä pysyy lineaarisena ja voidaan ratkaista samoilla matriisimenetelmillä.

Mesh Analysis vs. Nodal Analysis for Vianmääritys

Molemmat menetelmät ovat vahvuuksia. Mesh-analyysi on helpompaa, kun piiri on monia rinnakkaisia oksia tai virtalähteitä, koska se suoraan ratkaisee virtaukset. Nodal analyysi toimii paremmin monia sarjan osia tai jännitelähteitä maahan. Virheiden analysointi, silmäanalyysi on usein suositeltavaa, koska useimmat viat ilmentyvät nykyisten poikkeavuuksien (avaukset, shortsit, ylikuormitukset). Kuitenkin kokenut teknikot käyttävät molempia rinnakkain. Esimerkiksi, voit käyttää silmä-analyysin epäilyksen lyhyen, sitten nodal analyysi vahvistaa jännite putoaa yli oikosulkukomponentti. Elektroniikka Tutoriaalit tarjoaa vertailun solmujen ja methods.

Käytännön vinkkejä tehokkaaseen vianmääritys

  • Aina piirtää tarkka piirikaavio[ ennen kuin aloitat analyysin. Sisällytä kaikki komponenttiarvot ja liitokset. Pieni kirjoitusvirhe voi aiheuttaa tuntien sekaannusta.
  • Käytä laskentatyökaluja[] suurille järjestelmille. A+ SPICE simulaatio tai matriisin ratkaisija (esim., MATLAB, Python NumPy) voi ratkaista 10-mesh yhtälöt sekunnissa. Tarkista käsilaskelmat näillä työkaluilla, jos mahdollista.
  • Menettele ja vertaa kiihdytys.[ Jos virtapiiri on monimutkainen, luotaa avainsolmut ensin (esim., syöttökiskot, kriittiset signaalireitit). Käytä silmäanalyysin tuloksia ennustaaksesi jännitettä noissa solmuissa ja tarkistaaksesi ne nopeasti.
  • Irrota vika poistamalla oksat.[] Jos silmäanalyysi osoittaa epäilyttävän virran tietyssä silmässä, irrota kyseinen oksa tilapäisesti (jos turvallinen) ja mittaa uudelleen.
  • Keskeytä vianmäärityslokia[] kunkin komponentin mitatuista vs. lasketuista arvoista. Kuviot (esim. kaikki virtaukset yhdessä silmässä ovat vinossa) nopeuttavat diagnoosia.
  • Yhdistä silmä-analyysi yksinkertaiseen jatkuvuuden tarkistamiseen. Avoin piiri näyttää nollavirtaa silmässä; lyhyt näyttää liiallista virtaa.

Päätelmät

Mesh-analyysi muuntaa kaoottisen piirin ratkaisemattomaksi algebrallisten yhtälöiden sarjaksi. Vertaamalla laskettuja haaravirtoja ja jännitteitä reaalimaailman mittauksiin, voit nollata avoimilla vastoilla, oikosuluissa kondensaattoreilla, epäonnistuneilla lähteillä tai rikkoutuneilla jäljillä nopeammin kuin arvaustyöllä. Perusteiden hallinta.KVL, merkkikäytännöt ja yhtälön ratkaiseminen.Maksuu pois joka kerta, kun kohtaat toimintahäiriön. Jatko-opintoa varten voit tutustua oppikirjoihin piirianalyysistä (esim. ] Sähköpiirit Nilsson & Riedel[]) tai verkkoresurssit kuten [ Sähköinen 4U2] verkkoanalyysiohje[.