สามารถชาร์จปั๊มได้อย่างมีประสิทธิภาพ 100% จากส่วนประกอบที่เหมาะสมที่สุดหรือไม่?

คำถามล่าสุดเกี่ยวกับการชาร์จตัวเก็บประจุแบบ cyclically ทำให้ฉันนึกถึงสิ่งที่ฉันอ่านครั้งหนึ่ง อย่างที่ฉันจำได้มันแสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างปั๊มชาร์จที่มีประสิทธิภาพ 100% พร้อมส่วนประกอบในอุดมคติ แต่ก็เป็นไปได้ที่จะสร้างตัวแปลงบูสเตอร์ประสิทธิภาพสูง 100% พร้อมตัวเหนี่ยวนำถ้าส่วนประกอบนั้นเหมาะสม

สิ่งนี้สะท้อน (ไม่มีการเล่นสำนวนเจตนา) กับคนอื่นหรือไม่? มีวิธีใดที่จะแสดงหรือปฏิเสธความจริงในเรื่องนี้?

ต้องมีความชัดเจน: เราจะสมมติว่าเรามีส่วนประกอบที่เหมาะ ฉันรู้ว่าไม่มีวงจรจริงจะมีประสิทธิภาพ 100% กับส่วนประกอบจริง ไดโอดอาจไม่มีแรงดันไฟฟ้าตก ทรานซิสเตอร์อาจเป็นสวิตช์ในอุดมคติที่ไม่ใช้พลังงานในการเปลี่ยนสถานะ สายอาจมีความต้านทานเป็นศูนย์

มันเป็นเรื่องของความเป็นคู่ ด้วยองค์ประกอบที่สมบูรณ์แบบคุณสามารถสร้างตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าประเภท SMPS (= โดยใช้ตัวเหนี่ยวนำเพื่อทำงาน) คุณไม่สามารถสร้างตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติได้โดยใช้ตัวเก็บประจุแบบสวิตช์ (กำลังบิน) นั่นไม่ใช่จักรวาลที่ไม่เป็นธรรมต่อตัวเก็บประจุ: คุณสามารถสร้างตัวแปลงกระแสไฟฟ้าในอุดมคติโดยใช้ตัวเก็บประจุแบบสวิตช์ซึ่งไม่สามารถใช้ตัวเหนี่ยวนำได้

ฉันไม่สามารถคำนวณคณิตศาสตร์จากหัวของฉันได้ แต่ปัญหาเกี่ยวกับตัวเก็บประจุและแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเป็นดังนี้: ใช้แหล่งกำเนิดแรงดันที่มีอิมพิแดนซ์ของแหล่งที่มาที่แน่นอน (= ตัวต้านทานอนุกรม) เชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับมันและโหลดเป็นเวลาไม่สิ้นสุด (เวลา จำกัด ใด ๆ ก็ทำได้เช่นกัน) คำนวณปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปในตัวต้านทานซีรีย์เป็นฟังก์ชันของความต้านทาน ตอนนี้ทางคณิตศาสตร์ใช้ขีด จำกัด ของสูตรที่ทวีความต้านทานเป็นศูนย์ คุณจะพบว่าการสูญเสียพลังงานจะยังคงเหมือนเดิม โดยสังเขปนี้เป็นเพราะตัวต้านทานขนาดเล็กทำให้เกิดกระแสโหลดเริ่มต้นที่สูงขึ้นและด้วยเหตุนี้การสูญเสียRI ^{2 ที่}สูงขึ้น

สรุปการจัดการ: คุณไม่สามารถเชื่อมต่อแหล่งแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติกับตัวเก็บประจุได้เนื่องจากจะส่งผลให้เกิดกระแสไม่สิ้นสุดซึ่งเป็นไปไม่ได้ในตัวเองและจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งจะทำลายจักรวาล (แค่ล้อเล่นโปรดจำไว้ว่านี่คือการจัดการ สรุป). แต่คุณสามารถเข้าใกล้อุดมคตินี้ได้ใกล้เคียงกับที่คุณต้องการและผลลัพธ์จะยังคงเหมือนเดิม: พลังงานจำนวนหนึ่งคงที่หายไปในขณะที่ชาร์จตัวเก็บประจุ ดังนั้น: เจ้านายขออภัยไม่มีตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าตัวเก็บประจุแบบลอยตัวที่เหมาะสม

ปั๊มประจุที่ไม่เหนี่ยวนำไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ 100% เมื่อจ่ายโหลดแรงดันคงที่จากแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ ปั๊มประจุเหนี่ยวนำแบบไม่เหนี่ยวนำที่ทำจากส่วนประกอบในอุดมคติอาจมีประสิทธิภาพ 100% ถ้าแหล่งกำเนิดกระแสและรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้ามีความสัมพันธ์ที่เหมาะสมกับกระแสโหลดและรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้า เป็นไปได้ที่แหล่งกำเนิดหรือแรงดันโหลดจะเป็น DC คงที่ แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง (ยกเว้นในเรื่องเล็กน้อยที่แรงดันไฟฟ้าทั้งสองเท่ากันและปั๊มประจุไม่ต้องทำอะไร)

หมายเหตุ: ปั๊มชาร์จที่มีแหล่งจ่ายกระแสภายในอาจมีประสิทธิภาพ 100% ในการแปลงกำลังไฟฟ้าเข้าจากแหล่งจ่ายแรงดันคงที่เป็นโหลดแรงดันคงที่ภายนอกด้วยพลังงานใด ๆ ที่ดึงจากแหล่งจ่ายกระแสภายในภายในหนึ่งรอบ แทนที่ในวันถัดไป ในทางกลับกันเช่นแหล่งที่มาในปัจจุบันก็จะเกิดขึ้นของตัวเหนี่ยวนำ

สำหรับตัวเพิ่มบูสเตอร์คุณสามารถออกแบบชิ้นส่วนที่มีส่วนประกอบในอุดมคติและสมการทั้งหมดยังคงสมเหตุสมผลโวลต์และกระแสยังคง จำกัด อยู่ จากแรงดันและกระแสเหล่านี้คุณจะได้รับประสิทธิภาพ 100%

ปั๊มที่ชาร์จด้วยความต้านทานศูนย์จรจัดนั้นไม่สามารถวิเคราะห์ด้วยวิธีนี้ได้ จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณเชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่สมบูรณ์แบบเข้ากับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบผ่านสวิตช์ที่สมบูรณ์แบบ กำลังพยายามคำนวณผลลัพธ์ปัจจุบันในการหารด้วยศูนย์ ปัญหาเดียวกันนี้ใช้กับการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่สมบูรณ์แบบสองตัว

ให้บอกว่าเรามีตัวเก็บประจุที่จ่ายไฟแรงดันที่กำหนดและเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าของแรงดันสูงผ่านตัวต้านทาน ให้สมมติว่าตอนนี้เราปล่อยให้มันชาร์จเต็มที่ (ไม่สนใจสักครู่ที่ทำเช่นนั้นจะใช้เวลาไม่ จำกัด ) เราพบว่าการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทานไม่เปลี่ยนประสิทธิภาพพลังงานทั้งหมดที่ดึงมาจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ายังคงเหมือนเดิม ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างแรงดันเริ่มต้นของตัวเก็บประจุและแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดแรงดัน ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กนำไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นจะพุ่งไปที่ 100% เนื่องจากความต่างของแรงดันไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์

ในปั๊มชาร์จของเราไม่มีเวลาในการชาร์จ / คายประจุที่ไม่สิ้นสุดดังนั้นความต้านทานจะส่งผลต่อประสิทธิภาพ แต่เมื่อความต้านทานมีค่าเป็นศูนย์ประสิทธิภาพ

ประจุที่ถูกถ่ายโอนในแต่ละสวิตช์จะสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุโดยตัวเก็บประจุ ในการถ่ายโอนกระแส จำกัด เฉลี่ยไปยังโหลดเราจำเป็นต้องถ่ายโอนประจุ จำกัด ต่อรอบหรือเราต้องมีจำนวนรอบไม่สิ้นสุด

ดังนั้นการสร้างปั๊มชาร์จที่มีประสิทธิภาพ 100% ของคุณจะต้องมีตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ไม่ จำกัด หรือมีความถี่ในการสลับสูง

มันขึ้นอยู่กับว่าเราไปไกลแค่ไหนกับ "องค์ประกอบในอุดมคติ" หากไดโอดมีแรงดันตกไปข้างหน้า 0 โวลต์ BJTs มีค่าฐานที่ 0 โวลต์ความอิ่มตัวของ 0 โวลต์และกระแสที่ไม่มีที่สิ้นสุดในปัจจุบันและ FET มีค่าเกตของเกต 0 โวลต์และ Rds 0 โอห์มมันอาจเป็นไปได้มาก เป็นไปได้ที่จะตระหนักถึงปั๊มการเปลี่ยนแปลงที่มีประสิทธิภาพ 100%

แม้ในกรณีของบูสเตอร์คอนเวอร์เตอร์มันจะไม่มีประสิทธิภาพ 100% ยกเว้นว่าสวิตช์ FET และไดโอดแบ็คแบ็คเหมาะอย่างยิ่งในแง่ที่ฉันอธิบายไว้ข้างต้น ตัวเหนี่ยวนำก็จะต้องมี DC _Rที่เท่ากับ 0