Théorème de transfert de puissance maximale

Le théorème de transfert de puissance maximale n'est pas tant un moyen d'analyse qu'une aide à la conception du système. En termes simples, la quantité maximale de puissance sera dissipée par une résistance de charge lorsque cette résistance de charge est égale à la résistance Thevenin/Norton du réseau fournissant la puissance. Si la résistance de charge est inférieure ou supérieure à la résistance Thevenin/Norton du réseau source, sa puissance dissipée sera inférieure au maximum.

C'est essentiellement ce qui est visé dans la conception des émetteurs radio, où l'« impédance » de l'antenne ou de la ligne de transmission est adaptée à l'« impédance » finale de l'amplificateur de puissance pour une puissance de sortie radiofréquence maximale. L'impédance, l'opposition globale au courant alternatif et continu, est très similaire à la résistance et doit être égale entre la source et la charge pour que la plus grande quantité d'énergie soit transférée à la charge. Une impédance de charge trop élevée entraînera une faible puissance de sortie. Une impédance de charge trop faible entraînera non seulement une faible puissance de sortie, mais également une surchauffe de l'amplificateur en raison de la puissance dissipée dans son impédance interne (Thevenin ou Norton).

Exemple de transfert de puissance maximum

En prenant notre exemple de circuit équivalent à Thevenin, le théorème de transfert de puissance maximale nous dit que la résistance de charge entraînant la plus grande dissipation de puissance est égale en valeur à la résistance de Thevenin (dans ce cas, 0,8 ) :

Avec cette valeur de résistance de charge, la puissance dissipée sera de 39,2 watts :

Si nous devions essayer une valeur inférieure pour la résistance de charge (0,5 Ω au lieu de 0,8 , par exemple), notre puissance dissipée par la résistance de charge diminuerait :

La dissipation de puissance a augmenté à la fois pour la résistance de Thevenin et le circuit total, mais elle a diminué pour la résistance de charge. De même, si on augmente la résistance de charge (1,1 au lieu de 0,8 par exemple), la puissance dissipée sera également inférieure à ce qu'elle était à 0,8 exactement :

Si vous conceviez un circuit pour une dissipation de puissance maximale à la résistance de charge, ce théorème serait très utile. Après avoir réduit un réseau à une tension et une résistance Thevenin (ou un courant et une résistance Norton), vous définissez simplement la résistance de charge égale à cet équivalent Thevenin ou Norton (ou vice versa) pour assurer une dissipation de puissance maximale à la charge. Les applications pratiques de ceci pourraient inclure la conception de l'étage final de l'amplificateur de l'émetteur radio (cherchant à maximiser la puissance délivrée à l'antenne ou à la ligne de transmission), un onduleur connecté au réseau chargement d'un panneau solaire ou d'une conception de véhicule électrique (en cherchant à maximiser la puissance délivrée au moteur d'entraînement).

Une puissance maximale ne signifie pas une efficacité maximale

Le théorème de transfert de puissance maximale ne : Le transfert de puissance maximum ne coïncide pas avec le rendement maximum. L'application du théorème de transfert de puissance maximale à la distribution de courant alternatif n'entraînera pas une efficacité maximale ou même élevée. L'objectif d'un rendement élevé est plus important pour la distribution de courant alternatif, qui impose une impédance de générateur relativement faible par rapport à l'impédance de charge.

Semblables à la distribution d'alimentation CA, les amplificateurs audio haute fidélité sont conçus pour une impédance de sortie relativement faible et une impédance de charge de haut-parleur relativement élevée. En tant que rapport, « impédance de sortie » : « impédance de charge » est appelée facteur d'amortissement , généralement compris entre 100 et 1 000.

Le transfert de puissance maximum ne coïncide pas avec l'objectif du plus faible bruit. Par exemple, l'amplificateur de radiofréquence de bas niveau entre l'antenne et un récepteur radio est souvent conçu pour le bruit le plus faible possible. Cela nécessite souvent une inadéquation de l'impédance d'entrée de l'amplificateur à l'antenne par rapport à celle dictée par le théorème de transfert de puissance maximale.

AVIS :

• Le théorème de transfert de puissance maximale indique que la quantité maximale de puissance sera dissipée par une résistance de charge si elle est égale à la résistance Thevenin ou Norton du réseau d'alimentation.
• Le théorème de transfert de puissance maximale ne fait pas satisfaire l'objectif d'une efficacité maximale.

FICHE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les théorèmes de Thevenin, Norton et de transfert de puissance maximale