A rendszer dinamikáját , a port az a hely, amelyen keresztül a két összekapcsolt alrendszerek cserélnek energiát . Ez a hely lehet kifejezetten energiacserére tervezett műszaki eszköz, például egy háromfázisú elektromos áramkör négy kapcsa (amely megfelel a három fázisnak és a semlegesnek), vagy lehet absztraktabb vagy diffúzabb, mint a külső készlet az épület felületei, amelyek három lehetséges formában cserélnek hőt a környezettel ( vezetés, konvekció, sugárzás ).
A port fogalma szorosan kapcsolódik a dinamikus rendszerek modellezéséhez, és különösen az energiatakarékosságon alapuló modellezési módszerekhez, például a kapcsolási grafikonokhoz vagy a vonaldiagramokhoz . Az analógiák, mint például a Maxwell vagy a Firestone analízisei, lehetővé teszik a portok meghatározását a fizika minden területén (mechanika, elektromosság, mágnesesség, termika stb.).
Szigorúan véve egy adott rendszer esetében a környezettel folytatott minden energiacserét energia-tartományonként külön portoknak kell megvalósítani. A modellezési módszerek gyakorlatában azonban a mérnökök olyan modelleket építenek, amelyek egyszerűsítő feltételezéseket tesznek, amelyek bizonyos energiacserék elhanyagolásához vezethetnek, és ezért nem valósítják meg a megfelelő portokat.
A modellezési módszerek általában két változó mennyiséget társítanak egy porthoz: az egyik általános erőt, a másik pedig egy általános áramlást képvisel, úgy, hogy a kettő szorzata a port által kicserélt pillanatnyi teljesítmény. Ezeknek a mennyiségeknek a jelentése néhány fizikai tartományra vonatkozóan a következő táblázatban található:
Energia mező | Általános erőfeszítés | Általános áramlás |
---|---|---|
mechanikus fordítás | erő | lineáris sebesség |
mechanikus forgatás | párosít | szögsebesség |
elektromos | feszültség | jelenlegi |
hidraulikus | nyomás | térfogatáram |
mágneses | magnetomotoros erő | mágneses fluxus-variáció |
termikus | hőfok | hő- vagy entrópiaáramlás |
kémiai | kémiai potenciál | moláris áramlás |
A több portot tartalmazó komponenst vagy rendszerrészt multiportnak nevezzük .
A kikötő fogalmát Harold Wheeler és Dettinger vezette be 1949-ben az elektromos áramkörök elméletének részeként. Ezt követően Henry Paynter 1959-ben, a kapcsolási grafikonok keretein belül kiterjesztette a fizika más területeire (mechanika, hidraulika, termika stb.) .
Elektromos áramkör esetén a portot olyan terminálok halmazaként definiáljuk, amelyeknél a csomópontok törvényét ellenőrizzük. Az elektromos dipólus tehát egyetlen portot tartalmaz, míg egy elektromos transzformátor legalább kettővel rendelkezik. Hasonlóképpen, a szoros értelemben vett elektromos kvadrupolnak pontosan két portja van.
Általánosabban egy lineáris gráfban, a gráfelmélet értelmében vett bármely vágás igazolja az úgynevezett nodicitási tulajdonságot . Ez azt jelenti, hogy a gráf minden egyes összekapcsolt elemében a vágás által szabadon hagyott határok portot képeznek, az általánosított áramlások, amelyeket a vágás szélei hordoznak, igazolják a csomópontok törvényét.
A port fogalma alapvető a kapcsolati grafikonok elméletében . Valójában ennek az elméletnek minden eleme egy multiport, vagyis egy vagy több portot tartalmazó rendszer része. Két elem összekapcsolódik, ha portjaikat kötéssel ( kötéssel ) kötik össze . Bár általában az elmélet építőkövei tetszőleges számú portokkal rendelkező multiportok lehetnek, a leggyakoribb elemeknek fix és korlátozott számú portja van. Az alábbi táblázat meghatározza ezt a számot a fő elemcsaládok esetében:
Elem család | Szimbólum | Portok száma |
---|---|---|
Csomópontok | 0, 1 | ≥ 2 |
Források | Se, Sf | 1 |
Energia tároló | Én, C | 1 |
Ellenálló elemek | R | 1 |
Transzformátorok és girátorok | TF, GY | 2 |
Érzékelők | Feladó, Df | 1 |
Meg kell jegyezni, hogy bizonyos elemek, például források vagy transzformátorok modulálhatók: ebben az esetben egy további portot vezetnek be a modulációs jel vételére. Ez a típusú port (úgynevezett jelport ) egy másik összeköttetéssel van összekötve egy meghatározott kapcsolattal (az úgynevezett aktivált kapcsolattal ), és az a sajátossága, hogy nem cserél energiát. Ebben az esetben úgy tekintjük, hogy a jelhez tartozó teljesítmény elhanyagolható a többi porton kicserélt teljesítményhez képest.
A külön gerjesztett egyenáramú elektromos motor olyan eszköz, amely az elektromos energiát mechanikai energiává alakítja. Ezért ez egy multiport, amelynek az alkalmazott modellezési szinttől függően három-öt portja lehet:
esetleg kiegészítve:
A modellezési feltételezésektől függően a motor csak az első három portot tartalmazhatja. Más hipotézisek további portok bevezetéséhez vezethetnek. Például ha feltételezzük, hogy a motor rugalmasan kapcsolódik a keret, a kötési erőt tud működni , és ennek eredményeként az energia lehet keresztül kicserélt port 4. Hasonlóképpen, ha figyelembe vesszük a mechanikai veszteségek ( súrlódás ), mágneses (mágneses hiszterézis ), vagy a motor elektromos ( Joule-effektussal ) hatására az előállított hő az 5. porton keresztül kerül a környezetbe.