Tài liệu Mạch năng lượng doc

Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 8 CHỈÅNG 1 MẢCH NÀNG LỈÅÜNG ( MẢCH KIRHOF ) Khi cạc quạ trçnh chè phủ thüc vo thåìi gian (mä hçnh hãû thäúng) cn gàõn c sỉû lỉu thäng (chy, truưn âảt) giỉỵa nhỉỵng bäü pháûn ca hãû thäúng ta s gi l mä hçnh mảch, ạp dủng cạc bỉåïc xáy dỉûng mä hçnh toạn hc â nãu ta xáy dỉûng mä hçnh cho mäüt thiãút bë âiãûn, vç åí âáy cọ dng chy nàng lỉåüng - Ta cọ mä hçnh mảch nàng lỉåüng (mảch KF). §1. Mä hçnh mảch nàng lỉåüng 1. Âiãưu kiãûn mảch họa : Nhỉỵng âiãưu kiãûn cáưn phi tha mn âãø cọ thãø mä t quạ trçnh bàòng mä hçnh mảch (âãø quạ trçnh chè phán bäú theo thåìi gian - âãø quạ trçnh chè mä t bàòng hãû phỉång trçnh chè phủ thüc thåìi gian). a. Âäü di ca bỉåïc sọng trỉåìng âiãûn tỉì phi ráút låïn so våïi kêch thỉåïc TBÂ âãø cọ thãø coi quạ trçnh l tỉïc thåìi,váûn täúc truưn tỉång tạc ∞= µε = 1 v ; âáy l âiãưu kiãûn cå bn âãø b qua sỉû phán bäú khäng gian ca quạ trçnh m chè xẹt phán bäú thåìi gian, nãn quạ trçnh cọ tênh cháút thãú v cọ tênh cháút liãn tủc. b. Âäü dáùn âiãûn ε v âäü tỉì tháøm µ ca mäi trỉåìng ráút nh so våïi cạc váût dáùn ghẹp thnh TBÂ. Âiãưu kiãûn ny giụp b qua dng chy r qua mäi trỉåìng giỉỵa cạc váût dáùn, khàóng âënh tênh liãn tủc ca cạc dng dáùn. c. Chè quan tám âãún hỉỵu hản âiãøm trãn váût. 2. Nhọm â cạc hiãûn tỉåüng cå bn : Cạc hiãûn tỉåüng âiãûn tỉì ca TBÂ gäưm ráút nhiãưu v nhỉ tiãu tạn, têch phọng, tảo sọng, tảo xung, phạt cå nàng, biãún ạp, khúch âải, chènh lỉu, tạch sọng, vãư ngun tàõc l chỉa biãút hãút. Tuy váûy xẹt theo quan âiãøm nàng lỉåüng, qua thỉûc tiãùn cọ thãø phán têch mi quạ trçnh trao âäøi nàng lỉåüng thnh nhọm â cạc hiãûn tỉåüng cå bn sau âáy : a. Hiãûn tỉåüng tiãu tạn nàng lỉåüng ỉïng våïi vng tiãu tạn l vng biãún nàng lỉåüng âiãûn tỉì thnh cạc dảng nàng lỉåüng khạc nhỉ : cå, nhiãût nàng (tỉïc l vng tiãu thủ máút nàng lỉåüng ca TÂT). b. Hiãûn tỉåüng phạt ỉïng våïi vng (ngưn) phạt l vng biãún cạc dảng nàng lỉåüng khạc thnh nàng lỉåüng âiãû n tỉì. c. Hiãûn tỉåüng têch phọng nàng lỉåüng âiãûn trỉåìng ỉïng våïi vng kho âiãûn l vng nàng lỉåüng âiãûn tỉì táûp trung vo vng âiãûn trỉåìng ca mäüt khäng gian nhỉ cạc bn cỉûc tủ âiãûn hồûc ngỉåüc lải âỉa tỉì vng âọ tr lải ngưn TÂT. d. Hiãûn tỉåüng têch phọng nàng lỉåüng tỉì trỉåìng ỉïng våïi vng kho tỉì l vng nàng lỉåüng âiãûn tỉì têch tỉì trỉåìng vo khäng gian nhỉ lán cáûn mäüt cün dáy cọ dng âiãûn, hồûc âỉa tr tỉì vng âọ tråí lải ngưn TÂT. 3. Biãún trảng thại âo quạ trçnh : a. Biãún trảng thại cäng sút P : Mäüt cạch tỉû nhiãn cọ thãø chn cäng sút P lm biãún trảng thại âo quạ trçnh nàng lỉåüng âiãûn tỉì. Nhỉ váûy, nãúu cọ n vng nàng lỉåüng thç Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 9 cọ n biãún trảng thại P k (t), v våïi biãún ny trong hãû chè cọ mäüt phỉång trçnh cán bàòng l : trãn cå såí âënh lût bo ton nàng lỉåüng. Våïi phỉång trçnh ny khäng lm r âỉåüc bn cháút riãng ca tỉìng vng nàng lỉåüng, khäng mä t âỉåüc hnh vi tỉìng vng nàng lỉåüng vç säú phỉång trçnh bẹ hån säú biãún. ∑ = 0)t(P k b. Biãún trảng thại dng, ạp i(t), u(t) : Tỉì âiãưu kiãûn mảch họa cọ thãø dáùn ra biãún ạp u(t) l hiãûu âiãûn thãú giỉỵa hai âiãøm (thãø hiãûn tênh cháút thãú ca mảch) v dng i(t) chy dc sút mäùi bäü pháûn ca TBÂ (thãø hiãûn tênh liãn tủc). - Càûp biãún u k , i k trãn mäùi bäü pháûn TBÂ nãu r åí lán cáûn ca bäü pháûn áúy cọ mäüt quạ trçnh nàng lỉåüng âiãûn tỉì m ta âo cäng sút qua mäüt càûp biãún u k .i k = P k . - Ty theo bn cháút vng nàng lỉåüng m cọ quan hãû u k (i k ) khạc nhau. Quan hãû ny gi l phỉång trçnh trảng thại - nọ nọi lãn hnh vi riãng ca vng nàng lỉåüng. - Dng cạc biãún u(t), i(t) våïi nhỉỵng dảng phán bäú thåìi gian khạ räüng ri (liãn tủc hồûc råìi rảc, tiãưn âënh hồûc ngáùu nhiãn ) cọ thãø m họa nhỉỵng tin tỉïc dng vo mủc âêch âiãưu khiãøn, âo lỉåìng, thäng tin Váûy cọ thãø dng biãún dng, ạp âãø âo quạ trçnh nàng âäüng lỉåüng, truưn tin hồûc mä t hnh vi ca vng nàng lỉåüng. §2. Nhỉỵng pháưn tỉí cå bn ca mảch KF. Sau khi cọ âỉåüc cạc biãún âo quạ trçnh âỉåüc biãøu diãùn båíi cạc hiãûn tỉåüng cå bn, âãø cọ âỉåüc phỉång trçnh - mäúi quan hãû giỉỵa cạc biãún mä t hiãûn tỉåüng cå bn thç phi biãøu diãùn hiãûn tỉåüng cå bn bàòng cạc thäng säú âàûc trỉng. Tỉång ỉïng våïi nhọm cạc hiãûn tỉåüng cå bn âënh nghéa âỉåüc nhọm cạc pháưn tỉí cå bn. 1. Pháưn tỉí tiãu tạn - âiãûn tråí r (âiãûn dáùn g) : Quạ trçnh âiãûn tỉì trong TBÂ cọ hiãûn tỉåüng cå bn l tiãu tạn nàng lỉåüng (Tỉïc l biãún nàng lỉåüng TÂT thnh dảng nàng lỉåüng khạc nhỉ cå nàng, nhiãût nàng, họa nàng ) ta gi âọ l hiãûn tỉåüng tiãu tạn nàng lỉåüng. a. Phỉång trçnh trảng thại : Khi chè thưn tiãu tạn thç cäng sút tiãúp nháûn phi ln ln dỉång: p k = u k i k > 0. Nghéa l trong vng ny ạp v dng ln cng chiãưu, cọ thãø viãút phỉång trçnh trảng thại dỉåïi dảng quan hãû hm våïi hãû säú dỉång giỉỵa u r v i r : u r = r.i r hay i r = g.u r (1.1) quan hãû ny l âënh lût Äm â biãút. b. Thäng säú âiãûn tråí : Ta cọ p r = u r i r = ri r 2 suy ra 2 R R i p r = Tỉì âáy cọ thãø tháúy nghéa nàng lỉåüng ca thäng säú r chênh bàòng cäng sút tiãu tạn khi i r = 1A nọi lãn kh nàng tiãu tạn gi l âiãûn tråí cọ thỉï ngun l [Ω]=[V/A]. Tỉång tỉû ta cọ : 2 r R u p r 1 g == (1.3) gi l âiãûn dáùn våïi thỉï ngun l Simen S = [1/Ω] = [A/V]. c. Cạc âỉåìng âàûc trỉng ca pháưn tỉí r, g : Quan hãû u = ri l mäüt phỉång trçnh âải säú. Tỉïc l giỉỵa u, i trãn pháưn tỉí tiãu tạn cọ mäüt quan hãû hm xạc âënh, quan hãû u(i) biãøu diãùn bàòng hçnh hc gi l âàûc tênh Vol-Ampe ca pháưn tỉí tiãu tạn ty thüc vo tênh cháút ca r, g. Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 10 Khi r = const, ta cọ âiãûn tråí tuún tênh. Quan hãû u(i) l âỉåìng thàóng. Khi r = r(i) ⇒ ta cọ âiãûn tråí phi tuún. Lục ny quan hãû u(i) l âỉåìng cong. Kê hiãûu âiãûn tråí trong så âäư nhỉ hçnh v (h.1-1): p i i 0 u(i) r(i) u, r h.1-1 r u u(i) r(i) i u, r h.1-2 Âàûc tênh V-A. Âiãûn tråí tuún t ênh h. 1-3 :Âàûc tênh V- A . Âiãûn tråí phi tuún 2. Pháưn tỉí kho âiãûn - âiãûn dung C : a. Phỉång trçnh trảng thại kho âiãûn : Khi âàût ạp u lãn trãn hai váût dáùn ngàn cạch nhau båíi chán khäng hồûc âiãûn mäi âàût âäúi màût nhau thç trong lán cáûn càûp váût dáùn s xút hiãûn mäüt âiãûn trỉåìng. Trong nhỉỵng âiãưu kiãûn thäng thỉåìng âiãûn têch q nảp lãn cạc váût dáùn ty thüc âiãûn ạp u, tỉïc l cọ quan hãû q(u, u' ) gáưn âụng ta láúy q(u). Cáưn xạc âënh quan hãû giỉỵa u(i). Ta cọ : t u u q d t ) u (dq i ∂ ∂ ∂ ∂ == , gi hãû säú ca phỉång trçnh l âiãûn dung ca càûp váût dáùn hồûc ca kho âiãûn, k hiãûu l : u q )u(C ∂ ∂ = (1.4) → ∫ == idt C 1 u, d t d u Ci (1.5) l phỉång trçnh trảng thại ca kho âiãûn (lût Maxuel). b. Thäng säú âiãûn dung C : Âiãûn dung C l thäng säú âàûc trỉng cho kho âiãûn, tỉì u q C ∂ ∂ = tháúy r l thäng säú âàûc trỉng cho dung têch nảp âiãûn ca kho dỉåïi tạc dủng ca âiãûn ạp ( C bàòng q khi u = 1V). Nọ chè kh nàng nảp âiãûn têch ca tủ âiãûn, C cng låïn kh nàng nảp âiãûn têch ca tủ cng låïn. Vãư màût nàng lỉåüng cọ : dWe = pdt = u.i.dt = u.C.(du/dt).dt = u.C.du = C.du 2 /2 → C = 2dWe/du 2 . Âiãûn dung C bàòng hai láưn nàng lỉåüng âiãûn trỉåìng khi du 2 = 1V. C âo dung têch nảp nàng lỉåüng ca tủ, chè kh nàng nảp nàng lỉåüng - thỉï ngun ca C trong hãû SI l Fara (F). F = [C]/[V]=[A.s]/[V]=[s]/[Ω]. Ta k hiãûu tủ âiãûn trãn så âäư nhỉ hçnh v (h.1-4) : F = 10 6 µF = 10 9 nF = 10 12 pF. Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn c. Cạc âỉåìng âàûc tênh ca pháưn tỉí C Nãúu C = const, ta cọ kho tuún tênh. Khi C = C(u) ta cọ tủ phi tuún. Ta tháúy våïi cạc kho âiãûn (v kãø c kho tỉì ) cạc biãún u, i liãn quan nhau trong mäüt phỉång trçnh trảng thại vi têch phán h.1-4 u C i Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 11 i.Zudt C 1 Z,idt C 1 uhồûcu.yiy d t d u C, d t d u Ci =→===→== ∫∫ . Chè täưn tải quan hãû hm giỉỵa u våïi i chỉï khäng cọ quan hãû âàûc trỉng giỉỵa u våïi i - nọi cạch khạc khäng täưn tải mäüt âỉåìng âàûc tênh Volt - Ampe u(i) âàûc trỉng cho kho âiãûn (hồûc kho tỉì). M åí tủ âiãûn xạc âënh âỉåüc quan hãû âàûc trỉng (hm âàûc tênh) C(u) hay q(u) nhỉ hçnh v: h.1-5b : Tủ âiãûn phi tuúnh.1-5a :Tủ âiãûn tuún tênh 0 u C = cons t q(u) C q 0u q(u) C(u) C q 3. Pháưn tỉí kho tỉì - âiãûn cm L - häù cm M : a. Phỉång trçnh trảng thại kho tỉì : Khi dáy dáùn cọ dng âiãûn chảy qua thç sinh ra xung quanh nọ mäüt tỉì trỉåìng. Tỉì trỉåìng xung quanh mäüt dáy dáùn phủ thüc vo dng âiãûn qua nọ v nhỉỵng dng âiãûn trong cạc dáy dáùn khạc nãúu chụng cọ khäng gian gáưn nhau. Tỉïc l ψ k (i k , i l , ). Theo Len - Faraday : khi tỉì thäng biãún thiãn s xút hiãûn sút âiãûn âäüng cm ỉïng : d t d u k k ψ = . Trong âọ chiãưu dỉång u k , i k giäúng nhau tỉïc l ph håüp våïi chiãưu dỉång tỉì thäng ψ k theo quy tàõc vàûn nụt chai thûn. Trong quạ trçnh khäng quạ nhanh ta tháúy : ψ k = ψ k (i k , i l ) nãn cọ : dt di idt di i u l l kk k k k + ∂ ψ∂ ± ∂ ψ∂ = (1.5)  Hiãûn tỉåüng tỉû cm : K K K K u dt di i = ∂ ψ ∂ (1.6) Sút âiãûn âäüng sinh ra trong cün k chè do båíi sỉû biãún thiãn ca dng i k gi l sút âiãûn âäüng tỉû cm. Gi K K K L i = ∂ ψ∂ (1.7) l âiãûn cm cọ thỉï ngun Henry (H). Ta cọ phỉång trçnh trảng thại ca cün dáy l : ∫ == dt L u ihồûc dt di Lu K KK K K KK (1.8) Våïi toạn tỉí täøng tråí : d t d LZ = , toạn tỉí täøng dáùn : ∫ = dt. L 1 Y Âiãûn cm L nọi lãn kh nàng nảp tỉì thäng mọc vng lãn cün dáy ( L = ψ , khi i = 1A) nọ âo dung têch nảp tỉì thäng ca kho tỉì. Ngoi ra L cn âo dung têch nảp nàng lỉåüng ca kho tỉì. 2 L 2 L di dW .2L, 2 di .Ldi.i.Ldt.i. d t di .Ldt.i.udW ===== Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 12 Ta k hiãûu âiãûn cm L trãn så âäư nhỉ hçnh v (h.1-6). h.1-6 u L i Lỉu nãúu u K , i K chn chiãưu dỉång nhỉ nhau thç L > 0. Cọ thãø âàûc trỉng kho tỉì tỉû cm bàòng cạc âỉåìng cong âàûc tênh L(i) hồûc ψ(i). R rng khäng täưn tải âàûc tênh u(i) trãn cün dáy. − Khi L = const, ta cọ cün dáy tuún tênh, âiãûn cm tuún tênh (cün dáy li khäng khê) → ψ(i) cọ dảng âỉåìng thàóng nhỉ hçnh (h.1-7a). − Khi L = L(i), ta cọ cün dáy phi tuún, âiãûn cm phi tuún (cün dáy cọ li thẹp) → ψ(i) cọ dảng âỉåìng cong nhỉ hçnh (h.1-7b). h.1-7b : Cün cm phi tuúnh.1-7a : Cün cm tuún tên h 0 i L = cons t ψ(i) ψ L 0i ψ(i) L(i) ψ L  Hiãûn tỉåüng häù cm : Gi KL L K M i = ∂ ψ∂ (1.9) l hãû säú häù cm, thỉï ngun [H] thç KL L KL u d t di .M = (1.10) l âiãûn ạp häù cm (sââ häù cm), l ạp gáy ra trãn cün dáy k do sỉû biãún thiãn ca dng trãn nhạnh l. − Phỉång trçnh (1.10) l phỉång trçnh trảng thại häù cm giỉỵa hai cün dáy k v l. Toạn tỉí häù tråí : d t d ).i(MZ LKL = . − M l hãû säú ca toạn tỉí häù tråí v phỉång trçnh trảng thại. Nọ quút âënh tênh cháút tuún tênh hay phi tuún ca quan hãû. Nọ âo dung têch nảp tỉì thäng lãn kho tỉì cün dáy k båíi dng kêch thêch åí cün dáy l. Nọ cng cọ nghéa vãư màût nàng lỉåüng. Khi mäi trỉåìng tuún tênh thç M KL = M LK = M, d t di Mu, d t di Mu K ML L MK == , nàng lỉåüng nảp vo c hai kho l : )ii(d dW M)ii(d.M)diidii(Mdti.udti.udW LK LKKLLKLMLKMK =→=+=+= (1.11)  Dáúu ca hãû säú M, cỉûc tênh ca cün dáy : u K , i K cọ chiãưu dỉång theo quy tàõc vàûn nụt chai thûn thç ψ K > 0 nãn L ln dỉång. Chiãưu ca i L s quút âënh chiãưu ca ψ KL cng chiãưu hay ngỉåüc chiãưu våïi ψ KK v lục âọ M s dỉång hay ám trong biãøu thỉïc ạp chung trãn cün dáy k : Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 13 d t i M d t i Luuu LK KLKKK ∂ + ∂ =±= . Chiãưu ca ψ KL ty thüc vo chiãưu ca i L v chiãưu qún dáy. Nãn âãø xạc âënh dáúu ca ψ KL cng l dáúu ca M ngỉåìi ta quy âënh cạc nh chãú tảo phi âạnh dáúu cạc cỉûc cng tênh, l cạc cỉûc m nãúu cạc dng âiãûn cng vo âọ thç tỉì thäng tỉû cm v tỉì thäng häù cm cng chiãưu nhau. Vê dủ : Xẹt chiãưu ca tỉì thäng tỉû cm v häù cm ca cün dáy k våïi cün dáy l nhỉ hçnh v (h.1-8a,b) ψ KL ψ KK ψ LK i L ψ LL ∗ ∗ i K ψ KL ψ KK ψ LK i L ψ LL ∗ ∗ i K h.1 - 8a h.1 - 8b Khi chiãưu dng âiãûn i k , i l vo cạc cỉûc nhỉ hçnh v (h.1-8a) tảo ra chiãưu tỉì thäng tỉû cm cng chiãưu tỉì thäng häù cm nhỉ hçnh v thç cạc cỉûc âạnh dáúu ∗ l cạc cỉûc cng tênh. Lục ny : Tỉì thäng ca cün dáy k l : d t di M d t di Lunãn lk kklkkk +=ψ+ψ=ψ våïi M > 0. Khi 2 cün dáy k v l cọ chiãưu dng âiãûn i k , i l tảo ra cạc tỉì thäng tỉû cm ψ kk , ψ ll , tỉì thäng häù cm ψ kl , ψ lk cọ chiãưu nhỉ hçnh (h.1-8b) thç cạc cỉûc cọ dáúu ∗ l cỉûc cng tênh; v lục ny tỉì thäng ca cün dáy k l : d t di M d t di Lunãn lk kklkkk +=ψ−ψ=ψ våïi M < 0. Cọ thãø xạc âënh cỉûc cng tênh ca cạc cün dáy bàòng mäüt mảch thê nghiãûm nhỉ hçnh v (h.1-9). Ta âọng vo cün dáy l mäüt ngưn pin âãø tảo dng âiãûn i l . Trãn cün dáy k näúi vo mäüt Vänmẹt V âãø âo ạp häù cm. Nãúu âo tháúy ạp U a'b' > 0 thç a v a' (hồûc b v b') l cỉûc cng tênh. Nãúu U a'b' < 0 thç a v b', b v a' l cỉûc cng tênh. h.1-9 b' a' b a V K E Ta hay dng cäng thỉïc liãn hãû giỉỵa häù cm v tỉû cm hai cün dáy : 21 12 LL M K = Trong âọ : K l hãû säú ngáùu håüp giỉỵa hai cün dáy thỉåìng K < 1 vç bao giåì cng cọ mäüt pháưn tỉì thäng khäng khẹp mảch qua li thẹp, K cọ thãø âỉåüc tênh ra %. 4. Pháưn tỉí ngưn : Ngoi cạc pháưn tỉí thủ âäüng (R, L, C) trong thiãút bë âiãûn cn cọ hiãûn tỉåüng ngưn âãø phạt ra nàng lỉåüng TÂT cung cáúp hồûc trao âäøi våïi nhỉỵng bäü pháûn thủ âäüng. Ta mä t hiãûn tỉåüng ngưn bàòng pháưn tỉí ngưn (gi l pháưn tỉí têch cỉûc). Nọi chung khäng thãø láúy cäng sút phạt P t l biãún âàûc trỉng cho ngưn âỉåüc vç cäng sút p = u.i khäng nhỉỵng ty thüc vo ngưn m cn phủ thüc vo phủ ti nháûn nàng lỉåüng (vê dủ nhỉ khi khäng ti thç i = 0 nãn p = u.i cng phi bàòng 0). Cng khäng thãø âàûc trỉng ngưn bàòng c càûp biãún u, i vç u.i = p thç giäúng nhỉ chn biãún p. Cho nãn chè cọ thãø âàûc trỉng cho ngưn bàòng mäüt hm ạp u(t) hay e(t) hồûc mäüt hm dng i(t) hay j(t). Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn Giaùo trỗnh Cồớ sồớ Kyợ thuỏỷt õióỷn I Trang 14 ióửu naỡy phuỡ hồỹp vồùi thổỷc tóỳ thổồỡng chóỳ taỷo nhổợng nguọửn coi laỡ haỡm aùp nhỏỳt õởnh nhổ maùy phaùt õióỷn xoay chióửu, maùy phaùt soùng ỏm tỏửn, cao tỏửn, maùy bióỳn aùp, pin Cuợng coù thóứ chóỳ taỷo nhổợng nguọửn coi laỡ cung cỏỳp ra mọỹt haỡm doỡng nhỏỳt õởnh nhổ caùc maùy bióỳn doỡng Vỏỷy ta coù hai loaỷi nguọửn : nguọửn aùp (nguọửn Sõõ) vaỡ nguọửn doỡng. a. Nguọửn aùp u(t), nguọửn Sõõ e(t) : Nguọửn aùp u(t) hay nguọửn Sõõ e(t) laỡ nguọửn coù õỷc tờnh duy trỗ trón caùc cổỷc mọỹt haỡm aùp xaùc õởnh theo thồỡi gian, khọng phuỷ thuọỹc doỡng chaớy qua noù. Vóử mỷt vỏỷt lyù Sõõ chờnh laỡ cọng cuớa lổỷc nguọửn õóứ laỡm dởch chuyóứn õồn vở õióỷn tờch dổồng ồớ trong nguọử n tổỡ cổỷc coù thóỳ thỏỳp sang cổỷc coù thóỳ cao (cọng naỡy laỡ do cồ nng cuớa õọỹng cồ sồ cỏỳp quay maùy phaùt õióỷn taỷo ra). Vồùi õởnh nghộa nguọửn aùp nhổ vỏỷy ta coù phổồng trỗnh traỷng thaùi laỡ : u(t) = - e(t). (1.13). Bióứu dióựn nhổ hỗnh (h.1-10). e(t) Trong õoù chióửu cuớa e(t) trong nguọửn tổỡ nồi coù thóỳ thỏỳp õóỳn nồi coù thóỳ cao. Ngổồỹc laỷi aùp trón cổỷc maùy phaùt coù chióửu tổỡ õióứm õióỷn thóỳ cao õóỳn õióứm coù õióỷn thóỳ thỏỳp. Nóỳu nguọửn e(t) phaùt ra doỡng i(t) vồùi chióửu dổồng truỡng chióửu dổồng Sõõ e(t) thỗ cọng suỏỳt tióỳp nhỏỷn laỡ p = u.i = -e.i, vaỡ cọng suỏỳt phaùt ra laỡ p f = -p (theo õởnh luỏỷt baớo toaỡn) p f = -p = -(-e.i) = e.i (1.14) tổỡ cọng thổùc naỡy ta thỏỳy e laỡ thọng sọỳ õo khaớ nng phaùt cuớa nguọửn, noù chờnh bũng cọng suỏỳt phaùt ra khi nguọửn cho ra doỡng õióỷn 1A. u(t) h.1 - 10 Trón thổỷc tóỳ aùp u(t) trón cổỷc cuớa nguọửn phuỷ thuọỹc doỡng qua nguọửn nón coi u = e vồùi bỏỳt kyỡ doỡng naỡo qua nguọửn thỗ õoù laỡ nguọửn lyù tổồớng. Tổùc laỡ thổỷc tóỳ nóỳu phaới kóứ thóm tióu thuỷ khaù nhoớ trong nguọửn thỗ phổồng trỗnh traỷng thaùi cuớa nguọửn laỡ : u = e - r.i (1.15). Luùc naỡy bióứu dióựn nguọửn bũng sồ õọử hỗnh (h.1-11) i r e(t) u(t) h.1 - 11 Quan hóỷ u = e - r.i laỡ õỷc tờnh ngoaỡi cuớa maùy phaùt õióỷn nhổ hỗnh (h.1-12) i nm = e/ r 0 i h.1-12 ỷc tờnh ngoaỡi lyù thuyóỳ t 0 i ỷc tờnh ngoaỡi thổỷc tóỳ u, e u, e Caùc maùy õióỷn thổồỡng coù tờnh thuỏỷn nghởch. Khi i ngổồỹc chióửu e thỗ nguọửn seợ thu nng lổồỹng õióỷn tổỡ õóứ bióỳn ra caùc daỷng khaùc (cồ nng, nhióỷ t nng ) luùc naỡy p f = -e.i (1.16) nguọửn thaỡnh mọỹt phỏửn tổớ thu (õọỹng cồ õióỷn). Vỏỷy khi e, i cuỡng chióửu thỗ nguọửn seợ laỡ maùy phaùt õióỷn. b. Nguọửn doỡng j(t) : Nguọửn doỡng j(t) laỡ nguọửn coù õỷc tờnh laỡ cho ra mọỹt haỡm doỡng j(t) xaùc õởnh khọng tuỡy thuọỹc aùp trón caùc cổỷc. Tổỡ õoù dỏựn ra phổồng trỗnh traỷng thaùi cuớa nguọửn doỡng laỡ : i(t) = j(t) (1.17). Nguọửn doỡng õổồỹc bióứu dióựn nhổ hỗnh (h.1-13). j (t) i(t) h.1 - 13 Trổồỡng aỷi Hoỹc Baùch Khoa- Khoa ióỷn - Bọỹ mọn Thióỳt bở õióỷn Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 15 Trãn thỉûc tãú i(t) phủ thüc ạp trãn cỉûc, cho nãn âënh nghéa ngưn dng trãn l l tỉåíng. ÅÍ âáy chụng ta tháúy khäng täưn tải âàûc tênh V-A riãng ca ngưn dng vç cng j(t) â cho cọ thãø ỉïng våïi vä säú ạp trãn cỉûc. Tỉì phỉång trçnh trảng thại (1.17) tháúy toạn tỉí dáùn ca ngưn dng y = 0 nãn cạch näúi chênh tàõc ca ngưn dng l näúi thàóng vo cạc âènh ca så âäư, viãûc näúi tiãúp vo ngưn dng mäüt tråí hỉỵu hản l vä nghéa. Nãúu kãø âãún täøn tháút trong ngưn ta cọ thãø âi tỉì phỉång trçnh u = e - r.i → i = e/r - u/r → i = j - g.u (1.18) våïi j = e/r, g = 1/r. Tỉì âáy cọ så âäư biãøu diãùn nhỉ hçnh (h.1-14). i(t) g j (t) h.1 - 14 Våïi chiãưu dỉång u, j chn nhỉ hçnh v, ta s cọ ngưn d ng phạt ra cäng sút p f = -u.j. Tỉì cäng thỉïc ny tháúy r nghéa ca thäng säú j âo kh nàng phạt ca ngưn dng. Nọ chênh bàòng p f khi âàût dỉåïi âiãûn ạp 1V. c. Tênh tỉång âỉång ca hai loải ngưn : Tỉì hai så âäư ngưn ạp (h.1-11) v ngưn dng (h.1-14) suy ra hai så âäư trãn l tỉång âỉång nhau nãúu j = e/r, g = 1/r nghéa l khi cng ạp u (hay dng i) thç dng i (hay ạp u) ca hai så âäư l nhỉ nhau. Tỉì âáúy tháúy cạch biãún âäøi tỉång âỉång giỉỵa hai ngưn ạp, dng. R rng ty theo quan hãû giỉỵa âiãûn tråí trong ca ngưn nàng lỉåüng r v âiãûn tråí ca phủ ti R m mä t nọ bàòng ngưn Sââ hay ngưn dng. Khi âiãûn tråí trong r << R thç dng ngưn ạp, ngỉåüc lải khi tråí trong r ráút låïn thç dng ngưn dng. Dỉûa vo âàûc âiãøm âọ trong phng thê nghiãûm cọ thãø tảo ra nhỉỵng ngưn ạp våïi tråí trong nh. Ngỉåü c lải mún tảo ngưn dng ta phi tảo nãn âỉåüc täøng tråí trong ráút låïn. §3. Cạc lût ca mảch âiãûn - Hãû phỉång trçnh ca mảch 1. Lût KF 1 : Khi TBÂ tha mn âiãưu kiãûn mảch họa thç coi åí mäùi thåìi âiãøm t dng dáùn i(t) cọ giạ trë nhỉ nhau dc theo váût dáùn, dng âiãûn chy liãn tủc mäüt cạch tỉïc thåìi dc theo cạc váût dáùn. Âáy chênh l cå såí âãø dáùn ra âënh lût KF 1. a. Âënh lût KF 1 : " Täøng âải säú dng dáùn vo (hồûc ra) mäüt âènh triãût tiãu. Biãøu thỉïc : ∑ = 0i k Khi cọ c cạc ngưn dng båm vo âènh thç ngưn dng â biãút nãn ta âãø nọ åí vãú phi ca phỉång trçnh. ∑∑ = kk ji (1.19) b. nghéa ca âënh lût KF 1 : Lût KF1 cọ cạc nghéa sau âáy : - Nọ mä t tênh liãn tủc ca dng dáùn, nọi cạch khạc nọ l biãøu thỉïc âënh lỉåüng ca tênh liãn tủc. - Nọ âënh nghéa phẹp cäüng cạc biãún dng âiãûn tải cạc âènh. - Nọ xạc âënh kãút cáúu âènh (nụt) ca graph mảch âiãûn. c. Säú phỉång trçnh âäüc láûp viãút theo lût KF 1 : Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 16 Khi viãút phỉång trçnh KF 1 cáưn lỉu phỉång trçnh viãút phi âäüc láûp v säú lỉåüng phỉång trçnh phi viãút â. Ta xẹt säú phỉång trçnh â viãút theo lût KF 1 : nãúu mảch âiãûn cọ d âènh thç vãư ngun tàõc cọ thãø viãút âỉåüc d phỉång trçnh KF1 cho d âènh, nhỉng cáưn nhåï ràòng trong mäüt nhạnh, dng chy tỉì âáưu âãún cúi nãn dng âiãûn trong nhạnh våïi âènh âáưu l vo (dỉång) våïi âènh cúi l ra (ám), nãn viãút â d phỉång trçnh thç thỉìa 1 phỉång trçnh, tỉïc l phỉång trçnh ny cọ thãø suy ra tỉì (d-1) phỉång trçnh â viãút, nãn phỉång trçnh âọ khäng âäüc láûp. Vç váûy säú phỉång trçnh âäüc láûp viãút theo lût KF1 l : k 1 = d -1 (nãúu l graph âån liãn) hồûc k 1 = d - l (nãúu graph âa liãn - våïi l l säú liãn) (1.20). Cọ thãø tháúy säú phỉång trçnh âäüc láûp theo lût KF1 chênh bàòng säú cnh trãn cáy ca graph mảch âiãûn. 2. Âënh lût KF 2 : Våïi âiãưu kiãûn mảch họa s cọ sỉû phán bäú thãú dc cạc váût dáùn trong TBÂ. Vç váûy âi theo mäüt vng trãn TBÂ tråí lải âiãøm xút phạt s tråí lải thãú c våïi lỉåüng tàng thãú bàòng 0. Tỉì âọ cọ thãø phạt biãøu lût KF2 nhỉ sau : a. Lût KF 2 : " Täøng âải säú cạc sủt ạp trãn mäüt vng kên triãût tiãu" ∑∑∑ == kkk e u ,0 u (1.21) b. nghéa lût KF2 : - Nọ mä t tênh cháút thãú ca quạ trçnh nàng lỉåüng âiãûn tỉì trong TBÂ. - Nọ âënh nghéa phẹp cäüng cạc ạp nhạnh theo vng kên. - Nọ xạc âënh kãút cáúu vng ca mảch âiãûn. c. Säú phỉång trçnh âäüc láûp viãút theo KF2 Phỉång trçnh KF2 viãút theo vng, nãn säú phỉång trçnh âäüc láûp ỉïng våïi säú vng âäüc láûp. Trong mäüt mảch âiãûn säú vng âäüc láûp ỉïng våïi säú b cnh, bàòng k 2 = m - d +1 (nãúu graph âån liãn), k 2 = m - d + l (nãúu graph âa liãn, l l säú liãn), trong âọ m l säú nhạnh ca mảch âiãûn. Såí dé váûy vç mäùi b cnh ghẹp våïi cáy s tảo thnh mäüt vng kên âäüc láûp, nãn säú vng âäüc láûp chênh bàòng säú b cnh. Lỉu vng âäüc láûp l vng cọ êt nháút 1 nhạnh m cạc vng khạc khäng cọ, mäùi vng âäüc láûp cọ êt nháút mäüt b cnh m vng khạc khäng cọ. (säú vng âäüc láûp bàòng säú màõt lỉåïi trãn graph). Tỉì âiãưu kiãûn mảch họa suy ra hai âënh lût cå bn ca mảch âiãûn l âënh lût KF1 v KF2, hai âënh lût nọi lãn cáúu trục ca mảch âiãûn gäưm nhạnh, âènh, vng våïi kãú t cáúu khung ca TBÂ, våïi nhỉỵng phẹp tênh âải säú cạc biãún cng loải i hồûc u. Ta viãút âỉåüc m phỉång trçnh cho mảch. Nhỉ â biãút mảch cọ m biãún dng v m biãún ạp, váûy cn thiãúu m phỉång trçnh nỉỵa måïi â âãø gii ra cạc biãún, m phỉång trçnh cn lải s l m phỉång trçnh âënh lût Äm â biãút. 3. Âënh lût Äm : Âáy l âënh lût cho mäúi liãn hãû giỉỵa hai biãún khạc loải, nọ chênh l phỉång trçnh trảng thại, biãùu diãùn âỉåüc hnh vi riãng ca tỉìng vng nàng lỉåüng. Dảng biãøu thỉïc täøng quạt : u = Z.i (1.23). Trong âọ : Z l toạn tỉí. Vê dủ : Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn Giạo trçnh Cåí såí K thût âiãûn I Trang 17 Trãn vng tiãu tạn ; u = R.i → Z= R, Trãn vng âiãûn trỉåìng : ∫ = dt.i C 1 u c → Z C = ∫ dt. C 1 Trãn vng tỉì trỉåìng : d t di Lu L = → Z L = d t di L Hồûc i = Y.u (1.24). Trong âọ Y l toạn tỉí dáùn : Vng tiãu tạn : i = g.u = u. R 1 → Y R = R 1 = g. Vng âiãûn trỉåìng : d t d u .Ci C = → Y C = d t .d .C Vng tỉì trỉåìng : ∫ = udt L 1 i L → Y L = ∫ dt. L 1 4. Hãû phỉång trçnh biãún nhạnh ca lût KF : Våïi biãún säú l ạp nhạnh, dng nhạnh ta cọ cạc hãû phỉång trçnh mảch âiãûn nhỉ sau : a. Hãû phỉång trçnh mảch khi kêch thêch l ngưn ạp e(t) Xẹt så âäư mảch âiãûn cọ d âènh, m nhạnh thủ âäüng thç cọ 2m biãún dng, ạp nhạnh v kêch thêch l ngưn ạp näúi tiãúp trong cạc nhạnh, ta cọ hãû phỉång trçnh : ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = = ∑∑ ∑ kk k eu 0i ∑ ± = lklkkk i.Zi.Z u Trong âọ : toạn tỉí Z k nhạnh cọ dảng täøng quạt : ∫ ++= dt C 1 dt .d .LRZ k kkk Toạn tỉí häù tråí thỉåìng l häù cm cọ dảng : d t .d MZ klkl = . Mäùi ạp nhạnh cọ quan hãû toạn tỉí xạc âënh våïi dng nhạnh nãn cọ thãø láúy biãún l m dng nhạnh ta cọ hãû phỉång trçnh âỉåüc viãút lải dỉåïi dảng : ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ =± = ∑∑∑ ∑ klklkk k ei.Zi.Z 0i (1.25) b. Hãû phỉång trçnh mảch khi kêch thêch l ngưn dng j(t) Kêch thêch l nhỉỵng ngưn dng j(t) ghẹp song song vo m nhạnh thủ âäüng cọ toạn tỉí dáùn Y : Ta cọ hãû phỉång trçnh : ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = = ∑ ∑ ∑ 0u ji k kk kkk u .Yi = Nãúu láúy biãún l m ạp nhạnh ta cọ : ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = = ∑ ∑ ∑ 0u j u Y k kkk (1.26) c. Hãû phỉång trçnh mảch khi kêch thêch häùn håüp. Khi cọ c ngưn Sââ v ngưn dng ta cọ hãû phỉång trçnh : ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = = ∑∑ ∑ ∑ kk kk eu ji Trỉåìng Âải Hc Bạch Khoa- Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn