Bài giảng giải tích mạch

LỜI NĨI ĐẦU Bài giảng mơn Giải Tích Mạch trình bày kiến thức mang tính chất tổng quát hóa để sinh viên hiểu rõ phương pháp khảo sát xác định thông số đặc trưng cho mạch điện Nội dung môn học bao gồm vấn đề sau: Các phần tử mạch, phần tử nguồn độc lập phụ thuộc Các định luật mạch điện Các phương pháp giải mạch chế độ xác lập: phương trình điện nút, phương trình dịng mắt lưới Các định luật phương pháp giải mạch bắt đầu khảo sát từ mạch môt chiều (DC) với phần tử điện trở mở rộng mạch xoay chiều với phần tử R,L,C tổng trở phức Công suất, hệ số công suất, giản đồ vector phase mạch điện pha pha với tải pha cân không cân Với thời gian 45 tiết, môn học trình bày chương: Chương trình bày chung cấu trúc thông số vật lý đặc trưng tính chất mạch điện Định nghĩa phân loại Phần Tử Nguồn Phần Tử Tải Các định luật mạch điện (Định luật Kirchhoff 2) Chương trình bày phương pháp giải mạch chiều (mạch DC) chế độ xác lập Trọng tâm chương trình bày phương pháp giải mạch dùng xác định thông số vật lý (dịng, áp, cơng suất, điện năng) cho phần tử mạch Trong sinh viên cần ý đến phương pháp điện nút phương pháp dòng mắt lưới phương pháp giải mạch xây dựng sớ định luật Kirchhoff Trong chương trình bày thêm nguyên lý tuyến tính, phương pháp xếp chồng, mạch tương đương Thévénin hay Norton phương pháp giải mạch thường áp dụng kỹ thuật điện tử Chương tổng qt hóa kiến thức mạch xoay chiều hình sin: biểu thức tức thời, độ lệch pha, vector pha Fresnel, giá trị hiệu dụng cơng suất trung bình tiêu thụ phần tử mạch Trọng tâm chương phương pháp giải mạch xoay chiều áp dụng giản đồ vector pha hoăc định luật bảo tồn cơng suất Khái niệm Hệ Số Công Suất biện pháp điều chỉnh nâng cao Hệ Số Công Suất mạch Tải xoay chiều pha Chương trình bày phương pháp biến đổi toán giải mạch dùng phương pháp hình học (giản đồ vector pha) sang phương pháp đại số (dùng số phức) Trong chương tóm tắt phép tính số phức cần thiết sử dụng giải tích mạch Sinh viên cần hiểu rõ ý nghĩa đại lượng vật lý biểu diễn dạng phức Chương áp dụng kiến thức trình bày chương để giải mạch xoay chiều hình sin Đây phương pháp giải mạch xác lập sử dụng môn học sau: Máy điện, Điện Tử Chương định nghĩa tổng quát Nguồn Áp pha Cân Bằng Các phương pháp đấu, thông số đặc điểm nguồn áp pha cân Phương pháp giải mạch pha cho trường hợp Tải cân Tải khơng cân bằng, từ đưa đến toán phân bố Tải pha khảo sát môn Cung Cấp Điện Sau chương sinh viên nên giải tập để lý luận áp dụng nội dung lý thuyết đồng thời luyện tập kỹ khảo sát mạch điện Có thể xem mơn Giải Tích mạch môn học sở lĩnh vực Kỹ Thuật Điện Kỹ Thuật Điện Tử Người Biên soạn NGUYỄN-THÊ-KIỆT GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 01 – KHÁI NIỆM VỂ MẠCH ĐIỆN  Trang CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỆN – CÁC PHẦN TỬ MẠCH: Trước khảo sát các đinh ̣ nghiã bản về mạch điện, cầ n quan tâm và nhắ c lại các ý niệm vật lý bản sau: Trong vâ ̣t dẫn điê ̣n, các điê ̣n tử (electron) nằ m tầ ng ngoài cùng của nguyên tử có khả di chuyể n dưới tác dụng nhiê ̣t tại nhiệt độ môi trường thông thường Các điện tử này đượ c gọi là “ electron tự do” Trong vâ ̣t liê ̣u cách điê ̣n, electron tầ ng ngoài cùng không chuyể n động tự Tấ t cả các kim loại đề u là chấ t dẫn điê ̣n Dòng điện là dòng chuyể n động thuầ n nhấ t của các electrons qua vâ ̣t dẫn Mạch điện là một mạch vòng hình thành một cách liên tục (không gián đoạn) bởi các vâ ̣t dẫn, cho phép dòng electrons qua một cách liên tục, không có điể m mở đầ u và không có điể m kế t thúc Mạch điện đượ c gọi là gián đoạn (hở mạch) các vâ ̣t dẫn không tạo thành mạch vòng khép kín và các electrons không thể di chuyể n liên tục qua chúng Trong hin ̀ h H1.1 trin ̀ h bày cấ u trúc của một dạng mạch điện đơn giản Trong hin ̀ h H1.2 trin ̀ h bày sơ đồ khố i mô tả một dạng mạch điện dùng truyề n tải Dây dẫn Nguồ n Thiế t bi ̣ chuyể n đổ i Hình H1.2: Sơ đồ khố i của mạch điện đơn giản dùng truyề n tải Tải Khí cụ đóng ngắ t mạch Nguồ n Pin Tải Đèn Hin ̀ h H1.1: Mạch điện đơn giản Mach điện đượ c tạo thành bởi các phầ n tử nguồ n và các phầ n tử tải Các phầ n tử này đượ c liên kế t với bằ ng các dây dẫn Trong một số trường hợ p đặc biệt: Nguồ n đượ c nố i kế t đế n thiế t bi ̣ chuyể n đổ i trước đế n Tải Thiế t bi ̣ chuyể n đổ i đơn giản có thể là máy biế n áp, hay thiế t bi ̣ biế n đổ i tầ n số trước cấ p đế n Tải Phầ n tử Nguồ n bao gồ m các phầ n tử biế n đổ i các dạng lượng năng, hóa năng, quang thành điê ̣n ( máy phát điện, pin , accu ) Phầ n tử Tải là các phầ n tử nhâ ̣n điê ̣n và chuyể n hóa thành các dạng lượng khác nhiệt (điện trở) , (động điện) hóa (bin ̀ h điện giải ) … Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 CHƯƠNG 01 – KHÁI NIỆM VỂ MẠCH ĐIỆN  + 1.2 CẤU TRÚC CỦA MẠCH ĐIỆN : Trang Mach điện đượ c tạo thành dự a các khái niệm sau: - GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  R1 E1 b - a c + Nhánh Nút Vòng Mắ t lưới R2 E2 + NHÁNH : là một đường đó chứa một hay nhiề u phầ n tử đấ u nố i tiế p với E3 - CHÚ Ý: theo đinh ̣ nghiã vừa trin ̀ h bày, một nhánh có thể chứa phầ n tử nguồ n lẫn phầ n tử tải, xem hin ̀ h H1.3 R4 NÚT : là giao điể m của tổ i thiể u ba nhánh một mạch điện R3 C d L Hin ̀ h H1.3: Cấ u trúc của mạch điện Mạch điện hin ̀ h H1.3 có nhánh và nút Các nút bao gồ m: a, b, c và d Các nhánh bao gồ m: ab , ac , ad, bc, bd và cd Trên nhánh ac chứa phầ n tử Nguồ n Áp E1 nố i tiế p với điện trở R1 , tương tự nhánh ad chứa phầ n tử Nguồ n Áp E3 nố i tiế p với điện trở R4 Trên nhánh cd chứa phầ n tử cuộn dây có điện cảm là L nố i tiế p với điện trở R3 Trên các nhánh: ab, bc và bd chỉ chứa nhấ t một phầ n tử Nhánh bc chỉ có nhấ t phầ n tử Nguồ n Áp E2 Nhánh bd chỉ có nhấ t phầ n tử tụ điện có điện dung C CHÚ Ý: Khi dùng phầ n mề m Pspice hay NI Multisim để phân tích mạch, theo đinh ̣ nghiã riêng được qui đinh ̣ bởi các phầ n mề m: nút được xem là giao điể m của hai nhánh Đinh ̣ nghiã này chỉ áp dụng cho các phầ n mề m và không được dùng môn học giải tích mạch d (a) L + + - R4 b c a - c R2 E2 E3 R4 + - R3 C + R1 E1 R2 E2 E3 - b a + + c R2 + R1 E1 - b a - R1 E1 - + VÒNG : là tâ ̣p hợp nhiề u nhánh tạo thành ̣ kín và qua mỗi nút nhấ t một lầ n R3 C d + - L (b) E2 R4 R3 C E3 d L (c) Hình H1.4: Các cách thức xác đinh ̣ chọn vòng mạch điê ̣n cho trước Trong hin ̀ h H1.4 trin ̀ h bày các cách thức tự chọn một vòng bằ ng cách kế t hợ p các nhánh có sẵn mạch để tạo thành một hệ kin ́ Tùy thuộc vào phương pháp chọn tổ hợ p các nhánh, với một mạch cho trước có thể hin ̀ h thành nhiề u vòng khác Trong hin ̀ h H1.4 (a) vòng đượ c tạo thành bởi các nhánh : ac , cb, bd và da Trong hin ̀ h H1.4 (c) vòng đượ c tạo thành bằ ng cách liên kế t các nhánh : ac ; cd và da Khi tạo thành vòng một mạch cho trước, vòng không cầ n phải liên kế t hế t toàn bộ các phầ n tử mạch Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 CHƯƠNG 01 – KHÁI NIỆM VỂ MẠCH ĐIỆN - + GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  b + - a - E2 E3 R4 R3 C d c R2 + Trang MẮT LƯỚI : đượ c xem là vòng bản Nói cách khác Mắ t lưới là một vòng, mà bên vòng này không tìm được vòng nào khác R1 E1  Trong hin ̀ h H1.5, trin ̀ h bày mắ t lưới hay vòng bản chứa mạch Khi nhin ̀ vào mạch điện, nế u thấ y đượ c ô thì có bấ y nhiêu mắ t lưới tương ứng Cách thức chọn nhánh để tạo thành mắ t lưới hoàn toàn giố ng cách thức chọn nhánh để tạo thành vòng L Hin ̀ h H1.5: Các mắ t lưới chứa mạch điê ̣n 1.3 CÁC ĐẠI LƯỢ NG VẬT LÝ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA MẠCH ĐIỆN : Các tin ́ h chấ t của mạch điện đượ c đặc trưng bởi đại lượ ng : Dòng điện Điện Áp Công suấ t Điện Mạch điện đượ c tạo thành từ các phầ n tử mạch đượ c gọi là phầ n tử mạch bản lý tưởng Phầ n tử mạch bản lý tưởng là mô hình toán học của phầ n tử thực sự là: pin, accu hay đèn đố t tim… Các phầ n tử mạch bản lý tưởng biể u diễn tính chấ t của các phầ n tử thực một cách chính xác đế n mức chấ p nhâ ̣n được Giải tić h mạch dự a vào công cụ toán học để dự đoán tính chấ t, cách thức hoạt động của các phầ n tử mạch bản lý tưởng tạo thành mạch điện Phầ n tử mạch bản lý tưởng có ba thuộc tin ́ h:    Có hai đầ u để có thể liên kế t với các phầ n tử khác mạch ̣ tính theo toán học thông qua các Đượ c mô tả hay đinh đại lương dòng và áp Phầ n tử này không thể tách hay phân chia để tạo thành các phầ n tử khác Từ bản đượ c dùng đế n với ngụ ý: phầ n tử mạch không thể đượ c tách hay chia thành nhiề u phầ n tử khác Phầ n tử mạch bản lý tưởng thường đượ c biể u diễn tổ ng quát bằ ng hộp đen có hai đầ u ra, còn đượ c gọi là phầ n tử lưỡng cực, xem hin ̀ h H1.6 Hin ̀ h H1.6: Phầ n tử mạch bản lý tưởng 1.3.1 DÒNG ĐIỆN : Dòng tức thời i(t) qua một phầ n tử là hàm số phụ thuộc vào biế n số thời gian t Dòng điện i(t) đượ c đinh ̣ nghiã là tố c độ biế n thiên của lượng điê ̣n tích dq qua tiế t diê ̣n của phầ n tử khỏang thời gian khảo sát dt it  dq  t  dt (1.1) Đơn vi ̣ đo của điện tić h [q] = [Coulomb] ; [t] = [s] ; [ i ] = [A] Hiện tượ ng vật lý sau trin ̀ h bày bản chấ t của dòng điện qua vật dẫn Dùng len (hay dạ) cọ xát vào sáp, các điện tić h âm tić h sáp và các điện tić h dương tić h len Khi dùng dây dẫn nố i liề n sáp đế n tấ m len, các điện tić h âm từ sáp theo dây dẫn đế n tấ m len và trung hòa điện tić h Hiện tượ ng này chấ m dứt toàn bộ các điện tić h giữa hai vật thể đượ c trung hòa Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 01 – KHÁI NIỆM VỂ MẠCH ĐIỆN  Trang LEN SAÙP - - - - - - - - - - - - LỰC HẤP DẪN + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + DOØNG ĐIỆN TÍCH ÂM - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - DÂY DẪN - - - HÌNH H1.7: Chủ n đợng điê ̣n tích âm dây dẫn để trung hòa điê ̣n tích các vâ ̣t nhiể m điê ̣n Mục đić h của mạch điện là di chuyể n điện tić h với tố c độ mong muố n dọc theo đường đinh ̣ trước Sự chuyể n động của điê ̣n tích tạo thành dòng điê ̣n Dòng dich ̣ chuyể n của các điê ̣n tích dây dẫn cho thấ y đượ c khái niệm dòng điện hin h tha nh dây dẫn ̀ ̀ dq + + Hướng của dòng điê ̣n được qui ước ngược với hướng chuyể n dich ̣ của các electron (điện tić h âm) Như vậy hướng của dòng điê ̣n là hướng chuyể n dich ̣ của điê ̣n tích dương A + THÍ DỤ 1.1: Cho điện tić h qua phầ n tử xác đinh ̣ thỏa quan hệ: q  t   6t2  12t a/ Tim ̀ dòng điện i tại thời điể m t = và t = 3s mC b/ Tim ̀ tổ ng điện tić h truyề n qua phầ n tử khoảng thời gian từ lúc t= 0s đế n t = 3s GIẢI: a/ Áp dụng quan hệ (1.1) suy ra: i  t   Như vậy: Lúc t  ; i  t   12 mA t 0 dq  t  d  6t  12t  12t  12 dt dt   mA  và lúc t  3s ; i  t   12  12  24 mA t 3 b/ Từ quan hệ của q theo thời gian t đã cho đầ u bài, lượ ng điện tić h truyề n qua phầ n tử đượ c xác đinh ̣ theo phép tin ́ h sau : Q  qt 20 t  3s  qt t 0  6t  12t   32  12  18 mC THÍ DỤ 1.2: i [A] Cho giá tri ̣ tức thời của dòng cấ p lượ ng vào bin ̀ h accu đượ c ghi nhận bằ ng đồ thi ̣ trin h ba y theo hin ̀ ̀ ̀ h bên 18 16 12 Xác đinh ̣ tổ ng điện lượ ng cấ p vào bin ̀ h khoảng thời gian ghi nhận theo đồ thi.̣ 10 GIẢI: Từ quan hệ (1.1), ta có: dq  t   i  t  dt Như vậy khoảng thời gian từ t = ks (kilo giây) đế n t =20 ks; điện lượ ng đượ c xác đinh ̣ theo quan hệ sau: 14 t [ks] 10 15 20 Q t  20 t0 dq  t 20 t0 i  t  dt Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 01 – KHÁI NIỆM VỂ MẠCH ĐIỆN  Trang Đế n đây, bài toán có thể đượ c giải theo một hai phương pháp sau: PHƯƠNG PHÁP 1: Áp dụng giải tić h Viế t hàm số dòng điện i(t) theo từng khoảng thời gian Dùng tić h phân xác đinh ̣ (công thức Newton-Leipniz) xác đinh ̣ Q PHƯƠNG PHÁP 2: Áp dụng ý nghiã hin ̣ ̀ h học của tić h phân xác đinh Trong trường hợ p đồ thi ̣ i(t) là các đoạn thẳ ng đơn giản, giá tri ̣ Q thự c chấ t là diê ̣n tic ́ h của hình phẳ ng giới hạn bởi đồ thi,̣ trục hoành và các đường thẳ ng song song trục tung cắ t trục hoành tại t = và t = 20 ks Kế t quả nhận đượ c thí dụ này là : Q 1  8    14  10  14  20   20  110  85  215 kC 2 1.3.2 ĐIỆN ÁP : Theo tin ̉ h điện, điê ̣n thế tạo tại một điể m là công cầ n thiế t để di chuyể n điê ̣n tích +1 C từ điể m ở xa vô cực đế n vi ̣ trí khảo sát Điện thế của điể m ở xa vô cự c đượ c qui ước bằ ng 0V Khảo sát dòng chuyể n dich ̣ của các điện tić h vật dẫn đưa đế n khái niệm về dòng điện Khi điện tić h di chuyể n vật dẫn theo hướng đinh ̣ trước, chắ c chắ n phải cầ n đế n công hay lượ ng đượ c cấ p từ môi trường bên ngoài Hiê ̣u Điê ̣n Thế hay Điê ̣n Thế chênh lê ̣ch giữa hai đầ u A, B của phầ n tử mạch bản lý tưởng là công cầ n thiế t để di chuyể n một đơn vi ̣ điê ̣n tích ngang qua phầ n tử v AB  v A  vB  dw dq (1.2 ) Trong đó : vAB : hiệu điện thế giữa hai điể m A, B vA : điện thế tại điể m A vB : điện thế tại điể m B Hiê ̣u Điê ̣n Thế giữa hai điể m A,B còn đượ c gọi là Điê ̣n Áp giữa hai điể m A, B Trong hin ̀ h H1.8 trin ̀ h bày dòng qua phầ n tử mạch và áp đặt ngang qua hai đầ u của phầ n tử mạch bản lý tưởng Áp vAB chính là hiê ̣u điê ̣n thế giữa hai đầ u phầ n tử hay còn đượ c gọi là áp rơi đă ̣t ngang qua hai đầ u phầ n tử Hướng qui chiế u của dòng i qua phầ n tử từ đầ u có điê ̣n thế cao (ký hiệu qui ước dùng dấ u +) đế n đầ u có điê ̣n thế thấ p ( ký hiệu qui ước dùng dấ u  ) Các dấ u (+) hay (-) đượ c ghi tại các đầ u của phầ n tử mạch bản lý tưởng đượ c gọi là dấ u qui chiế u của điê ̣n áp A i B A + vAB - B i + vAB - HÌNH H1.8: Dòng và Áp đă ̣t ngang qua hai đầ u của phầ n tử mạch bản lý tưởng Trong quá trin ̀ h giải tić h mạch, hướng qui chiế u của dòng và dấ u qui chiế u của áp một phầ n tử mạch đượ c thự c hiện hin ̀ h H1.8 Dòng i và áp vAB có giá tri ̣ đại số Nế u giá tri ̣ tin ́ h đượ c cho dòng i  thì hướng của dòng đúng theo hướng qui chiế u đã đượ c biể u diễn Ngượ c lại nế u giá tri ̣ tin ́ h đượ c cho dòng i  thì hướng của dòng ngượ c với hướng qui chiế u đã đượ c biể u diễn Nế u giá tri ̣ tin ́ h đượ c cho áp v AB  thì dấ u qui chiế u của áp đúng theo dấ u qui chiế u đã đượ c biể u diễn Nói cách khác áp v AB  , điện thế tại A sẽ cao điện thế tại B Ngươc lại nế u giá tri ̣ tin ́ h đượ c cho áp v AB  thì điện thế tại A sẽ thấ p điện thế tại B Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 01 – KHÁI NIỆM VỂ MẠCH ĐIỆN  Trang Từ quan hệ (1.2) cầ n chú ý đế n tin ́ h chấ t sau: v AB  v A  vB    vB  v A    vBA THÍ DỤ 1.3: (1.3) Giả sử phầ n tử bản lý tưởng hin ̀ h bên có tin ́ h chấ t sau: iAB  Điện thế tại A cao điện thế tại B và áp v AB  10 V B A + - vAB  Dòng qua phầ n tử từ A đế n B và iAB  A iBA = - A iAB = A B A Khi biể u diể n giá tri ̣ bằ ng số cho áp và dòng qua phầ n tử có thể trin ̀ h bày theo hin ̀ h H1.9 + vAB = 10 V A - B + - vBA = - vAB = -10 V Hin ̀ h H1.9: Biể u diễn giá tri ̣ áp và dòng qua phầ n tử mạch 1.3.3 CÔNG SUẤT : Với đinh ̣ nghiã đã trin ̀ h bày nội dung trên: áp đă ̣t ngang qua hai đầ u phầ n tử mạch là công cầ n thiế t để di chuyể n điê ̣n tích + 1C từ đầ u này sang đầ u còn lại Nói cách khác áp đă ̣t ngang qua hai đầ u phầ n tử là nguyên nhân tạo thành dòng qua phầ n tử Như vậy, áp đặt ngang qua hai đầ u phầ n tử đượ c xem là điê ̣n (hay công) di chuyể n điê ̣n tích +1C ngang qua phầ n tử Gọi p(t) là công suấ t tiêu thụ hay hấ p thu bởi phầ n tử, p(t) chính là điê ̣n tiêu thụ hay hấ p thu bởi phầ n tử một đơn vi ̣ thời gian Từ quan hệ (1.2), suy ra: Điê ̣n tiêu thụ bởi phầ n tử là: dw  v  t  dq Công suấ t tiêu thụ bởi phầ n tử : p  t   dw dq  v t  v t it dt dt (1.4) Các đơn vi ̣ đo gồ m : [v]=[V] ; [i] = [A] ; [p] = [W] Công suấ t p(t) có giá tri ̣ thay đổ i theo biế n thời gian đượ c gọi là công suấ t tức thời Công suấ t tiêu thụ hay phát bởi phầ n tử phụ thuộc vào giá tri ̣dương hay âm của tić h số dòng và áp đặt ngang qua phầ n tử , xem hin ̀ h H1.10 Khi trì hướng qui chiế u của dòng và dấ u qui chiế u của áp phầ n tử mạch bản lý tưởng đúng hin ̀ h H1.8 và H1.10 i(t) i(t) B A + V(t) - p  t   v  i  i  t         n tiêu công t B A + - V(t) p  t   v  i  i  t         n công t t Nế u giá tri ̣ công suấ t tin ́ h đượ c p  t   thì phầ n tử tiêu thụ hay đượ c cấ p công suấ t Hình H1.10: Trạng thái thu hay phát công suấ t của phầ n tử mạch bản Ngượ c lại nế u công suấ t tin ́ h đượ c p  t   thì phầ n tử phát công suấ t Tóm lại muố n xác đinh ̣ công suấ t tiêu thụ hay phát bởi phầ n tử cầ n chú ý đế n cách ghi dấ u qui chiế u của áp đặt ngang qua hai đầ u phầ n tử và hướng qui chiế u của dòng qua phầ n tử , xem hin ̀ h H1.11 i(t) i(t) B A + V(t) - n tiêu công t B A + V(t) n t công t Hin ̀ h H1.11: Các chế độ tiêu thụ và phát công suấ t Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 01 – KHÁI NIỆM VỂ MẠCH ĐIỆN  Trang Như vậy, tùy theo cách ghi dấ u qui chiế u áp và hướng qui chiế u của dòng cho phầ n tử, nế u phầ n tử chế độ phát công suấ t và giá tri ̣tin ́ h đượ c p  t   thì phầ n tử thực sự phát công suấ t Ngượ c lại nế u phầ n tử chế độ phát công suấ t và giá tri ̣ tin ́ h đượ c p  t   thì phầ n tử tiêu thụ công suấ t THÍ DỤ 1.4: p Xét trạng thái thu hay phát công suấ t của phầ n tử mạch dựa vào đồ thi ̣ công suấ t tức thời ghi nhận theo hin ̀ h H1.12 p(t1) > p(t1) GIẢI: Với đồ thi ̣ công suấ t tức thời của phầ n tử, tùy thuộc vào cách đánh dấ u qui chiế u cho áp và dòng qui chiế u qua phầ n tử, kế t quả xác đinh ̣ đượ c bao gồ m hai trường hợ p sau: t3 B A V(t) - t1 TRƯỜNG HỢ P 1: i(t) + p(t) t2 t t4 p(t3) Phầ n Tử đượ c ghi dấ u qui chiế u áp và hướng qui chiế u dòng theo chế độ tiêu thụ công suấ t p(t3) < Hình H1.12: Công suấ t tức thời p(t) Khi t  0, t  , p  t   phầ n tử tiêu thụ công suấ t Khi t  t , t  , p  t   phầ n tử phát công suấ t TRƯỜNG HỢ P 2: i(t) Phầ n Tử đượ c ghi dấ u qui chiế u áp và hướng qui chiế u dòng theo chế độ phát công suấ t B A Khi t  0, t  , p  t   phầ n tử phát công suấ t + V(t) - Khi t  t , t  , p  t   phầ n tử tiêu thụ công suấ t THÍ DỤ 1.5: Với accu đượ c nạp điện theo thí dụ 1.2, giả sử quan hệ dòng nạp theo thời gian i(t) đượ c xác đinh ̣ theo hin ̀ h cho thí dụ 1.2 Sự biế n thiên áp v(t) hai đầ u accu ghi nhận theo đồ thi ̣ sau suố t thời gian khảo sát Xác đinh ̣ công suấ t chuyể n đế n cho bin ̀ h accu GIẢI: Từ đồ thi ̣ áp v(t) cấ p vào phầ n tử đã cho, suy quan hệ: t v(t)    V  với   t  20 ks  Từ đồ thi ̣ dòng nạp i(t) đã cho thí dụ 1.2 suy biề u thức tức thời của dòng nạp theo ba khoảng thời gian đượ c trin ̀ h bày sau : Công suấ t tức thời cung cấ p cho bin ̀ h accu hay công suấ t tiêu thụ bởi bin h accu nạ p điện đuộc ̀ xác đinh ̣ theo quan hệ (1.4) và cho kế t quả sau Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 v [V] 14 12 10 t [ks]  6t   20   3t  17 it     8t   32  10 15 20   t  5ks   ks  t  15ks   15 ks  t  20ks  GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 01 – KHÁI NIỆM VỂ MẠCH ĐIỆN   6t  t    20      0,24 t  5,6 t  160       3t   t   17      0,12 t  1, t  136 p  t   v  t  i  t     5    8t  t   32      0,32 t  6, t  256      Trang   t  5ks   ks  t  15ks  15 ks  t  20ks  Đồ thi ̣ công suấ t p(t) cấ p đế n bin ̀ h accu đượ c trin ̀ h bày hin ̀ h H1.13 sau Hình H1.13 : Đồ thi ̣ phân bố công suấ t nạp điê ̣n theo thời gian cấ p đế n bình accu thí dụ 1.5 1.3.4 ĐIỆN NĂNG : Theo quan hệ (1.4) suy điện tiêu thụ hay phát từ phầ n tử khoảng thời gian dt thỏa quan hệ sau: dw  p(t).dt (1.4 ) Hay: dw  v(t) i(t) dt (1.5 ) Tóm lại tổ ng quát khỏang thời gian khảo sát: từ thời điể m to đế n thời điể m t , điện đượ c xác đinh ̣ theo quan hệ sau: w t t p(t).dt  t t v(t).i(t).dt (1.6 ) Đơn vi ̣ đo lường gồ m: [ w ] = [ J ] ; [ v ] = [V] ; [ i ] = [A] ; [ t ] = [ s ] Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA  Trang 163  Áp dụng phương pháp giải vừa trin ̀ h bày nội dung Gọi V N là điện thế tại nút N (trung tin h Ta i) so vơ i nu t chuẩ n n la trung tin ́ ̉ ́ ́ ̀ ́ h nguồ n, áp dụng quan hệ (6.7) cho các Tổ ng Trở đường dây triệt tiêu, ta có:       V an  Vbn  V cn   Z AN ZBN ZCN    VN   1        Z AN ZBN ZCN   240 240   120o 240   240o   24  24  24 j   j      1     24 24  24 j  j   Tóm lại:  VN  10  j  15 j 10  10j   69, 443  100,56j  122,2 55o37[V]   0,113835 0,020833 j 0,113835 0,020833 j     Các Dòng dây phức cấ p đế n Tải Dòng Dây Phức IaA:   IaA  V an  VN 240   69,443  100,56j     7,1065  4,9 j  8,25  30o52  A  24 Z AN Dòng Dây Phức IbB:   IbB    240   120o   69,443  100,56j Vbn  VN    0,20546  7,5376 j ZBN 24  24 j    IbB  0,20546  7,5376 j  7,54   91o56 [A] Dòng Dây Phức IcC:  IcC      220   240o   69,443  100,56j V cn  VN    6,90107  11,7274 j ZCN 38 j IcC      Vcn  VN  6,90107  11,7274 j  13,607  120o48 [A] ZCN Các Áp pha phức đặt ngang qua hai đầ u mỗi Tổ ng Trở pha Tải Áp pha Phức đặt ngang hai đầ u Tài ZAN       V AN  Z AN I aA  V an  V N  240   69,443  100,56j  V AN  Z AN I aA   170,557  100,555 j   198   30o52  V  Áp pha Phức đặt ngang hai đầ u Tài ZBN         V BN  ZBN IbB  V bn  V N  240   120o   69,443  100,56j  V BN  ZBN IbB   189,443  308,401 j   362   121o56  V  Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 163 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA  Trang 164 Áp pha Phức đặt ngang hai đầ u Tài ZCN         V CN  Z CN IcC  V cn  V N  240   240o   69,443  100,56j  V CN  Z CN IcC   189,443  107,291 j   217,72  150o48  V  NHẬN XÉ T Với số liệu tim ̀ đượ c cho thấ y: nế u không nố i trung tính Nguồ n với trung tính Tải và Tải pha đấ u Y không cân bằ ng thì trung tính Tải có thể chênh lê ̣ch áp rấ t lớn với đố i với trung tính Nguồ n Hậu quả dẫn đế n là Áp Hiê ̣u Dụng đă ̣ ngang qua đầ u mỗi pha tải không bằ ng và có thể ăng cao ơn Áp Pha Nguồ n, thâ ̣m chí có thể ăng đế n mức xấ p xỉ bằ ng mức Áp Dây Nguồ n Điề u này dẫn đế n hư hỏng tải vì vận hành trạng thái áp cấ p vào tải lớn áp đinh ̣ mức cho phép của tải Tóm lại với Tải pha không cân bằ ng nên nố i dây trung tin ́ h nguồ n đế n trung tin ́ h tải bằ ng dây dẫn có tổ ng trở rấ t bé để tạo điề u kiện chênh lệch áp giữa các trung tin h không quá lớn ́ 6.2.2 MẠCH PHA NGUỒN Y – TẢI  : 6.2.2.1.TRƯỜNG HỢ P TỞNG QUÁT: I aA Tở ng Trở đường dây không cân bằ ng : ZdA  ZdB  ZdC Z CA ZBC ZdC c -+  B  IbB Vbn Tải pha đấ u  không cân bằ ng : Z AB  ZBC  ZCA Z AB ZdB b -+  n A  V an ĐẶC TÍNH CỦA MẠCH Nguồ n áp pha cân bằ ng đấ u Y ZdA a -+  C  V cn I cC H nh H6.10: M ch pha Ngu n Y – T i  PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH PP1: Áp dụng p ương p áp điê ̣n thế nút Chọn trung tin ́ h nguồ n n làm nút chuẩ n; viế t các phương trin ̀ h cân bằ ng dòng tại các nút A, B và C Giải mạch bằ ng p ương p áp giải ̣ p ương rin ̀ h ẩ n số PP2: Áp dụng p ương p áp dòng mắ ưới Giải mạch bằ ng cách giải ̣ p ương rình ẩ n số PP3: Áp dụng p ương p áp biế n đổ i Tổ ng Trở Tải  thành Tải đấ u Y Đưa bài toán về dạng Nguồ n Y Tải Y đã khảo sát 6.2.2.2.TRƯỜNG HỢ P ĐẶC BIỆT :  V an ĐẶC TÍNH CỦA MẠCH Nguồ n áp pha cân bằ ng đấ u Y Tổ ng Trở đường dây không đáng kể : ZdA  ZdB  ZdC   n  Áp dụng Đinh ̣ Luâ ̣t Ohm để giải mạch trực tiế p 164 -+ Vbn Tải pha đấ u  không cân bằ ng : PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH -+  -+ V cn a A  I aA  I AB Z AB B b  IbB  IBC Z CA I CA ZBC C c   I cC H nh H6.11: M ch pha Ngu n Y – T i , Zd = Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN   Trang 165 NHẬN XÉ T VÀ KẾT LUẬN: Do Tổ ng Trở Đường Dây không đáng kể nên Áp Dây nguồ n cấ p trực tiế p đế n hai đầ u mỗi pha Tải  Không cầ n biế n đổ i mạch, áp dụng Đinh ̣ Luật Ohm tin ́ h trự c tiế p Dòng Pha Phức qua mỗi nhánh Tải đấ u     Các Dòng Pha phức qua mỗi nhánh pha Tải  là: I AB ; IBC và I CA Ta có :  I AB  V ab  Z AB   IBC V bc  ZBC  V ca  ZCA I CA (6.24) (6.25)  (6.26)    Các Dòng Dây phức từ nguồ n cấ p đế n Tải là: I aA ; IbB và I cC Quan hệ giữa các Dòng Dây Phức từ nguồ n đế n Tải và Dòng Pha phức qua mỗi nhánh pha của Tải thoả đinh ̣ luật Kichhoff Dòng tại các nút A, B và C Ta có:    I aA  I AB  ICA (6.27)  IbB (6.28)     IBC  I AB   IcC  ICA  IBC (6.29) Tương tự mỗi pha Tải  tiêu thụ các Công Suấ t Phức khác đượ c xác đinh ̣ theo các quan hệ: (6.30) , (6.31) và (6.32) Công Suấ t Phức Tổ ng tiêu thụ bởi Tải pha đượ c xác đinh ̣ theo quan hệ (6.33)  SAB   SBC   SCA     V AB  I AB (6.30)  VBC  IBC (6.31)    VCA  ICA   (6.32)  ST  SAB  SBC  SCA (6.33) THÍ DỤ 6.6:  Cho mạch pha theo hin ̀ h H6.11, nguồ n áp pha cân bằ ng, thứ tự thuận, đấ u Y có V an  220  0o [V] Tổ ng trở đường dây không đáng kể Tải pha không cân bằ ng, đấ u , các Tổ ng Trở pha phức của Tải là:    Z AB  10  10 j   ; ZBC  22 j  ; ZCA  11  11 j  Xác đinh: ̣ a./ Các Dòng Pha Phức qua mỗi nhánh Tải b./ Các Dòng Dây Phức từ nguồ n cấ p đế n Tải c./ Công Suấ t Phức Tổ ng tiêu thụ bởi Tải pha Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 165 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA  Trang 166 GIẢI NHẬN XÉ T Theo phân tić h trên, Tổ ng Trở Đường Dây không đáng kể nên Áp Dây nguồ n cấ p trực tiế p đế n đầ u mỗi pha Tải  Muố n xác đinh ̣ dòng phức qua mỗi nhánh pha của tải, đầ u tiên cầ n xác đinh ̣ các Áp dây nguồ n cấ p đế n hai đầ u mỗi pha của Tải Theo đầ u đề với  nguồ n áp pha cân bằ ng, thứ tự thuận đấ u Y, với áp pha V an  220  0o [V] suy các áp dây phức sau:  o  V an  220  [V]  Áp pha phức  V bn  220   120o [V]  Áp dây phức   V cn  220   240o [V]   o  V ab  220  30 [V]  o  V bc  220   90 [V]   V ca  220   210o [V]  a./ Các Dòng Pha Phức qua mỗi nhánh Tải   I AB V ab 220 30o 220 30o     11  19,05256 A Z AB 10  10 j 20 30o   IBC Vbc 220 3  90o 220 3  90o     10  17,32051 A 22 j ZBC 22  90o  V ca 220   210o 220   210o     10   180o  10  17,3205 A o ZCA 11  11 j 22  30  ICA b./ Các Dòng Dây Phức từ Nguồ n cấ p đế n Tải:          I aA  I AB  I CA  11  10  21  36,373 A  IbB   IBC  I AB  10  11    1,732 A IcC  ICA  IBC  10  10  20  34,641 A c./ Công Suấ t Phức Tổ ng tiêu thụ bởi Tải pha Công Suấ t Phức tiêu thụ bởi Tải AB:  S AB   V ab  I AB     220  30o 11  6287,344  3630 j [VA] Công Suấ t Phức tiêu thụ bởi Tải BC:     SBC  Vbc  IBC  220   90o  10   6600 j [VA] Công Suấ t Phức tiêu thụ bởi Tải CA:     SCA  V ca  I CA  220   210o   10   5715,768  3300 j [VA] Công Suấ t Phức Tổ ng tiêu thụ bởi Tải pha :     ST  SAB  SBC  SCA  12003,112  6270 j  13542,068   27o58 [VA] 166 Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA 6.2.2.3.TRƯỜNG HỢ P ĐẶC BIỆT 2: ĐẶC TÍNH CỦA MẠCH    PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH I AB  IbB  IBC ZT  I CA ZT C c -+ ZT B b -+  V cn Áp dụng Đinh ̣ Luâ ̣t Ohm để giải mạch trực tiế p  I aA Vbn Tải pha đấ u  cân bằ ng : Z AB  ZBC  Z CA  Z T A  Nguồ n áp pha cân bằ ng đấ u Y n Trang 167 a -+ V an Tổ ng Trở đường dây không đáng kể ZdA  ZdB  ZdC    I cC H nh H6.12: Ngu n Y – T i  cân ng Zd = NHẬN XÉ T VÀ KẾT LUẬN: Tương tự trường hợ p đặc biệt đã trin ̀ h bày, Dòng Pha Phức qua mỗi nhánh Tải ̣ sau đấ u  đượ c xác đinh Giả sử Nguồ n Áp pha cân bằ ng thứ tự thuâ ̣n có Áp pha hiệu dụng là Vp, suy các Áp Pha Phức và Áp Dây Phức là :  o  V an  Vp  [V]   o Áp pha phức  V bn  Vp   120 [V]  Áp dây phức   V cn  Vp   240o [V]   o  V ab  Vp  30 [V]   o  V bc  Vp   90 [V]   V ca  Vp   210o [V]  Gọi ZT  ZT   là Tổ ng Trở Pha Phức của Tải, đó   Hê ̣ số công suấ t của mỗi pha Tải là cos  trễ Dòng Pha Phức qua mỗi pha Tải  đượ c xác đinh ̣ sau:  I AB  o  Vp  V AB Vp  30   30o        ZT   ZT  ZT      IBC o  Vp  VBC Vp   90   90o        Z Z   ZT T T    o  Vp  V CA Vp   210   210o        ZT   ZT  ZT  I CA      Tóm lại với Tải pha đấ u  cân bằ ng, các dòng pha qua mỗi nhánh Tải  cũng tạo thành ̣ thố ng dòng pha cân bằ ng Nế u Nguồ n Áp pha cân bằ ng thứ tự thuâ ̣n thi dòng pha qua Tải cũng là ̣ thố ng cân bằ ng thứ tự thuâ ̣n Nế u đặt Dòng pha hiê ̣u dụng qua mỗi Vp nhánh Tải  là : Ip  , các Dòng Pha Phức đượ c viế t lại sau: ZT   I AB  Ip  30o   Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016  (6.34) 167 CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN   IBC   Ip  90o     (6.35)  (6.36) Áp dụng các quan hệ (6.27); (6.28) và (6.29) suy các Dòng Dây Phức từ Nguồ n cấ p đế n Tải Để nhận đượ c kế t quả nhanh chóng có thể áp dụng phép cộng vector để suy các vector phase dòng dây từ các vector pha dòng pha theo các quan hệ sau:     I aA  I AB    I CA    Trang 168  I CA  Ip  210o      I cC  o I CA 30      I AB        I bB  I BC    I AB     I AB 30 o   I cC      I BC    30 o  I BC       I CA    I BC    I bB Để đơn giản thự c hiện phép vẽ hin ̀ h,  chọn vector dòng pha I AB làm chuẩ n, vector  H nh H6.13: Quan  gi a       I CA    ng Pha I aA ng Dây   dòng pha I BC chậm pha 120o so với I AB và vector dòng pha I CA chậm pha 120o so với I BC xem hin ̀ h H6.13 Nế u qui ước :       Dòng Dây I aA tương ứng với Dòng Pha I AB Dòng Dây IbB tương ứng với Dòng Pha IBC Dòng Dây I cC tương ứng với Dòng Pha I CA Các Dòng Dây cũng tạo thành ̣ thố ng pha cân bằ ng thứ tự thuâ ̣n Có thể chứng minh dễ dàng kế t quả sau: Dòng Dây Hiê ̣u Dụng =  Dòng Pha Hiê ̣u Dụng Dòng Dây châ ̣m pha Dòng P a ương ứng góc 30o Nế u các Dòng Pha phức có kế t quả theo (6.34) , (6.35) và (6.36) thì các Dòng Dây phức có kế t quả là :  I aA  Ip      IbB   (6.38)   (6.39)  Ip  120o    (6.37) I cC  Ip  240o   CHÚ Ý: Với Nguồ n áp pha cân bằ ng thứ tự nghich, ̣ ta cũng có các Dòng Dây và Dòng Pha tạo thành ̣ thố ng pha cân bằ ng thứ tự nghich ̣ Dòng Dây Hiê ̣u Dụng =  Dòng Pha Hiê ̣u Dụng Dòng Dây nhanh pha Dòng P a ương ứng góc 30o 168 Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA  Trang 169 THÍ DỤ 6.7: Cho mạch pha cân bằ ng theo hin ̀ h H6.12, nguồ n áp pha cân bằ ng, thứ tự thuận,  đấ u Y có áp dây phức V ab  380  30o [V] Tổ ng trở đường dây không đáng kể Tải pha cân bằ ng, đấ u  Tổ ng Trở pha phức là ZT  15,2  11,4 j  Xác đinh ̣ các Dòng Pha phức qua mỗi nhánh Tải và các Dòng Dây Phức từ nguồ n cấ p đế n Tải GIẢI Theo đầ u đề với nguồ n áp pha cân bằ ng, thứ tự thuận đấ u Y, với áp dây phức  V ab  380  30o [V] suy các áp dây phức còn lại sau:  o  V ab  380  30 [V]  Áp dây phức  V bc  380   90o [V]   V ca  380  210o [V]  Với Tổ ng Trở mỗi pha Tải là ZT  15,2  11,4 j  19  36o87  , ta có: a./ Các Dòng Pha Phức qua mỗi nhánh Tải  I AB    V ab 380 30o    20   6o87   19,8564  2,3923 j A ZT 1936o87   IBC Vbc 380  90o    20  126o87   12  16 j A ZBC 19 36o87  V ca 380   210o    20  246o87  20 113o13   7,8564  18,3923 j  A o ZCA 19  36 87 ICA    b./ Các Dòng Dây Phức từ Nguồ n cấ p đế n Tải:    I aA  I AB  I CA   19,8564  2,3923 j    7,8564  18,3923 j   27,7128  20,7846j Hay:   I aA  27,7128  20,7846j  34,641  36 o87  A CHÚ Ý: Theo phân tić h với mạch pha cân bằ ng Nguồ n Y – Tải , nế u nguồ n áp pha cân bằ ng thứ tự thuận thì các dòng dây cũng tạo thành hệ thố ng cân bằ ng thứ tự thuận Tuy nhiên dòng dây có suấ t lớn dòng pha lầ n Dòng dây chậm pha Dòng pha tương ứng góc 30o    o Theo kế t quả tim ̀ đượ c cho dòng pha phức I AB  20   87 A có thể suy trự c tiế p    kế t quả cho dòng dây phức tương ứng là I aA  20   36o87 A Kế t quả này phù hợ p với kế t quả vừa tim ̀ đượ c ờ Thự c hiện tương tự , suy ra:  IbB  I cC    20   20   156o87   31,8564  13,6076 j  A   83o13   4,14365  34,3923 j  A Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 169 CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN   Trang 170 Công Suấ t Phức tiêu thụ bởi Tải pha cân bằ ng đấ u  đượ c xác đinh ̣ sau:      VBC  IBC  Vp   90o  Ip    90o  Vp  Ip   V CA  I CA  Vp   210o  Ip    210o  Vp  Ip          S AB  V AB  I AB  Vp  30o  Ip  30o    Vp  Ip SBC  SCA          Tóm lại, Công Phức Phức Tổ ng tiêu thụ bởi Tải pha là :       ST  S AB  SBC  SCA   Vp  Ip             Suy ra: ST  PT  jQT  Vp Ip    Vp Ip cos   j Vp Ip sin  Hay ST  PT  jQT  Vd Ip cos   j Vd Ip sin      Theo phân tić h ta có Dòng Dây Hiê ̣u Dụng = I hay Ip  d Quan hệ (6.40) đượ c viế t lại sau:  ST  PT  jQ T     Vd Id cos   j   (6.40)  Dòng Pha Hiê ̣u Dụng , Id   Ip Vd Id sin   (6.41) Kế t quả tim ̀ đượ c tương tự theo trường hợ p đặc biệt của mạch pha Nguồ n Y Tải Y đã trin ̀ h bày mục 6.2.1.3 THÍ DỤ 6.8: Cho mạch pha cân bằ ng Nguồ n Y – Tải  và Tổ ng Trở đường dây không đáng kể đã trin ̣ các thành phầ n công suấ t tiêu thụ bởi Tải pha ̀ h bày thí dụ 6.7 Xác đinh GIẢI Với Tổ ng Trở mỗi pha Tải là ZT  15,2  11,4 j  19  36o87  ,Tải có tin ̀ h cảm suy     Hệ Số Công Suấ t Tải là cos   cos 36o87  0,8 và sin   sin 36o87  0,6    Dòng pha hiệu dụng qua mỗi nhánh pha của Tải đã tin ́ h là : Ip  I AB  IBC  ICA  20A    Dòng dây hiệu dụng từ nguồ n cấ p đế n Tải tính là : Id  I aA  IbB  I cC  20 A  Áp dây hiệu dụng của nguồ n cấ p đế n mỗi pha Tải là : Vd  V ab  380 V Công Suấ t Tác Dụng tiêu thụ bởi Tải pha là : PT  Vd Id cos   380 20 0,8  18240 W Công Suấ t Phản Kháng tiêu thụ bởi Tải pha là : QT  Vd Id sin   380 20 0,6  13680 var Công Suấ t Biể u Kiế n tiêu thụ bởi Tải pha là : ST  Vd Id  380 20  22800 VA 170 Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA  6.2.3 MẠCH PHA NGUỒN  – TẢI Y: ZdA  V ab  Tải pha đấ u Y không cân bằ ng : Z AB  ZBC  ZCA  Vbc c - PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH A Z AN B ZBN C ZCN  I aA ZdB b V ca + ZdA  ZdB  ZdC - Tổ ng Trở đường dây không cân bằ ng : - + Nguồ n áp pha cân bằ ng đấ u  + a ĐẶC TÍNH CỦA MẠCH Trang 171 N  IbB ZdC  I cC Phương pháp giải đơn giản nhấ t cho H nh H6.14: M ch pha Ngu n  – T i Y trường hợ p này là chuyể n đổ i Nguồ n Áp pha cân bằ ng đấ u  thành Nguồ n Áp pha cân bằ ng đấ u Y Như vậy, bài toán đượ c chuyể n về dạng Nguồ n Y – Tải Y Phương pháp giải tham khảo ở mục 6.2.1 CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ÁP ĐẤU  VỀ DẠNG ĐẤU Y : a +  V ab  V an - -  b n   Vbc -+ b Vbn + + V ca -+ a - c  -+ c V cn Trong hin ̀ h H6.15 trin ̀ h bày Nguồ n Áp pha cân bằ ng đấ u  đượ c chuyể n thành Nguồ n Áp pha cân bằ ng đấ u Y Phương pháp chuyể n đổ i dự a vào quan hệ giữa Áp Dây và Áp Pha của Nguồ n Áp pha cân bằ ng đấ u Y Các Nguồ n Áp các nhánh của sơ đồ  đượ c xem là Áp Dây của Nguồ n Áp pha đấ u Y Các Nguồ n Áp các nhánh của sơ đồ Y đượ c xem là Áp Pha của Nguồ n Áp pha đấ u Y H nh H6.15: C uy n Đ i Ngu n đ u  sang Y Tuỳ thuộc vào tin ̣ của Nguồ n Áp pha ta có các ́ h chấ t thứ tự thuâ ̣n hay thứ tự nghich kế t quả chủ n đở i sau NG̀N ÁP PHA THỨ TỰ THUẬN SƠ ĐỒ ĐẤU Y SƠ ĐỒ ĐẤU    V ab  Vp  V an  Vbc  Vp   120o Vbn  o   Vca  Vp   240o   V cn  Vp Vp Vp NGUỒN ÁP PHA THỨ TỰ NGHICH ̣     30o V ab  Vp    150o Vbc  Vp  120o   270o Vca  Vp  240o Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 SƠ ĐỒ ĐẤU Y SƠ ĐỒ ĐẤU    V an  o  Vbn   V cn  Vp Vp Vp  30o   90o   210o 171 CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA 6.2.4 MẠCH PHA NGUỒN  – TẢI :  Trang 172 ZdA a  ĐẶC TÍNH CỦA MẠCH V ab -  + Nguồ n áp pha cân bằ ng đấ u  Tổ ng Trở đường dây không cân bằ ng :  ZdA  ZdB  ZdC I aA - Vbc Tải pha đấ u  không cân bằ ng : Z AB  ZBC  ZCA Z AB ZdB b V ca A  + 6.2.4.1.TRƯỜNG HỢ P TỔNG QUÁT: B  IbB + GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  - ZBC ZdC c Z CA C  I cC H nh H6.16: M ch pha Ngu n  – T i  PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH Phương pháp đơn giản để giải mạch là chuyể n đổ i Nguồ n Áp pha cân bằ ng đấ u  sang Nguồ n Áp pha cân bằ ng đấ u Y và chuyể n đổ i Tải đấ u  sang dạng đấ u Y Mạch đượ c chuyể n từ dạng Nguồ n  - Tải  sang dạng Nguồ n Y – Tải Y Xem lại và áp dụng các phương pháp giải mạch đã trin ̀ h bày mục 6.2.1 6.2.4.2.TRƯỜNG HỢ P ĐẶC BIỆT: A a V ab - + Tổ ng Trở đường dây không đáng kể :   Vbc Tải pha đấ u  cân bằ ng : Z AB  ZBC  Z CA  Z T ZT b V ca ZdA  ZdB  ZdC  I aA - B  IbB + Nguồ n áp pha cân bằ ng đấ u   +  ĐẶC TÍNH CỦA MẠCH - ZT ZT c C  I cC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH H nh H6.17: M ch pha Ngu n  – T i ; Zd =0 Thay Thế mạch pha bằ ng mạch pha độc lập Áp dụng Đinh ̣ Luâ ̣t Ohm để giải mạch trự c tiế p Trong trường hợ p này mỗi nhánh pha của Tải  đượ c cấ p nguồ n bởi từng nguồ n áp hệ thố ng nguồ n áp pha cân bằ ng đấ u  Các Dòng Pha Phức qua mỗi nhánh Tải  đượ c xác đinh ̣ trự c tiế p bằ ng đinh ̣ luật Ohm:  I AB   IBC V ab  ZT   Vbc  ZT I CA  V ca  ZT Tương tự áp dụng đinh ̣ luật K1 tại các nút A, B và C suy các Dòng Dây Phức    I aA  I AB  ICA  IbB    IBC  I AB    IcC  ICA  IBC Vì Nguồ n áp pha cân bằ ng và Tải pha cân bằ ng, các Dòng Pha cũng các Dòng Dây đề u là các ̣ thố ng cân bằ ng Quan hệ giữa Dòng Dây và Dòng Pha có kế t quả tương tự đã khảo sát mục 6.2.2.3 172 Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA    Trang 173  Giả sử : V ab  Vp  0o ; Vbc  Vp   120o và V ca  Vp   240o Vp là Áp Pha Hiê ̣u Dụng của mỗi Nguồ n Áp hệ thố ng Nguồ n Áp pha cân bằ ng Do Nguồ n Đấ u , nên Áp Dây Hiê ̣u Dụng cấ p đế n Tải cũng chin ́ h là Áp Pha Hiê ̣u Dụng của Nguồ n    Gọi Ip la Dòng Pha Hiê ̣u Dụng qua mỗi nhánh Tải đấ u , Ip  I AB  IBC  I CA    Gọi Id la Dòng Dây Hiê ̣u Dụng từ nguồ n cấ p đế n Tải , Id  I aA  IbB  I cC Id   Ip Nế u Tải có Hê ̣ Số Công Suấ t là cos  thì các thành phầ n công suấ t tiêu thụ bởi Tải pha cân bằ ng là: Công Suấ t Tác Dụng tiêu thụ bởi Tải pha cân bằ ng : PT   Vp  Ip  cos    Vp  Id  cos  Công Suấ t Phản Kháng tiêu thụ bởi Tải pha cân bằ ng: QT   Vp  Ip  sin    Vp  Id  sin  Công Suấ t Biể u Kiế n tiêu thụ bởi Tải pha cân bằ ng : ST   Vp  Ip   Vp  Id THÍ DỤ 6.9: Cho mạch pha Nguồ n  – Tải  theo hin ̀ h H6.16 Nguồ n áp pha cân bằ ng, thứ tự  thuận, có Áp pha phức V ab  380  0o [V] Tổ ng Trở đường dây không đáng kể Tải pha không cân bằ ng: Z AB  10 0o [  ] ; ZBC  10  30o [  ] và Z CA  15   30o [  ] Xác đinh: ̣ a./ Các Dòng Pha phức qua mỗi nhánh Tải b./ Các Dòng Dây phức từ nguồ n cấ [ đế n Tải GIẢI a./ Các Dòng Pha Phức qua mỗi nhánh Tải  I AB  V ab 380 0o    38 A Z AB 100o   IBC Vbc 380  120o    38  150o   32,909  19 j A o ZBC 10 30  V ca 380   240o    25,333  270o  25,333 j A o ZCA 15   30 ICA  b./ Các Dòng Dây Phức từ Nguồ n cấ p đế n Tải:          I aA  I AB  I CA  38   25,333 j   38  25,333 j  45,67  33o69 [A]  IbB     IBC  I AB   32,909  19 j   38   70,909  19 j   73, 41  165 o [A]   I cC  I CA  IBC  25,333 j   32,909  19 j    32,909  6,333 j   33,513   10o89 [A] Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 173 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA  Trang 174 THÍ DỤ 6.10: Cho mạch pha cân bằ ng Nguồ n  – Tải  theo hin ̀ h H6.17 Nguồ n áp pha cân bằ ng,  thứ tự thuận, có Áp pha phức V ab  380  0o [V] Tổ ng Trở đường dây không đáng kể Tổ ng Trở mỗi pha Tải là : Z T  20  45 o [  ] Xác đinh ̣ :  a./ Dòng Pha phức IBC  b./ Dòng Dây phức I cC c./ Công Suấ t Tác dụng tổ ng tiêu thụ bởi Tải pha GIẢI  a./ Dòng Pha phức IBC  Vì nguồ n áp pha cân bằ ng, thứ tự thuận, đấ u , từ áp pha phức V ab  380  0o [V]   suy ra: Vbc  380   120o [V] và V ca  380   240o [V] Suy ra:  IBC  Vbc 380  120o    19  165o   18,3526  4,91756 j A o ZT 20 45  b./ Dòng Dây phức I cC Vì mạch pha cân bằ ng, dòng dây phức có thể đượ c xác đinh ̣ theo một hai phương pháp sau: PP1: Dựa vào đinh ̣ luâ ̣t Kirchhoff Dòng   Xác đinh ̣ ICA       V ca 380  240o    19 75o   4,91756  18,3526 j A o ZT 20 45 I cC  I CA  IBC   4,91756  18,3526 j    18,3526  4,91756 j    I cC  I CA  IBC   23,27016  23,27016 j   32,909  45 o [A] PP2: Dựa vào quan ̣ giữa dòng dây và dòng pha mạch pha cân bằ ng  Vì mạch pha cân bằ ng với Tải đấ u , dòng pha phức ICA tương ứng với dòng dây phức  I cC Dòng dây hiệu dụng lớn dòng pha qua tải lầ n và hệ thố ng thứ tự thuận, dòng dây chậm pha thời gian dòng pha tương ứng là 30o Ta có: Từ giá tri ̣  ICA  19 75o A   IcC  19 3 45o  32,909 45o A c./ Công Suấ t Tác dụng tổ ng tiêu thụ bởi Tải pha Với Tổ ng Trở phức của mỗi pha Tải là Z T  20  45 o [  ] , suy Tải có tin ́ h Cảm và Hệ   Số Công Suấ t Tải là : cos   cos 45o  0,707107    Dòng pha hiệu dụng qua mỗi nhánh Tải là : Ip  I AB  IBC  ICA  19 A Áp pha hiệu dụng cấ p vào hai đầ u mỗi nhánh pha của Tải đấ u  chin ́ h là Áp dây hiệu dụng của nguồ n cấ p đế n Tải Vì nguồ n đấ u  nên Áp pha hiệu dụng cấ p vào hai đầ u mỗi nhánh pha  Tải bằ ng với áp pha nguồ n Ta có : Vp  V ab  380 V Suy ra: PT  Vp Ip cos   380 19 0,707107  15315,94 W  15,316 kW 174 Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA  Trang 175 BÀI TẬP CHƯƠNG BÀI TẬP 6.1  u n, đấu Y, biết Vbn  200  0o  V Trung tính ngu n n nối vào trung tính N t i Tổng trở đường dây từ nguồn đến tải k ông đ ng k Tải pha không cân đấu Y, cho : Z CN  10 ; ZBN  10j   ; Z AN   6j  Tính: Cho nguồn áp pha cân ng,  a./ ng dây p c I aA cấp đến tải / Công su i u ki n tiêu thụ bởi tải Z CN c./ Dòng i u dụng qua dây trung tính ĐÁP SỐ : a./ 20  83o13  A ; b./ KVA ; c./ 19,05 A BÀI TẬP 6.2 Cho nguồn áp pha cân  u n, đấu Y: Vbn  208  0o [V] ; Z daây   ng, T i pha cân b ng đ u , Tổng Trở phức mỗi pha tải Zp  24  36j    Xác định:  a./ Áp dây p / c VAB ng dây p  c I aA từ nguồn đến tải ĐÁP SỐ : a./ 360  150o  V ; b./ 14, 42  63o69  A BÀI TẬP 6.3 Cho nguồn áp pha cân Z daây   ng,  u n, đấu Y: Vcn  240   120o [V] ; T i pha cân b ng đ u , Tổng Trở phức của mỗi pha tải Zp  16  12j    Tính:  a./ Áp dây p / c VAB ng dây p  c I aA từ nguồn đến tải c./ Công suất biểu kiến tổng cung cấp nguồn ĐÁP SỐ : a./ 240  150o  V ; b./ 36  203o13  A ; c./ 25,92 KVA BÀI TẬP 6.4 Cho nguồn áp pha cân Z daây     Tải  cân iêu HSCS 0,8 rễ ng,  u n, đấu Y: Vbn  215  0o  V ; ụ công suất tác dụng 7,74 kW, tổng trở pha tải có a./ Dịng dây Hiệu Dụng IaA b./ Công suất biểu kiến cung cấp nguồn ĐÁP SỐ : a./ 15 A ; b./ 9675 VA Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 175 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA BÀI TẬP 6.5  Trang 176  Cho nguồn áp pha cân ng, u n, đấu Y; V cn  200   V  ; trung tính ngu n n nối vào trung tính N t i Đường dây từ nguồn đến tải có Tổng Trở k ông đ ng k Tải pha không cân b ng, đấu Y : ZCN  10j  ; ZBN  10   ; Z AN   6j    Xác định: a./  ng dây p c I aA cấp đến tải / T ng Công Su c./ o T c ụng tiêu thụ bởi Tải pha ng Hi u ụng qua dây trung tính Nn ĐÁP SỐ : a./ 20   156o87 [A]; b./ 7,2 KW ; c./ 30,3 A BÀI TẬP 6.6 Cho nguồn áp pha cân + u n, đ u Y; ới Vbn  144  0o  V ; c dụng B C2 b n  C2 Zp Zp Ucn + / Công su c IaA Zp -  ng dây p C2  Ubn + ng có tổng trở pha Zp  9,  15, 09j    Xác định: a./ A a - Z daây     T i  cân I aA Uan -    ng, c C ng tiêu thụ tải c./ Điện dung tụ C2 dùng nâng HSCS i lên đến 0,925 rễ ghép song song tổng trở pha tải với tụ điện Biết tần số nguồn áp f = 50 Hz ĐÁP SỐ : a./ 24  63 o [A] ; b./ 5649 W ; c./ 109 µF BÀI TẬP 6.7 Cho nguồn áp pha cân ng, u n, đ u Y Tổng trở đường dây : Zdây   Tải  cân có tổng trở pha Zp   12j   Công suất tác dụng tiêu thụ nhánh tải : 5810 W Xác định: a./ ng dây i u dụng IaA / Áp p a i u dụng Van ĐÁP SỐ : a./ 44 A ; b./ 220 V BÀI TẬP 6.8 Cho nguồn áp pha cân ng,  u n, đ u Y; Vbn  200  0o [V] ; Z daây   Tải  cân có tổng trở pha Zp  12  9j    Xác định:  a./ Áp dây phức VAB  b./ Dòng dây phức I aA ĐÁP SỐ : a./ 200  150o  A ; b./ 40  83o13  A 176 Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 GIẢI TÍCH MẠCH ĐIỆN  CHƯƠNG 06 – MẠCH XOAY CHIỀU PHA  BÀI TẬP 6.9 Trang 177   ng, A a  Vbn ng đ u  - n Zp1  24  18j    Xác định: + đấ u Y; Van  200   V , tải pha cân o - u n, + Cho nguồn áp pha cân Van Z p1 + b + B W Z p1  - b./ HSCS tải pha tổng hợp đấu thêm tải pha + a./ Công suất phức tiêu thụ tải pha Vcn Z p1 c C Zp2 cân đấu Y Zp2  20    Zp2 Zp2 N  c./ Dòng dây phức I aA sau đấu thêm tải Zp2 d./ Số Watt kế   ĐÁP SỐ : a./ 9,  7, 2.j KVA ; b./ 0,908 ; c./ 28,6 A ; d./ - 4,16 KW BÀI TẬP 6.10  Cho nguồn áp pha cân ng, u n, đ u Y, Van  220  23o [V] cung cấp điện cho tải ba pha cân đấu Y qua đường dây ba pha có điện trở 1/pha Cho tổng trở pha tải (11 + 16j)[] Xác định: a./ Công suất biểu kiến phát từ nguồn pha  b./ Áp phức UBC tải ĐÁP SỐ : a./ 7, 26 KVA ; b./ 370   64o64  V BÀI TẬP 6.11 Cho nguồn áp pha cân có áp dây 380V cấp điện cho tải tổng hợp T gồm tải pha cân T1, T2, T3 đấu song song: TẢI 2: S2 = 400 kVA; cos2 = 0,6 rễ TẢI 1: P1 = 240 kW; cos1 = 0,8 rễ TẢI 3: P3 = 222 kW; Q3 = 323 kVAR; HSCS sớm Xác định : a./ Dòng dây nguồn cấp cho T b./ H số công su tài T c./ Công suất biểu kiến tiêu thụ T   ng, Zp1   12j [] Xác định : b./ Công suất phức cấp cho tải pha tổng hợp đấu thêm tải pha Zp2   10j [] n -  I aA Zp1 b B  - Vcn +  a./ Dòng phức IBC Vbn A a  + u n, đ u Y, Van  150  0o [V] ; đường dây không t ng trở; tải pha cân - Van + BÀI TẬP 6.12 Cho nguồn áp pha cân ĐÁP SỐ : a./ 1100 A ; b./ 0,97 rễ ; c./ 724 KVA Zp1 Zp1 c C Zp2 Zp2 Zp2 N c./ Dòng dây hiệu dụng IaA ĐÁP SỐ : a./ 17,   36o87  A ; b./ (10,8 5,4.j) [KVA] ; c./ 27 A Biên Soạn: NGUYỄN THẾ KIỆT – 2016 177 ...LỜI NĨI ĐẦU Bài giảng mơn Giải Tích Mạch trình bày kiến thức mang tính chất tổng quát hóa để sinh viên hiểu rõ phương pháp khảo sát xác định thông số đặc trưng cho mạch điện Nội dung môn... tử mạch, phần tử nguồn độc lập phụ thuộc Các định luật mạch điện Các phương pháp giải mạch chế độ xác lập: phương trình điện nút, phương trình dịng mắt lưới Các định luật phương pháp giải mạch. .. đặc trưng tính chất mạch điện Định nghĩa phân loại Phần Tử Nguồn Phần Tử Tải Các định luật mạch điện (Định luật Kirchhoff 2) Chương trình bày phương pháp giải mạch chiều (mạch DC) chế độ xác