Giáo trình Mạch điện (Nghề Điện điện tử CĐTC)

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: MẠCH ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày ………tháng năm…… Hiệu trưởng Quảng Ninh, năm 2021 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN MỤC LỤC CHƢƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MẠCH ĐIỆN 1.1.1 Giới hạn mạch điện 1.1.2 Phạm vi ứng dụng mạch điện 1.2 CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN 1.2.1 Điện áp 1.2.2 Dòng điện: 1.2.3 Nguồn tải 1.2.4 Mơ hình 1.3 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 10 1.3.1 Định luật Ohm 10 1.3.2 Định luật Kirchoff 1: (còn gọi định luật Kirchhoff dòng điện) 10 1.3.3 Định luật Kirchhoff 2: (còn gọi định luật Kirchhoff điện áp ) 11 1.3.3.1 Định luật Kirchhoff viết cho vòng 11 1.3.3.2 Định luật Kirchhoff viết theo điện áp hai nút 12 1.3.3.3 Tính độc lập phương trình tuyến tính phương trình K1, K2 12 1.4 BIẾN ĐỔI TƢƠNG ĐƢƠNG MẠCH 13 1.4.1 Các nguồn mắc nối tiếp 13 1.4.2 Các nguồn dòng mắc song song 13 1.4.3 Các phần tử điện trở mắc nối tếp : 14 1.4.4 Các phần tử điện trở mắc song song : 14 1.4.5 Phép biến đổi nguồn tƣơng đƣơng 14 1.4.6 Phép biến đổi  tam giác 14 1.5 PHÂN LỌAI MẠCH ĐIỆN 15 1.5.1 Mạch có thơng số tập trung mạch có thơng số rải 15 1.5.2 Mạch tuyến tính mạch khơng tuyến tính (phi tuyến) 15 1.5.3 Mạch điện dừng mạch không dừng 15 1.6 BÀI TẬP CHƢƠNG 16 CHƢƠNG II: MẠCH XÁC LẬP ĐIỀU HÒA 22 2.1 Q TRÌNH ĐIỀU HỊA VÀ TRỊ HIỆU DỤNG 22 2.1.1 Đại lƣợng hình sin 22 2.1.2 Trị hiệu dụng 23 2.1.2.1 Dòng điện hiệu dụng 24 2.1.2.2 Điện áp hiệu dụng 24 2.2 PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI PHỨC 24 2.2.1 Khái niệm : 24 2.2.1.1 Số phức dạng đại số 24 2.2.1.2 Số phức dạng mũ ( dạng cực ): 24 2.2.1.3 Số phức liên hợp: 25 2.2.2 Cộng trừ nhân chia số phức 25 2.2.2.1 Biến đổi số phức tay 25 2.2.2.2 Nhân chia số phức dạng đại số 26 2.2.2.3 Nhân chia số phức dạng cực (dạng mũ) 26 2.2.2.4 Biến đổi số phức máy tính 26 2.2.3 Biểu diễn đại lƣợng hình sin sang số phức 27 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 2.3 QUAN HỆ ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN TRÊN CÁC PHẦN TỬ R, L, C TRỞ KHÁNG VÀ DẪN NẠP 27 2.3.1 Trên phần tử điện trở 27 2.3.2 Trên phần tử điện cảm 28 2.3.3 Trên phần tử điện dung 28 2.3.4 Trở kháng dẫn nạp 28 2.3.4.1 Trở kháng (tổng trở) 28 2.3.4.2 Tam giác tổng trở: 29 2.3.4.3 Dẩn nạp (tổng dẫn) 30 2.4 CÁC ĐỊNH LUẬT OHM, KIRCHHOFF DẠNG PHỨC 31 2.4.1 Định luật ohm dạng phức 31 2.4.2 Định luật kirchhoff dạng phức 31 2.4.3 Định luật kirchhoff dạng phức 32 2.4.4 Các phép biến đổi tƣơng đƣơng : 33 2.4.5 Đồ thị vectơ 33 2.5 CÔNG SUẤT TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ ĐO CƠNG SUẤT 34 2.5.1 Cơng suất thực P 34 2.5.2 Cơng suất trung bình cịn gọi công suất tác dụng 34 2.5.3 Công suất phản kháng Q 34 2.5.4 Công suất biều kiến S 35 2.5.5 Phối hợp trở kháng tải nguồn 36 2.6 MẠCH CỘNG HƢỞNG 36 2.6.1 Mạch cộng hƣởng nối tiếp 37 2.6.2 Mạch cộng hƣởng song song 37 BÀI TẬP 39 CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH 45 3.1 PHƢƠNG PHÁP DÒNG NHÁNH 45 3.2 PHƢƠNG PHÁP THẾ NÚT 45 3.3 PHƢƠNG PHÁP DÒNG MẮT LƢỚI 50 3.4 MẠCH GHÉP HỔ CẢM 54 3.5 CÁC ĐỊNH LÝ MẠCH CƠ BẢN 57 3.5.1 Định lý tỉ lệ 57 3.5.2 Định lý xếp chồng 59 3.5.3 Định lý thevenin định lý norton: 59 BÀI TẬP 62 CHƢƠNG IV: MẠCH BA PHA 64 4.1 KHÁI NIỆM MẠCH BA PHA 64 4.1.1 Khái niệm: 64 4.1.2 Các dạng sơ đồ ba pha nguồn tải 64 4.2 GHÉP NỐI MẠCH BA PHA 66 4.3 HỆ THỐNG ĐỐI XỨNG BỐN DÂY VÀ CÁCH GIẢI 67 4.4 MẠCH BA PHA ĐỐI XỨNG 68 4.4.1 Phân tích mạch ba pha đối xứng 68 4.4.2 Phân tích mạch điện ba pha khơng đối xứng 71 4.5 CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ ĐO CÔNG SUẤT 73 4.5.1 Các đại lƣợng công suất khác hiệu chỉnh hệ số công suất 75 4.5.1.1 Công suất phản kháng 75 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 4.5.1.2 Cơng suất biểu kiến 75 4.5.1.3 Công suất phức 75 4.5.1.4 Nguyên nhân gây hệ số công suất nhỏ động không đủ tải 76 4.5.2 Sụt áp tổn hao công suất 76 4.5.2.1 Sụt áp 76 4.5.2.2 Tổn hao công suất 77 BÀI TẬP 78 CHƢƠNG V: MẠNG HAI CỬA 82 5.1 KHÁI NIỆM 82 5.2 HỆ PHƢƠNG TRINH TRẠNG THÁI 82 5.2.1 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng Z (Tổng trở) 82 5.2.2 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng Y (Dẫn nạp) 85 5.2.3 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng H (Hệ số khuếch đại) 87 5.2.4 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng G 87 5.2.5 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng A 87 5.2.6 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng B 87 5.3 PHÂN LOẠI MẠNG HAI CỬA 88 5.3.1 Mạng hai cửa tƣơng hỗ 88 5.3.2 Mạng hai cửa đối xứng 88 BÀI TẬP 89 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN CHƢƠNG I KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MẠCH ĐIỆN 1.1.1 Giới hạn mạch điện - Việc nghiên cứu tƣợng vật lý thông thƣờng ngƣời ta thiết lập mơ hình tƣơng đƣơng Ví dụ: Máy biến áp pha có mơ hình mạch nhƣ sau U1 W2 W1 U2 Hình 1-1 - Hoặc transistor trƣờng có mơ hình mạch nhƣ sau: Hình 1-2 U W1  U W2 - Từ mơ hình ngƣời ta phân tích tƣợng vật lý: Vd: - Việc lập mơ hình cần phải xác kết phân tích gần với thực tế - Để khảo sát tƣợng điện - từ trƣờng kỹ thuật điện, ngƣời ta dùng loại mơ hình: Mơ hình mạch (Mạch Điện) Mơ hình trƣờng (Lý Thuyết Trƣờng) - Mơ hình mạch lý thuyết mạch điện trình truyền đạt biến đổi lƣợng, đƣợc đo số hữu hạn biến nhƣ: Dòng điện I điện áp U cực phần tử - Việc phân tích mơ hình mạch dựa định luật bản: Định luật Kirchhoff1 (K1) cân dòng nút KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN Định luật Kirchhoff2 (K2) cân áp cho mạch vịng kín - Bản chất trình điện từ phần tử mạch (R, L ,C) đƣợc mơ tả phƣơng trình đại số phƣơng trình vi tích phân U R t   R.I t  - U L t   L.di L t  dt I C t   C.du c t  dt Trong R, L, C thông số đặc trƣng cá phần tử mạch 1.1.2 Phạm vi ứng dụng mạch điện - Mạch điện hệ gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại xảy trình truyền đạt, biến đổi lƣợng hay tín hiệu điện tử đại lƣợng dòng điện điện áp Mạch điện đƣợc cấu trúc từ phần riêng lẻ đủ nhỏ thực chức xác định gọi “Các phần tử mạch điện” Có hai loại phần tử mạch điện là: Phần tử nguồn phần tử phụ tải - Nguồn phần tử dùng cung cấp lƣợng điện tín hiệu điện cho mạch Vd: Máy phát điện (biến đổi thành điện năng), ắc qui (biến đổi hoá thành điện năng), cảm biến nhiệt (biến đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện) - Tải phần tử tiêu tán lƣợng điện (nhận lƣợng điện hay tín hiệu điện để biến thành dạng lƣợng khác) Vd: Động điện, đèn điện (biến điện thành quang năng), bếp điện … - Ngồi hai loại cịn có nhiều loại phần tử khác nhƣ: phần tử dùng để nối nguồn với tải (dây nối, hay đƣờng dây tải điện), phần tử dùng thay đổi áp dòng phần khác cuả mạch (máy biến áp, máy biến dòng)… - Trên phần tử thƣờng có số đầu nối ta gọi cực dùng để nối với phần tử khác 1.2 CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN 1.2.1 Điện áp - Điện áp hai điểm A B công cần thiết làm dịch chuyển đơn vị điện tích (1 coulomb) từ A đến B Hình 1-3 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN - Đơn vị cuả điện áp vôn (V) - Điện áp hai đầu phần tử mạch đƣợc xác định kí hiệu(+ -) độ lớn (là giá trị đại số) UAB : Điện áp A B Ví dụ: Khi viết UAB = 5v điều đƣợc hiểu điện đầu A lớn điện đầu B 5v - Nếu ta đổi giá trị độ lớn điện áp hai đầu phần tử mạch điện từ âm sang dương, đồng thời đổi giá trị (+ -) hai đầu phần tử ta mạch điện khơng đổi Ví dụ: Hai mạch điện sau tƣơng đƣơng.Và ta có UAB = - UBA 1.2.2 Dịng điện: - Là dịng chuyển dịch có hƣớng cuả diện tích Lƣợng điện tích dịch chuyển qua bề mặt (tiết diện ngang dây dẫn dịng điện chạy dây dẫn) đơn vị thời gian đƣợc gọi cƣờng độ dòng điện - Đơn vị cuả dòng điện ampere (A) I (t )  dQ(t ) dt + UAB - Hình 1-4 - Dòng điện nhánh mạch điện đƣợc xác định chiều (kí hiệu) độ lớn (giá trị đại số) - Chiều dòng điện đƣợc định nghĩa chiều chuyển động điện tích dƣơng Để tiện lợi ngƣời ta chọn tuỳ ý chiều kí hiệu mũi tên gọi chiều dƣơng cuả dịng điện thời điểm chiều dịng điện trùng với chiều dƣơng I mang dấu dƣơng ( I > ) nhƣ chiều dòng điện ngƣợc với chiều dƣơng I âm ( I < ) I1 6K R1 + 6K R2 I2 6V I3 + 3K R3 3V | | - Hình 1-5 Các dòng điện nhánh khác ta phải ký hiệu ký hiệu khác KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN Ví dụ: Trên ba nhánh mạch điện ta ký hiệu ba dòng điện khác I1, I2 , I3 - Nếu ta đổi giá trị độ lớn dòng điện qua phần tử mạch điện từ âm sang dƣơng, đồng thời đổi ký hiệu dịng điện nhánh ta đƣợc mạch điện khơng đổi Ví dụ: Hai mạch điện sau (Hình 1-6) tƣơng đƣơng 1.2.3 Nguồn tải - Hình 1-6 Hiện tƣợng biến đổi lƣợng chia thành hai loại: Nguồn: (Phần tử cung cấp công suất) - Là tƣợng biến đổi từ dạng lƣợng khác nhƣ năng, hoá , nhiệt … thành lƣợng điện từ - Một phần tử gọi nguồn cung cấp công suất dòng điện từ cực dƣơng vào cực âm hai đầu phần tử Tải (Phần tử tiêu thụ công suất) - Là Phần tử biến đổi lƣợng điện từ thành dạng lƣợng khác nhƣ cơ, nhiệt, quang, hoá … lƣợng tiêu tán khơng hồn trở lại mạch - Một phần tử gọi tải dòng điện vào từ cực dương từ cực âm phần tử Ắc quy 1: nguồn (phần tử cung cấp công suất) Ắc quy 2: tải (phần tử tiêu thụ cơng suất) Hình 1-7 - Hiện tƣợng tích phóng lƣợng điện từ: Là tƣợng lƣợng điện từ đƣợc tích vùng khơng gian có tồn trƣờng điện từ đƣa từ vùng trả lại bên KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN Hiện tƣợng tích phóng lƣợng điện từ bao gồm tƣợng tích phóng lƣợng trƣờng từ tƣợng tích phóng lƣợng trƣờng điện Trong cuộn dây : - Hiện tƣợng xảy chủ yếu tƣợng tích phóng lƣợng trƣờng từ Ngồi dịng điện dẫn gây tổn hao nhiệt dây dẫn cuộn dây nên cuộn dây xảy tƣợng tiêu tán ( cuộn dây xảy tƣợng tích phóng lƣợng trƣờng điện nhƣng thƣờng yếu bỏ qua) Trong tụ điện : - Trong tụ điện tƣợng chủ yếu xảy tƣợng tích phóng lƣợng trƣờng điện Ngồi điện mơi giƣã hai cực tụ có độ dẫn điện hữu hạn nên tụ xãy tƣợng tiêu tán biến điện thành nhiệt Trong điện trở : - Trong điện trở thực tƣợng chủ yếu xảy tƣợng tiêu tán (tải) Nó biến đổi lƣợng trƣờng điện từ thành nhiệt 1.2.4 Mô hình - Mơ hình mạch điện dùng lý thuyết mạch đƣợc xây dựng từ phân tử mạch lý tƣởng sau Phần tử điện trở (R) phần tử đặc trƣng cho tiêu tán lƣợng (tải) Quan hệ dòng điện điện áp hai cực điện trở có dạng I1 + R U U = R.I Hình 1-8 - Phần tử điện cảm (L) phần tử đặc trƣng cho phóng thích lƣợng trƣờng từ Quan hệ dòng điện điện áp hai cực điện cảm có dạng u  L di dt Hình 1-9 Phần tử điện dung (C) phần tử đặc trƣng cho phóng thích lƣợng trƣờng điện Quan hệ dòng điện điện áp hai cực điện dung có dạng i  C du dt Hình 1-10 Phần tử nguồn phần cung cấp cơng suất Phần tử nguồn có hai loại: KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN  Phần tử nguồn áp: + Nguồn áp độc lập + i(t) e(t) + _ u(t) - u(t) = e(t) = const i(t) không phụ thuộc e(t) Hình 1-11 ‒ Dịng điện i(t) phụ thuộc vào tải mắc vào hai đầu nguồn áp từ cực dƣơng nguồn + Nguồn áp phụ thuộc - Nguồn áp phụ thuộc áp (VCVS) (Voltage Controlled Voltage Source) Hình 1-12 - Là phần tử nguồn áp mà giá trị phụ thuộc vào điện áp phần tử mạch - Nguồn áp phụ thuộc dòng (VCCS) (Voltage Controlled Currunt Source) Hình 1-13 - Là phần tử nguồn áp mà giá trị phụ thuộc vào dịng điện qua phần tử mạch  Phần tử nguồn dòng: + Nguồn dòng độc lập I(t) = j(t) = const Hình 1-14 U(t) khơng phụ thuộc vào j(t) - Điện áp u(t) phụ thuộc vào tải mắc vào hai đầu nguồn dòng + Nguồn dòng phụ thuộc - Nguồn dòng phụ thuộc áp (CCCS) (Currunt Controlled Voltage Source) Hình 1-15 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN ‒ Cơng suất biểu kiến ba pha S  P2  Q2  PA  PB  PC 2  QA  QB  QC 2 ‒ Hệ số công suất hệ thống pha cos   P 3U d I d  P  S P P2  Q2 ‒ Rõ ràng số công suất hệ thống nhỏ cơng suất tác dụng P nhỏ P  S cos  4.5.1.4 Nguyên nhân gây hệ số công suất nhỏ động không đủ tải ‒ Để hiệu chỉnh hệ số công ngƣời ta dùng tụ điện có điện dung C nối tam giác ‒ Công suất phản kháng Qk tụ điện cần để hiệu chỉnh hệ số công suất từ giá trị cos đến giá trị cost với công suất tác dụng cho đƣợc tính theo cơng thức Qk  Ptg  tg t  4.5.2 Sụt áp tổn hao công suất 4.5.2.1 Sụt áp ‒ Sụt áp đƣờng dây pha hiệu giá trị điện áp hiệu dụng đầu đƣờng dây cuối đƣờng dây ‒ Sụt áp đƣờng KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ dây Trang 76 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN điện áp rơi tổng trở Zd U  I d Z d  U AN  U A'O ‒ Để tìm ta dùng công thức gần chiếu lần lƣợt véc tơ lên vec tơ U A'O  U P  Rd cos   X d sin  .I d Trong : Id trị hiệu dụng dịng dây Cos hệ số công suất tải 4.5.2.2 Tổn hao cơng suất ‒ Dịng điện chạy dây dẩn xảy tổn hao công suất tác dụng củng nhƣ công suất phản kháng  Q  X I P  Rd I A2  I B2  I C2 d KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ A  I B2  I C2   Trang 77 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN BÀI TẬP CHƢƠNG 4.1 Cho nguồn pha đối xứng có Uab =200sin(100t) Tìm điện áp pha 4.2 Cho nguồn pha đối xứng có Uab =200sin(100t) Tìm dịng dây cơng suất tác dụng tải Biết: R = 40 ohm L = 0,1 H C = 10-4F   200rad / s 4.3 Cho nguồn ba pha đối xứng tải đối xứng nhƣ hình sau Tìm tổng trở tƣơng đƣơng pha 4.4 Cho mạch ba pha nhƣ 4.3 Z1 = 3-j4 Z2 = 3=j4 áp dây hiệu dụng Ud =100 Tính dịng qua tải 4.5 Cho mạch nhƣ hình vẽ Xác định dịng địên chạy pha A dòng qua tụ C Biết: Xc=90Ω UAB =120 sin t 4.6 Cho mạch nhƣ hình vẽ Xác định dòng địên chạy ampemét Biết: XL=2Ω UAB=380 sin t KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ r=6Ω Trang 78 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 4.7 Cho mạch điện bap nhƣ hình vẽ E A  100 sin t  EA = E B  100 sin t  120   EC  100 sin t  240  a) Tính trị hiệu dụng dịng dây? b) Suy trị hiệu dụng dịng dịng pha? c) Tính trị hiệu dụng điện áp dây nguồn diện áp dây tải? d) Tính trị hiệu dụng sụt áp đƣờng dây ? e) Tính cơng suất tổn hao đƣờng dây , công suất tiêu thụ tải công suất nguồn phát ra? 4.8 Cho mạch nhƣ hình vẽ Điện áp pha nguồn 220v a) Tính dịng điện điện áp qua pha tải b) Tính dịng điện dây trung tính? c) Tính cơng suất tác dụng tiêu thụ tải tổn hao dây trung tính KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 79 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 4.9 Cho hệ thống bap dây nhƣ hình vẽ, với điện áp pha nguồn 100V, tổng trở tải pha Z = (3+j3) Ω a) Tính trị hiệu dụng dịng dây? b) Suy trị hiệu dụng dòng dòng pha? c) Tính trị hiệu dụng điện áp dây nguồn diện áp dây tải? d) Tính trị hiệu dụng sụt áp đƣờng dây? e) Tính cơng suất tổn hao đƣờng dây, công suất tiêu thụ tải công suất nguồn phát ra? 4.10 Cho nguồn bap cân ghép hình Y có điện áp dây U d = 100V cung cấp điện cho tải khơng cân có thơng số hình vẽ sau: a) Tính dịng điện dây pha? b) Tính tổng trở Zp 4.11 Cho nguồn ba pha cân ghép hình Y có điện áp dây U d = 200V cung cấp điện cho tải khơng cân có cơng suất thực P = 900W có hệ số cơng suất 0.9 (trễ pha): a) Tính dịng điện dây pha? b) Tính tổng trở Zp 4.12 Cho mạch nhƣ hình vẽ Tính dịng pha nguồn tải Tính dịng dây KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 80 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 4.13 Cho mạch nhƣ hình vẽ Tính dịng pha nguồn tải 4.14 Cho mạch nhƣ hình vẽ Tính dịng dây KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 81 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN CHƢƠNG V MẠNG HAI CỬA 5.1 KHÁI NIỆM ‒ Là thiết bị điện có cửa ngõ để nhận lƣợng hay tín hiệu, cửa khác để trao đổi lƣợng hay tín hiệu với phận khác I1 R, L C, M U1 I2 U2 ‒ Dòng vào cực phải dòng chảy cực ‒ Mạng hai cửa có nguồn (tích cực), khơng nguồn (thụ động) 5.2 HỆ PHƢƠNG TRINH TRẠNG THÁI 5.2.1 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng Z (Tổng trở) ‒ Biểu diễn ( U , U ) theo ( I1 , I )   U1  Z11 I1  Z12 I  U  Z 21 I1  Z 22 I ‒ Viết dƣới dạng ma trận :   .  U   Z. I.1  U  I   2  2 ‒ Ma trận tổng trở Z : Z12  Z Z   11   Z 21 Z 22  ‒ Các thông số Zik không phụ thuộc vào dòng, áp mà phụ thuộc vào phần tử bên trong mạng hai cửa : R, L, C Z11  U1 : Trở kháng vào cửa hở mạch cửa I1 I 0 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 82 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN Z12  U1 : Trở kháng tƣơng hỗ cửa cửa hở mạch cửa I2 I1  Z 21  U2 : Trở kháng tƣơng hỗ cửa cửa hở mạch cửa I1 I 0 Z 22  U2 : Trở kháng vào cửa hở mạch cửa I2 I1  ‒ Đơn vị tính trở kháng  ‒ Mạch tƣơng đƣơng : ‒ Cách xác định thông số: Cách : ‒ Dựa vào mạch điện cụ thể tìm cách viết quan hệ biến ( U , U ) theo ( I1 , I ) cho giống dạng hệ phƣơng trình trạng thái hệ số đứng trƣớc I1, I2 thống số Zik cần tìm Cách : ‒ Tính thơng số Zik theo công thức ngắn mạch hở mạch Ví dụ : Cho mạng hai cửa Xác định thông số Zik ma trận Z Mạng hai cửa hình T : Z1   U1  Z11 I1  Z12 I  U  Z 21 I1  Z 22 I KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ U1 I1 Z2 Z3 U2 I2 Trang 83 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN Cách : Áp dụng vòng mắc lƣới :   U1  ( Z1  Z ) I1  Z I  U  Z I1  ( Z  Z3 ) I Z11  Z1  Z  Z12  Z Z 21  Z  Z 22  Z  Z Cách :   U1  ( Z1  Z ) I1  Z I  U  Z I1  ( Z  Z3 ) I Hở mạch cửa : I2 = Z1 Z2 Z11  U1  Z tđ1  Z1  Z U1 I1 U2  I1 Z I1 U2 I2 = Z 21  Z3 I1  Z2 I1 Hở mạch cửa : I1 = Z1 Z 22  U2  Z tđ  Z  Z I2 U1 Z12  I2  Z2 I2 Z3 I1 = U1 Z2 U2 I2  Z2 I2 Ví dụ : Cho mạng hai cửa Xác định thông số zik ma trận Z Mạng hai cửa hình : U1 Z1 I1 Z3 Z4 I2 U2 Cách :   U1  Z11 I1  Z12 I  U  Z 21 I1  Z 22 I KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 84 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN Hở mạch cửa : I2 = Z11  U1  Z tđ  I1 Z 21  U2 ( Z1  Z ).Z Z1  Z  Z  Ia Z4 I1 Z Z Z1  Z  Z  I1 I a  I1 Z2 Z1  Z  Z Hở mạch cửa : I1 = Z 22  U2  Z tđ  I2 Z12  I2 ( Z1  Z ).Z Z1  Z  Z U1 I1 = Z2 Ib Z4 I2 U2 U1 Z1  I b Z2 Z Z Z1  Z  Z  I2 Ib  I2 Z4 Z1  Z  Z 5.2.2 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng Y (Dẫn nạp) ‒ Biểu diễn ( I1 , I ) theo ( U , U )   I1  Y11 U1  Y12 U  I  Y21 U1  Y22 U ‒ Viết dƣới dạng ma trận là:      I   Y. U   U  I  ‒ Hay tổng trở Z : Y12  Y Y   11  Y21 Y22  ‒ Các thơng số Zik khơng phụ thuộc vào dịng áp mà phụ thuộc vào phần tử bên trong mạng hai cửa: R, L, C KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 85 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN Y11  I1 : Dẫn nạp vào cửa ngắn mạch cửa U1 U 0 Y12  I1 : Dẫn nạp tƣơng hỗ cửa cửa ngắn mạch cửa U2 U1  Y21  I2 : Dẫn nạp tƣơng hỗ cửa cửa ngắn mạch cửa U1 U 0 Y22  I2 : Dẫn nạp vào cửa ngắn mạch cửa U2 U1  Z1 Cách : Áp dụng nút 1  ) U2 ) U I  ( 1 (  Z1 Z1 Z  1 I   ( ) U  (  ) U  Z1 Z3 Z2 U1 I1 Z2 Z3 I2 U2 I2 U2 ‒ Suy giá trị cần tìm: 1  Y22  ( Z  Z )  Y21  ( )  Z2 1  Y11  ( Z  Z )  Y12  ( )  Z2 Cách : Ngắn mạch cửa ‒ Ngắn mạch cửa 1: U1 = Z1 (Z  Z3 ) Y22    Z1 Z U Ztđ I2 Y12  I1 U1 =  U2 I1  Z1 I1 I1 Z2 Z3 Z1 ‒ Ngắn mạch cửa 2: U2 = Z1 (Z  Z ) Y11    Z1 Z U1 Ztđ I1 Y21  I2 U1 U1  I2 Z3 I  I1 Z2 Z3 I2 U2 = Z3 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 86 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 5.2.3 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng H (Hệ số khuếch đại) ‒ Biểu diễn ( U , I ) theo ( I1 , U )  U1  H11 I1  H12 U   I  H 21 I1  H 22 U ‒ Các thơng số Hik khơng phụ thuộc vào dịng áp mà phụ thuộc vào phần tử bên trong mạng hai cửa: R, L, C H 11  U1 : Trở kháng vào vào cửa ngắn mạch cửa I1 U 0 H 12  U1 : Hàm truyền đạt áp ( hệ số khuyếch đạt) hở mạch cửa U2 I1  H 21  I2 : Hàm truyền đạt dòng ngắn mạch cửa I1 U 0 H 22  I2 : Dẫn nạp vào cửa hở mạch cửa U2 I1  5.2.4 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng G ‒ Biểu diễn ( I1 , U ) theo ( U , I )   I1  G11 U1  G12 I     U G U G I 22 21  5.2.5 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng A Biểu diễn ( U , I1 ) theo ( U ,I )  U1  A11 U  A12 I   I A U A I   21 22  5.2.6 Hệ phƣơng trình trạng thái dạng B Biểu diễn ( U , I ) theo ( U , I1 ) : KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  U  B11 U1  B12 I1   I  B21 U1  B22 I1 Trang 87 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN Ví dụ : (SV tự giải) Cho mạch điện Tính thơng số Z, H 2 4 U1 4 U2 4 Ví dụ : (SV tự giải) Cho mạch điện Tính thơng số Z, H 4 U1 5.3 4 U2 4 PHÂN LOẠI MẠNG HAI CỬA 5.3.1 Mạng hai cửa tƣơng hỗ Ma Trận Điều kiện tƣơng hỗ Z Z12 = Z12 Y H G A Y12 = Y12 H12 = -H12 G12 = -G12 B A =-1 B =1 A = A11 A22 - A12A21 = -1 ‒ Mạch có tính chất tƣơng hỗ có ba thống số độc lập 5.3.2 Mạng hai cửa đối xứng ‒ Khi thay đổi chiều truyền đạt cửa 1và cửa tính chất phƣơng trình khơng thay đổi Ma Trận Điều kiện đối xứng ‒ Z Y H G A B Z11 = Z22 Y11 = Y22 H = G = A11 = A22 B11 = B22 Một mạng hai cửa đối xứng tƣơng hỗ có hai thơng số độc lập KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 88 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN BÀI TẬP CHƢƠNG 5.1 Cho mạch điện Tính thơng số Y 20 U1 100 100 U2 5.2 Cho mạch điện Tính thơng số Z, H, Y 2 2 U1 I1 2 2 I2 U2 5.3 Cho mạch điện Tính thơng số Y 5.4 Cho mạch điện Tính thơng số Z,Y KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 89 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 5.5 Cho mạch điện Tính thơng số A I1 I2 20j 20 U1 U2 -40j -40j 5.6 Cho mạch điện Tính thơng số A I1 I2 20j 20 10 U1 U2 -40j 5.7 Cho mạch điện Tính thơng số Z, H 2 2 U1 2 2 2 U2 2 U2 5.8 Cho mạch điện Tính thơng số Z, H 2 2 U1 2 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 90 ... Rab mạch Tìm KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Uo Trang 20 GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 1.15 Tìm Us mạch 1.16 Tìm Is mạch 1.17 Tìm Uo mạch 1.18 Tìm Uo mạch KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 21 GIÁO TRÌNH MẠCH... phần tử mạch 1.1.2 Phạm vi ứng dụng mạch điện - Mạch điện hệ gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại xảy q trình truyền đạt, biến đổi lƣợng hay tín hiệu điện tử đại lƣợng dòng điện điện áp Mạch điện. .. lệ - Nếu mạch phần tử phi tuyến mạch phi tuyến 1.5.3 Mạch điện dừng mạch không dừng - Mạch điện dừng mạch phần tử không phụ thuộc vào thời gian - Đa số mạch điện thực tế mơ hình mạch điện dừng