Bài giảng Mạch điện 2

Trường ĐH Thủy Lợi, Bộ môn KT điện 2013.[2] Sổ tay học tập, Trường ĐH Thủy Lợi, Bộ môn KT điện 2013.[3] Lê Công Thành: Bài giảng Mạch điện 2 Trang 2 MẠCH ĐIỆN II10 Trạng thái xác lập hì

MẠCH ĐIỆN II PGS.TS Lê Công Thành BM Kĩ thuật Điện, Khoa Điện – Điện tử Jan-22 1 Tài liệu học tập [1] Cunningham, Stuller: Phân tích mạch điện, tập Trường ĐH Thủy Lợi, Bộ môn KT điện 2013 [2] Sổ tay học tập, Trường ĐH Thủy Lợi, Bộ môn KT điện 2013 [3] Lê Công Thành: Bài giảng Mạch điện Jan-22 2 MẠCH ĐIỆN II 10 Trạng thái xác lập hình sin 11 Phân tích mạch AC 12 Cơng suất mạch AC 13 Đáp ứng tần số 14 Biến đổi Laplace chuỗi Fourier 15 Mạch điện ba cực hai cửa 16 Hỗ cảm máy biến áp 17 Mạch điện pha ba pha Jan-22 3 C10 TRẠNG THÁI XÁC LẬP HÌNH SIN 10.1 Khái niệm 10.2 Phasor tổng trở 10.3 Tổng trở R, L C 10.4 Quan hệ phasor tổng trở với đại lượng thực 10.5 Các khái niệm liên quan đến tổng trở Tổng kết C10 Jan-22 4 10.1 Khái niệm  Đáp ứng mạch LTI tổng đáp ứng riêng đáp ứng tự nhiên Mạch LTI  Đáp ứng xác lập mạch LTI ổn định với đầu vào hình sin tín hiệu hình sin tần số  đáp ứng riêng hình sin có tần số với đầu vào  đáp ứng tự nhiên dần tới không t tăng dần Đáp ứng ban đầu Jan-22 Đáp ứng xác lập hình sin 5 10.2 Phasor tổng trở  Tất dòng điện điện áp mạch điện xác lập hình sin có dạng hình sin tần số  Định nghĩa: Phasor tương ứng với đại lượng hình sin có dạng  Jan-22 Quan hệ đại lượng sin phasor 6 10.2 Phasor tổng trở  Định nghĩa: Tổng trở mạch LTI có mơ tả tỉ số phasor điện áp phasor dòng điện vào Mạch LTI miền thời gian xác định  Định luật Ohm dạng ac Mạch LTI miền tần số Jan-22 7 10.3 Tổng trở R, L C    Điện trở  Thời gian:  Phasor:  Tổng trở: Điện cảm  Thời gian:  Phasor:  Tổng trở: Điện dung  Thời gian  Tổng trở: Jan-22 8 10.4 Phasor, tổng trở với đại lượng thực  Đáp ứng riêng với đầu vào phasor quay phasor quay dạng: đó:  Đáp ứng riêng với đầu vào thực có dạng: đó: Jan-22 9 10.4 Phasor, tổng trở với đại lượng thực  Đáp ứng riêng với đầu vào thực có dạng: Jan-22 10 10 10.4 Phasor, tổng trở với đại lượng thực Ví dụ 10.1  Mạch điện  Đầu vào:  Tổng trở:  Tìm phasor điện áp đáp ứng riêng  Giải:  Phasor điện áp  Đáp ứng riêng Jan-22 11 11 10.4 Phasor, tổng trở với đại lượng thực Ví dụ 10.2  Mạch điện  Mơ tả:  Đầu vào:  Tìm phasor dòng điện, điện áp, tổng trở đáp ứng riêng  Giải:  Phasor dòng điện:  Tổng trở:  Phasor điện áp:  Đáp ứng riêng: Jan-22 12 12 10.4 Phasor, tổng trở với đại lượng thực Ví dụ 10.4  Mạch điện R-L-C nối tiếp  R = 1k, L = 2mH, C = 0,001F  Đầu vào:  Mơ tả mạch điện, tìm tổng trở đáp ứng điện áp x.lập  Giải:  Mô tả mạch điện:  Tổng trở:  Đáp ứng riêng: Jan-22 13 13 10.5 Các khái niệm liên quan đến tổng trở  Tổng trở (dẫn) điểm tổng trở (dẫn) truyền  Tổng trở điểm: Phasor điện áp dòng điện cửa  Tổng trở truyền: Phasor điện áp dòng điện khác cửa  Các thành phần tổng trở (dẫn) , : điện trở điện kháng , : điện dẫn điện nạp  Quan hệ thành phần tổng trở (dẫn) điểm  Mạch có tính điện cảm, điện dung điện trở Jan-22 14 14 10.6 Hàm truyền  Hàm truyền:  Định nghĩa: Tỉ số phasor với phasor vào  Biểu thức , : Phasor vào; , : Tốn tử vi phân mơ tả mạch LTI  Tổng trở tổng dẫn hàm truyền Jan-22 15 15 Tổng kết chương 10 Jan-22 16 16 Tổng kết chương 10    Đáp ứng xác lập mạch ổn  định LTI với đầu vào sin tín hiệu sin tần số Phasor biểu diễn biên độ  pha điện áp dòng điện sin Độ lớn góc  phasor biên độ pha đại lượng sin  Sóng cosine hình chiếu phasor quay lên trục thực  mặt phẳng phức Tổng trở tỉ số phasor điện áp phasor dòng điện vào Tổng dẫn điểm nghịch đảo tổng trở điểm Tổng trở gồm thành phần điện trở điện kháng Tổng dẫn gồm thành phần điện dẫn điện nạp Hàm truyền mạch tỉ số phasor với phasor vào Jan-22 17 17 C11 Phân tích mạch AC 11.1 Cơ sở 11.2 Các mạch đơn giản 11.3 Phân tích điện áp nút 11.4 Phân tích dịng điện vòng 11.5 Xếp chồng 11.6 Mạch Thévenin Norton Tổng kết C11 Jan-22 18 18 11.1 Cơ sở  Mạch AC – mạch điện tuyến tính dừng (LTI) chế độ xác lập hình sin (điều hịa)  Biểu diễn phần tử mạch miền tần số  Nguồn độc lập  Nguồn phụ thuộc Jan-22 19 19 11.1 Cơ sở  Biểu diễn phần tử mạch miền tần số  Các phần tử R, L, C miền tần số  Luật Ohm Miền thời gian Miền tần số Jan-22 20 20 10 16.1 Hỗ cảm miền thời gian Hệ số liên kết từ  Định nghĩa:  Công suất:  Năng lượng: Jan-22 173 173 16.2 Hỗ cảm miền tần số  Phương trình đầu cực Miền thời gian  Kí hiệu mạch Jan-22 174 174 87 16.2 Hỗ cảm miền tần số Máy biến áp tuyến tính Máy biến áp tuyến tính thực Mạch nguồn Cuộn dây sơ cấp máy biến áp Mạch tải Cuộn dây thứ cấp máy biến áp Mạch sơ cấp Mạch thứ cấp Jan-22 175 175 16.2 Hỗ cảm miền tần số Máy biến áp tuyến tính  Phương trình LKA  Giải theo Cramer xác định tổng trở vào  Các tỉ số dòng điện điện áp Jan-22 176 176 88 16.2 Hỗ cảm miền tần số Máy biến áp tuyến tính  Chức  Biến đổi tổng trở, làm hịa hợp nguồn với tải nhằm đưa cơng suất cực đại tải  Cách li nguồn dc nguồn tải  Kết hợp với tụ điện tạo thành lọc, loại bỏ thành phần tần số khơng mong muốn  Máy biến áp thực đồng thời nhiều chức kể Jan-22 177 177 16.2 Hỗ cảm miền tần số Các mạch tương đương T  Mạch tương đương T Jan-22 Mạch tương đương  178 178 89 16.3 Máy biến áp lí tưởng Định nghĩa Lõi sắt từ  Mơ hình  Phương trình đầu cực i2 i1 v1 i2 v2 i1  Kí hiệu sơ đồ  Cơng suất phức Jan-22 179 179 16.3 Máy biến áp lí tưởng Tổng trở quy đổi Jan-22 180 180 90 16.3 Máy biến áp lí tưởng Phân tích mạch có mba lí tưởng - Ví dụ 17.13  Xác định tổng trở nhìn từ nguồn cho mạch (h.vẽ)  Giải: Jan-22 181 181 Tổng kết chương 16  Điện áp (tự) cảm ứng cuộn dây tỉ lệ với đạo hàm dịng điện qua cuộn dây Hằng số tỉ lệ - độ tự cảm L Trong cuộn dây có liên kết, xuất thêm thành phần điện áp (hỗ) cảm ứng tỉ lệ với đạo hàm dòng điện qua cuộn dây thứ hai Hằng số tỉ lệ - độ hỗ cảm M Jan-22  Hệ số liên kết từ với ≤ k ≤  Cuộn dây liên kết biến đổi tổng trở,  Cuộn dây liên kết tạo hàm truyền dòng điện điện áp hữu dụng  Có thể sử dụng mạch tương đương T cho cuộn dây liên kết 182 182 91 Tổng kết chương 16  Máy biến áp lí tưởng có: - Điện trở cuộn dây 0, - Tỉ số vòng dây bình phương tỉ số độ tự cảm sơ thứ cấp, - Cảm kháng thứ cấp lớn tổng trở tải, - Hệ số liên kết từ  Công suất phức tiêu thụ máy biến áp lí tưởng  Với máy biến áp lí tưởng, tỉ số điện áp sơ thứ cấp tỉ số số vòng dây; tỉ số dòng điện áp thứ sơ cấp tỉ số số vòng dây với dấu ngược lại  Tổng trở quy đổi với hệ số bình phương tỉ số vịng dây  Mơ hình thực tế mba kể thêm điện trở từ thông tản cuộn dây Jan-22 183 183 C17 Mạch điện lực pha pha 17.1 Hệ thống điện pha dây 17.2 Nguồn điện pha 17.3 Phụ tải điện pha 17.4 Hệ thống điện pha 17.5 Công suất tức thời 17.6 Đo công suất Tổng kết C17 Jan-22 184 184 92 17.1 Hệ thống điện pha dây  Quy ước hệ thống điện: phasor dòng điện điện áp sử dụng giá trị hiệu dụng Trung tính  Hệ thống trung tính N nối đất  Điện áp dây-trung tính giá trị lệch pha 180 HT điện  Điện áp dây-dây lớn gấp lần điện áp dây-trung tính Phụ tải dân sinh  Cân phụ tải Jan-22 185 185 17.1 Hệ thống điện pha dây Ví dụ 18.1  Cơng suất phức:  Trên Z1: S1 = 120060 VA  Trên Z2: S2 = 6000 VA  Trên Z3: S3 = 2400-45 VA Trung tính  Bỏ qua tổng trở dây nối  Tính tốn dịng điện đường dây HT điện Jan-22 Phụ tải dân sinh 186 186 93 17.2 Nguồn điện pha  Hầu hết lượng điện dạng pha  Máy phát điện pha tạo nguồn điện hình sin pha  Máy phát điện pha tạo nguồn điện hình sin pha  Nguồn pha đối xứng:  Hình sin tần số biên độ  Lệch pha 120 điện Jan-22 187 187 17.2 Nguồn điện pha Thứ tự pha  Các phasor dòng điện điện áp sử dụng giá trị hiệu dụng  Thứ tự pha:  thuận (hoặc dương, abc): Vaa’ vượt Vbb’ góc 120, Vbb’ vượt Vcc’ góc 120;  nghịch (hoặc âm, acb): Vaa’ vượt Vcc’ góc 120, Vcc’ vượt Vbb’ góc 120  Thay đổi thứ tự pha cách hốn đổi kí hiệu pha Jan-22 188 188 94 17.2 Nguồn điện pha Nguồn nối (Y)  Các đầu cực nối với Cấp lượng qua cực  Nối đầu cực a’, b’ c’ với tạo điểm trung tính n  Quan hệ phasor điện áp dây (dây-dây) điện áp pha (dây-trung tính):  Hiệu dụng: 31/2  1,732  Pha: Nhanh pha 30 (abc) Jan-22 189 189 17.2 Nguồn điện pha Nguồn nối tam giác ()  Nối đầu cực a’-b, b’-c, c’-a với tạo vịng kín  Phasor điện áp dây phasor điện áp pha tương ứng  Quan điểm sử dụng: cần biết điện áp dây mà không cần thiết phải biết cách thức nối nguồn Jan-22 190 190 95 17.3 Phụ tải pha Tải nối (Y) đối xứng  Điện áp pha điện áp dây có quan hệ:  Dịng điện pha dịng điện dây  Cơng suất phức: Jan-22 191 191 17.3 Phụ tải pha Tải nối tam giác () đối xứng  Điện áp pha điện áp dây  Dòng điện pha  Dòng điện dây  Công suất phức: Jan-22 192 192 96 17.4 Hệ thống điện pha Ví dụ 18.4  Hệ thống ba pha đối xứng với  Xác định  dịng điện  cơng suất phức tải tồn hệ thống  Giải: Các dịng điện cần tính Jan-22 193 193 17.4 Hệ thống điện pha Ví dụ 18.4  Giải:  cơng suất phức tải  cơng suất phức tồn hệ thống Jan-22 194 194 97 17.4 Hệ thống điện pha Cải thiện hệ số công suất  Xác định công suất cần bù để nâng PF tới giá trị cần thiết  công suất phức cần cải thiện  công suất phức thiết bị bù  công suất phức tổng  Công suất phản kháng cần bù với Jan-22 195 195 17.4 Hệ thống điện pha Ví dụ 18.7  Hệ thống gồm tải nối vào nguồn pha 440V:  công suất phức tải 1:  tải động đồng - thiết bị bù - có cơng suất tác dụng khơng đổi 45kW  Xác định:  công suất phản kháng phát động đồng để PF tồn hệ thống 0,95  Dịng điện dây sau bù?  Giải: Jan-22 196 196 98 17.5 Công suất tức thời  Công suất tức thời hệ thống pha đối xứng số cơng suất trung bình Jan-22 197 197 17.6 Đo cơng suất  Đo cơng suất trung bình wattmeter  Wattmeter có cuộn dây dịng (tiết diện dây lớn, vòng) cuộn dây điện áp (tiết diện dây nhỏ, nhiều vòng)  Cách mắc wattmeter:  Cuộn dòng mắc nối tiếp với tải cần đo  Cuộn áp mắc song song với tải cần đo Jan-22 198 198 99 17.6 Đo công suất Trong mạch pha  Hệ thống có dây trung tính - Đo cơng suất trung bình (P ) wattmeter W  Hệ thống khơng có dây trung tính – Đo P W  Có thể sử dụng phương pháp W để xác định PF đối xứng  Hệ thống đối xứng – Đo P W + nhân ba số W Jan-22 199 199 Tổng kết chương 17  Điện dân sinh chủ yếu  Hệ thống ba pha xác định theo giá trị hiệu dụng hệ thống pha ba dây (rms) điện áp dây 120/240V (Vn: 220/380V) (điện áp dây-dây)  Phần lớn lượng điện phát, truyền tải  Đối với cách nối Y: tiêu thụ dạng điện Điện áp pha điện áp dây-trung tính ba pha đối xứng  Trong hệ thống điện, điện áp dòng điện xác định theo giá trị hiệu dụng (rms) Jan-22 Với thứ tự pha abc, so với điện áp pha tương ứng, điện áp dây nhanh pha 30 có giá trị hiệu dụng lớn lần Dòng điện dây dòng điện pha 200 200 100 Tổng kết chương 17  Đối với cách nối : - Điện áp pha điện áp dây - Với thứ tự pha abc, so với dòng điện pha tương ứng, dòng điện dây chậm pha 30 có giá trị hiệu dụng lớn lần   Công suất phức tiêu thụ tải ba pha đối xứng nối Y:  Công suất phức tiêu thụ tải ba pha đối xứng nối : Công suất phức tiêu thụ tải ba pha đối xứng bất  kỳ   góc pha tổng trở Jan-22  Công suất tức thời tải ba pha đối xứng Cải thiện PF trễ tải điện dung Đo công suất P W 201 201 101