Giáo trình này bao gồm 5 Chương chính tóm tắt chặt chẽ về lý thuyết mạch điện. Nó giúp sinh viên và người tự học hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của các thành phần mạch điện cơ bản, bao gồm điện áp, dòng điện, trở kháng, và các phương pháp phân tích mạch điện. Bên cạnh đó, giáo trình cung cấp các ứng dụng thực tế và bài tập để phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và ứng dụng kiến thức trong thực tế. Bằng cách này, người đọc có thể xây dựng nền tảng vững chắc về lý thuyết mạch, từ cơ bản đến nâng cao.
Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung MỤC LỤC Chương 13 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN .13 1.1 Mạch điện, kết cấu hình học mạch điện 13 1.1.1 Định nghĩa mạch điện 13 1.1.2 Các phận mạch điện .13 1.1.3 Kết cấu hình học mạch 13 1.2 Các đại lượng đặc trưng cho trình lượng mạch .14 1.2.1 Dịng điện i(t) 14 1.2.2 Điện áp u(t) .14 1.2.3 Chiều dương dòng điện điện áp .14 1.2.4 Công suất 15 1.3 Mơ hình mạch điện thơng số 15 1.3.1 Mơ hình mạch điện 15 1.3.2 Các thông số đặc trưng cho tượng nguồn 16 1.3.3 Thông số đặc trưng cho tượng tiêu tán - Điện trở R 17 1.3.4 Thông số đặc trưng cho tượng tích phóng lượng từ trường Điện cảm L .17 1.3.5 Thông số đặc trưng cho tượng tích phóng lượng điện trường - Điện dung C 19 1.3.6 Hỗ cảm M .19 1.4 Phân loại mạch điện 22 1.4.1 Phân loại theo dòng điện mạch 22 1.4.2 Phân loại theo tính chất thơng số mạch điện 22 1.4.3 Phân loại theo trình lượng 22 Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung 1.4.4 Phân loại toán mạch điện 23 CHƯƠNG 24 MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 24 2.1 Các định luật mạch điện .24 2.1.1 Định luật ôm 24 2.1.2 Luật Kiếchốp1 24 2.1.3 Luật Kiếchốp2 25 2.1.4 Vị trí luật Kiếchốp lý thuyết mạch 25 2.1.5 Số phương trình độc lập theo luật Kiếchốp 25 2.2 Các phép biến đổi tương đương 26 2.2.1 Định nghĩa 26 2.2.2 Các điện trở mắc nối tiếp .26 2.2.3 Các điện trở mắc song song 26 2.2.4 Biến đổi nhánh có nguồn 27 2.2.5 Biến đổi sao- tam giác ngược lại .27 2.2.6 Định lý thevenin 29 2.2.7 Định lý Norton 30 2.3 Nguyên lý xếp chồng 32 2.3.1 Khái niệm 32 2.3.2 Trình tự bước tính tốn 32 2.4 Các phương pháp giải mạch điện phức tạp 33 2.4.1 Phương pháp dòng điện nhánh .33 2.4.2 Phương pháp điện nút .37 2.5 Tính tương hỗ mạch điện tuyến tính 41 2.5.1 Khái niệm 41 2.5.2 Chứng minh: 41 Bộ môn Cơng nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung 2.5.3 Ứng dụng 41 Chương 50 DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN 50 3.1 Các đại lượng đặc trưng 50 3.1.1 Các đại lượng đặc trưng 50 3.1.2 Trị số hiệu dụng dòng điện hình Sin 51 3.1.3 Biểu diễn đại lượng Sin véc tơ .52 3.2 Quan hệ dòng điện điện áp mạch điện hình Sin 53 3.2.1 Nhánh trở .53 3.2.2 Nhánh cảm 54 3.2.3 Nhánh dung 55 3.2.4 Quan hệ dòng điện, điện áp nhánhR,L,C nối tiếp .56 3.3 Công suất nhánh R – L - C 58 3.3.1 Công suất tác dụng P 58 3.3.2 Công suất phản kháng Q .58 3.3.3 Công suất biểu kiến S .58 3.4 Hệ số công suất Cos 59 3.4.1 Hệ số công suất cos .59 3.4.2 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất cos 59 3.4.3 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos: 60 3.5 Tổng quát số phức 62 3.5.1 Khái niệm .62 3.5.2 Các cách biểu diễn số phức 62 3.5.3 Chuyển đổi số phức .63 3.5.4 Tính chất số phức 63 3.5.5 Các phép tính số phức .63 Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung 3.5.6 Biểu diễn đạo hàm di/dt 65 3.5.7 Biểu diễn tích phân 65 3.6 Biểu diễn dòng điện SIN số phức 65 3.6.1 Sơ đồ phức .65 3.6.2 Các định luật dạng phức .66 3.6.3 Biểu diễn loại công suất dạng phức .67 3.7 Đồ thị Tôpô mạch điện .68 3.7.1 Định nghĩa .68 3.7.2 Cách vẽ 69 3.7.3 Ý nghĩa đồ thị Tôpô 71 3.8 Phương pháp giải mạch điện xoay chiều hình sin 71 3.8.1 Phương pháp giải mạch điện véc tơ 71 3.8.2 Phương pháp giải mạch điện số phức 72 3.9 Phương pháp giải mạch điện hỗ cảm .77 3.9.1 Thành lập sơ đồ thay mạch điện hỗ cảm .77 3.9.2 Phương pháp dòng điện nhánh 78 3.9.3 Phương pháp dòng điện vòng .79 3.10 Phương pháp máy phát điện tương đương 80 3.10.1 Phương pháp máy phát điện tương đương Thevenin 80 3.10.2 Phương pháp máy phát điện tương đương Norton 80 3.10.3 Ứng dụng 80 3.11 Nguyên lý xếp chồng .80 3.11.1 Khái niệm 80 3.11.2 Trình tự bước tính tốn 81 3.11.3 Ứng dụng .81 3.12 Phương pháp tính mạch có nguồn chu kỳ khơng Sin 81 Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung 3.12.1 Khái niệm 81 3.12.2 Phương pháp phân tích 81 3.12.3 Trình tự bước giải 82 3.12.4 Trị hiệu dụng công suất 82 3.13 Tính chất tương hỗ mạch điện tuyến tính 83 3.13.1 Khái niệm 83 3.13.2 Ứng dụng .83 Chương 93 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 93 4.1 Khái niệm chung 93 4.1.1 Khái niệm 93 4.1.2 Cách tạo nguồn điện pha 93 4.2.Mạch điện nối hình .95 4.2.1 Cách nối 95 4.2.2 Quan hệ đại lượng dây pha nối đối xứng 95 4.3 Nối mạch điện hình tam giác 96 4.3.1 Cách nối 96 4.2.2 Quan hệ đại lượng dây pha nối tam giác đối xứng 96 4.4 Công suất mạch điện pha .97 4.4.1 Công suất tác dụng P 97 4.4.2 Công suất phản kháng Q .98 4.4.3 Công suất biểu kiến S mạch pha đối xứng 98 4.5 Đo công suất mạch pha 98 4.5.1 Đo công suất tác dụng mạch pha đối xứng .98 4.5.2 Đo công suất tác dụng mạch pha không đối xứng 98 4.5.3 Đo công suất phản kháng mạch pha đối xứng 99 Bộ mơn Cơng nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung 4.6 Giải mạch điện pha đối xứng .100 4.6.1 Nguồn nối đối xứng 100 4.6.2 Nguồn nối tam giác đối xứng .100 4.6.3 Giải mạch điện pha tải nối hình đối xứng 100 4.6.4 Giải mạch điện pha tải nối hình tam giác đối xứng .101 4.7 Cách giải mạch điện không pha đối xứng 102 4.7.1 Tải nối hình có dây trung tính tổng trở Z0 102 4.7.2 Tải nối hình khơng đối xứng có tổng trở dây trung tính Z0 = 103 4.7.3 Khi khơng có dây trung tính dây trung tính bị đứt( Z0 = ∞; YO’O = 0) .103 4.7.4 Cách giải mạch điện pha tải nối tam giác không đối xứng 103 CHƯƠNG 5: MẠNG CỬA ( CỰC) TUYẾN TÍNH KHƠNG NGUỒN 107 5.1 Khái niệm chung mạng hai cửa .107 5.1.1 Định nghĩa .107 5.1.2 Ví dụ mạng cửa: 107 5.1.3 Phân loại 107 5.2 Hệ phương trình trạng thái dạng A mạng cửa 108 5.2.1 Hệ PT trạng thái 108 5.2.2 ý nghĩa vai trị thơng số Aik 108 5.2.3 Tính chất thơng số Aik 109 5.2.4 Cách xác định thông số Aik: 110 5.2.5 Sơ đồ tương đương mắc nối tiếp mạng cửa dạng A 112 5.3.2 Hệ phương trình dạng Z 114 5.3.3 Hệ phương trình dạng Y .115 5.3.4 Hệ phương trình dạng H .116 5.3.5 Hệ phương trình dạng G .117 Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung 5.4 Dùng ma trận để tính mạng cửa 118 5.4.1 Hệ PT trạng thái dạng A 118 5.4.2 Hệ PTTT dạng B 119 5.4.3 Hệ PTTT dạng Z 119 5.4.4 Hệ PTTT dạng Y 120 5.4.5 Hệ PTTT dạng H 120 5.4.6 Hệ PTTT dạng G 120 5.5 Sơ đồ tương đương hình T hình mạng cửa .121 5.5.1 Tính thơng số mạng hình T biết thơng số Aik 121 5.5.2 Tính thơng số mạng hình π biết thơng số Aik 122 5.5.3 Bài tập áp dụng .122 5.6 Tổng trở vào mạng cửa 123 5.6.1 Tổng trở vào 123 5.6.2 Các tổng trở vào hở mạch 124 5.6.3 Các tổng trở vào ngắn mạch .124 5.6.5 Dùng mạng cửa hoà hợp nguồn với tải 127 5.7 Các hàm truyền đạt mạng cửa .127 5.7.1 Hàm truyền đạt áp mạng hai cửa .127 5.7.2 Hàm truyền đạt dòng mạng hai cửa 128 5.7.3 Hàm truyền đạt công suất 129 5.8 Mạng cửa đối xứng 129 5.8.1 Định nghĩa điều kiện .129 5.8.2 Tổng trở đặc tính ZC 129 5.8.3 Hệ số truyền đạt g = a + jb 131 CHƯƠNG 6: LỌC ĐIỆN 134 6.1 Khái niệm chung .134 Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung 6.1.1 Định nghĩa 134 6.1.2 Phân loại .134 6.2 Điều kiện để mạng cửa đối xứng cho tín hiệu qua không tắt 135 6.3 Dải thông – điều kiện dải thông 136 6.3.1 Định nghĩa 136 6.3.2 Điều kiện dải thông 136 6.4 Lọc loại K 138 6.5 Đặc tính tần lọc điện 140 6.5.1 Mục đích nghiên cứu đặc tính tần lọc điện 140 6.5.2 Đặc tính tần ZC( ω ) .140 6.5.3 Đặc tính tần hệ số truyền đạt g = a +jb 141 Chương MẠCH TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ 145 7.1 Khái niệm trình độ 145 7.1.1 Khái niệm .145 7.1.2 Nguyên nhân 145 7.1.3 Ý nghĩa 145 7.1.4 Phân loại .146 7.2 Các định luật đóng mở 146 a Định luật đóng mở 146 b Định luật đóng mở 147 7.3 Cách xác định điều kiện ban đầu mạch 148 7.4 Phương pháp tích phân kinh điển 153 7.4.1 Phân tích đáp ứng độ 153 7.4.2 Cách thành lập phương trình đặc trưng 154 7.4.3 Nghiệm PT đặc trưng 155 7.5 Cách giải toán độ phương pháp tích phân kinh điển 156 Bộ mơn Cơng nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung 7.5.1 Trình tự bước giải 156 7.5.2 Mạch độ RC 158 7.5.3 Mạch độ RL đóng vào nguồn áp khơng đổi 163 7.5.4 Quá trình độ mạch RLC mắc nối .164 7.6 Phương pháp toán tử Laplace .166 7.6.1 Nội dung phương pháp 166 7.6.2 Các hàm 166 7.6.3 Biến đổi Laplace 167 7.6.4 Một số tính chất phép biến đổi ảnh-gốc 168 7.6.5 Triển khai Hevisai 170 7.7 Tính tốn q trình q độ tốn tử Laplat 173 7.7.1 Sơ đồ toán tử Laplat 173 7.7.2 Các định luật dạng toán tử 175 7.7.3 Trình tự giải toán độ toán tử .176 7.8 Phương pháp Fourier 178 7.8.1 Biến đổi Fourier thuận ngược 178 7.8.2 Phổ tần gốc .179 7.8.3.Các tính chất ảnh Fourier .179 7.8.4 Định luật kiechop 1,2 dạng toán tử Fourier – Sơ đồ toán tử Fourier 179 7.8.5 Trình tự giải tốn q độ ảnh Fourier 180 Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Điện Giáo trình Lý thuyết mạch ĐHCN Việt-Hung LỜI NĨI ĐẦU Lý thuyết mạch mơn học sở kỹ thuật quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư ngành điện, điện tử Dựa kiến thức tốn vật lý đại cương, mơn học nhằm cung cấp lý luận sở chung kỹ thuật điện Môn học giúp sinh viên có cở sở, tảng để tiếp thu mơn học chun mơn điện nắm chìa khóa vào lĩnh vực khác kỹ thuật điện Các ngành kỹ thuật điện, điện tử, đo lường, tự động hóa… chủ yếu dựa lý thuyết mạch Lý thuyết trình mạch có nhiều điểm tương tự tốn học, vật lý so với lý thuyết mạch điện Vì ngành không điện cần biết lý thuyết mạch điện Do có tương tác mạch, ta ứng dụng lý thuyết mạch điện vào mạch không điện ngược lại Môn học cung cấp phương pháp chung phân tích mạch theo mơ hình mạch lượng, đồng thời giải thích q trình xảy thiết bị điện, điện tử thường gặp cuộn dây lõi thép, máy điện….Môn học trang bị cho sinh viên định lý mạch điện, phương pháp phân tích giải mạch điện Nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên trình nghiên cứu tổng hợp kiến thức, tập thể giảng viên môn Tự động hóa trường ĐHCN Việt Hung biên soạn giáo trình Lý thuyết mạch Nội dung giáo trình chia làm tám chương, dẫn dắt người học từ khái niệm đến phương pháp phân tích giải mạch phức tạp Chương 1: Cung cấp khái niệm mạch điện, định luật kinh điển định luật ôm, định luật Kiechop, phép biến đổi tương đương… Chương 2: Cung cấp phương pháp giải mạch điện chiều phép biến đổi tương đương, phương pháp dòng nhánh, dòng vòng, điện nút… Chương 3: Cung cấp phương pháp giải mạch điện xoay chiều pha phép biến đổi tương đương, phương pháp vec tơ, phương pháp số phức, Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Điện 10