Bài giảng LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN - Cung Thành Long doc

LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN Biên soạn: Cung Thành Long Bộ môn Kỹ thuật Đo và Tin học công nghiệp Khoa Điện Trường Đạihọc Bách Khoa Hà Nội Bài giảng Hà Nội - 2006 Kếtcấuchương trình: A. Họckì1 Mạch điệntuyếntính B. Họckì2 + Mạch điện phi tuyến + Lý thuyết đường dây dài C. Họckì3 Lý thuyếttrường điệntừ Tài liệuthamkhảo [1]. PGS. NguyễnBìnhThành& cáccộng sự, Cơ sở kỹ thuật Điện (quyển 1, 2, 3), Nhà xuấtbản Đạihọc và trung học chuyên nghiệp (1971) [2]. Norman Balabanian, Electric Circuits, McGraw-Hill, Inc (1998) MẠCH CÓ THÔNG SỐ TẬP TRUNG MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Chương 1. Khái niệmvề mô hình mạch điện Chương 2. Đặc điểmcủamạch điệntuyến tính ở chếđộxác lập điều hoà Chương 3. Phương pháp giảimạch điệntuyến tính ở chếđộxác lập điều hoà Chương 4. Quan hệ tuyến tính và các hàm truyền đạtcủamạch điệntuyến tính Chương 5. Mạng mộtcửavàmạng hai cửatuyến tính Chương 6. Mạch điệntuyến tính với kích thích chu kỳ không điều hòa Chương 7. Mạch điện ba pha Chương 8. Mạch điệntuyến tính ở chếđộquá độ MẠCH CÓ THÔNG SỐ TẬP TRUNG Chương I KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.1. Hiệntượng điệntừ -Môhìnhmôtả hệ thống điệntừ I.2. Định nghĩavàcácyếutố hình họccủamạch điện I.3. Các phầntử cơ bảncủamạch điện Kirchhoff I.4. Hai định luật Kirchhoff mô tả mạch điện I.5. Graph Kirchhoff I.6. Phân loại các bài toán mạch KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.1. HIỆN TƯỢNG ĐIỆN TỪ - MÔ HÌNH MÔ TẢ HỆ THỐNG ĐIỆN TỪ • Điệntừ là hiệntượng tự nhiên, mộtthể hiệncủavậtchấtdướidạng sóng điệntừ •Môtả các hệ thống điệntừ: mô hình mạch và mô hình trường u i Tải Nguồn E(x,y,z,t) H(x,y,z,t) I.1. HIỆN TƯỢNG ĐIỆN TỪ - MÔ HÌNH MÔ TẢ HỆ THỐNG ĐIỆN TỪ 1. Mô hình mạch + Chỉ có thông tin tạimộtsố hữuhạn điểm trong hệ thống + Các phầntử cơ bản: R, L, C, g + Dựatrêncơ sở 2 định luậtthựcnghiệmcủa Kirchhoff ► Vớimôhìnhmạch, chúng ta đãtập trung mỗihiệntượng điệntừ liên tục trong khônggianvàomộtphầntử cụ thể, do đó không thấy đượchiệntượng truyền sóng trong hệ thống! ► Mô hình mạch là mô hình gần đúng củaquátrìnhđiệntừ, bỏ qua yếutố không gian KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.1. HIỆN TƯỢNG ĐIỆN TỪ - MÔ HÌNH MÔ TẢ HỆ THỐNG ĐIỆN TỪ 2. Điềukiệnmạch hoá ► Bước sóng củasóngđiệntừ rấtlớnhơnkíchthướcthiếtbịđiện ►Độdẫn điệncủadâydẫnrấtlớnhơn độ dẫn điệncủamôi trường ngoài KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.2. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN 1. Định nghĩa Mạch điện: + mộttập hữuhạn các phầntử cơ bản lý tưởng ghép vớinhaumột cách thích hợp sao cho mô tảđượctruyền đạtnăng lượng điệntừ + biến đặctrưng: dòng điện và điệnáp(trên các phầntử củamạch) KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.2. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN 2. Các yếutố hình họccủamạch điện R 1 R 3 R 2 L 1 L 3 L 2 C 3 e 1 j e 2 i 1 i 2 i 3 ► Các phầntử mạch ► Nhánh ► Nút (đỉnh) ► Vòng KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN [...]... VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN KIRCHHOFF Phần tử cơ bản + đại diện cho một hiện tượng điện từ trên vùng xét + được biểu diễn bằng phần tử một cửa + có 1 cặp biến biến đặc trưng dòng điện và điện áp trên cửa + nối tới các phần khác của mạch điện qua cửa KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN KIRCHHOFF 1 Điện trở R, điện dẫn g i u + Điện trở đặc... , f = T - Góc pha ban đầu ψi T 0.2 0 -0 .2 -0 .4 Im -0 .6 -Giá trị hiệu dụng: -0 .8 -1 T 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 I 1 2 I= i dt = m T∫ 2 0 ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP ĐIỀU HOÀ II.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẦP ĐIỀU HOÀ 1 Ở chế độ xác lập điều hoà, trong mạch tuyến tính dòng và áp biến thiên điều hoà cùng tần số i ( t ) = I m sin (ωt + ψ i ) 1.1 Với điện trở... Mi1' ► Dấu của điện áp tự cảm và hỗ cảm phụ thuộc vào chiều dương điện áp quy ước tính cho nhánh chứa phần tử hỗ cảm KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN KIRCHHOFF 5 Nguồn áp, nguồn dòng 5.1 Nguồn áp e βik -Nguồn áp độc lập -Nguồn áp phụ thuộc 5.2 Nguồn dòng j αuk -Nguồn dòng độc lập -Nguồn dòng phụ thuộc Thực tế vận hành không được phép ngắn mạch nguồn áp, hở mạch nguồn... vụ việc phân tích mạch! + Nguồn độc lập: - ngắn mạch nguồn áp - hở mạch nguồn dòng + Nguồn phụ thuộc: - triệt tiêu nguyên nhân gây ra nguồn phụ thuộc KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.4 HAI ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF MÔ TẢ MẠCH ĐIỆN 1 Luật Kirchhoff 1 C n + Phát biểu: L k =1 i3 i2 ∑i k =0 + Ý nghĩa: thể hiện tính liên tục của dòng điện qua một mặt kín (trường hợp riêng là qua một đỉnh của mạch) R i1 2 Luật... kΩ, MΩ,… R ►Nếu quan hệ u(i) là phi tuyến: điện trở phi tuyến ►Nếu quan hệ u(i) là tuyến tính: điện trở tuyến tính u(V) u = Ri + Nghịch đảo của điện trở R là điện dẫn g Đơn vị điện dẫn là Siemen (S) i(A) KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN KIRCHHOFF 2 Điện dung C + Điện dung C đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng điện trường trong vùng xét i u q + Quan hệ dòng... trình năng lượng điện từ trong một vòng kín R1 C L3 R4 e1 e2 L2 KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.4 HAI ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF MÔ TẢ MẠCH ĐIỆN 3 Số phương trình Kirchhoff độc lập mô tả mạch L1 R1 e1 L2 i1 R3 Với mạch có n nhánh, d đỉnh thì: R2 j L3 C3 i2 e2 i3 -Số phương trình Kirchhoff 1 độc lập là d -1 phương trình -Số phương trình Kirchhoff 2 độc lập là n – d + 1 phương trình Phân tích mạch dựa trên hệ... KHÁI NIỆM CHUNG + Mạch điện tuyến tính + Chế độ quá độ + Chế độ xác lập + Tín hiệu dao động điều hoà + Mạch điện tuyến tính ở chế độ xác lập điều hoà + Tính chất xếp chồng ở mạch điện tuyến tính ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP ĐIỀU HOÀ II.2 HÀM ĐIỀU HOÀ VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG 1 Xét dòng điều hoà i(t) = Imsin(ωt + ψi) 0.8 0.6 0.4 ψi - Biên độ dao động cực đại Im 1 - Tần số góc ω... dòng! KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN KIRCHHOFF 6 Mô hình phần tử thực + tập hữu hạn các phần tử lý tưởng ghép với nhau 1 cách thích hợp R L + có nhiều mô hình tiếp cận một phần tử thực + sai số mô hình hoá phần tử thực: ε = ε MH + ε TT KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN KIRCHHOFF 7 Vấn đề triệt tiêu nguồn trong mạch Chỉ triệt tiêu nguồn... A sin ϕ 2.2 Biểu diễn phức các đại lượng điện φ i a -Các đại lượng vật lý (dòng, áp, sức điện động, nguồn dòng): dùng chữ in hoa có dấu chấm phía trên - Các giá trị tổng trở, tổng dẫn,… dùng chữ in hoa ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP ĐIỀU HOÀ II.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẦP ĐIỀU HOÀ 2.2 Biểu diễn phức các đại lượng điện Ví dụ: I = 5 300 ↔ i ( t ) = 5 2 sin... ⎛ u ⎜ ⎝ C C dq ⎞ ⎟ ,i = dt ⎠ + Ở tần số đủ thấp, điện tích q phụ thuộc điện áp đặt vào vùng xét Đa số quan hệ q(u) là tuyến tính + Khi q(u) tuyến tính: điện dung C tuyến tính q q(u) u q = Cu, i = C du , dt u = 1 ∫ idt C + Đơn vị điện dung: Farad (F) và các dẫn xuất của F KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN KIRCHHOFF 3 Điện cảm L i ψ L u + Đặc trưng cho hiện tượng tích . LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN Biên soạn: Cung Thành Long Bộ môn Kỹ thuật Đo và Tin học công nghiệp Khoa Điện Trường Đạihọc Bách Khoa Hà Nội Bài giảng Hà Nội - 2006 Kếtcấuchương trình: A. Họckì1 Mạch điệntuyếntính B hòa Chương 7. Mạch điện ba pha Chương 8. Mạch điệntuyến tính ở chếđộquá độ MẠCH CÓ THÔNG SỐ TẬP TRUNG Chương I KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.1. Hiệntượng điệntừ -Môhìnhmôtả hệ thống điệntừ I.2 họccủamạch điện I.3. Các phầntử cơ bảncủamạch điện Kirchhoff I.4. Hai định luật Kirchhoff mô tả mạch điện I.5. Graph Kirchhoff I.6. Phân loại các bài toán mạch KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN I.1.