Đang tải... (xem toàn văn)
TÀI LIỆU GỒM CÁC PHẦN CHÍNH: I. ĐƯA RA LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN. II. SỬ DỤNG PHẦN MỀM CIRCUITMAKER PRO ĐỂ THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN. III. SỬ DỤNG MATLAB TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ GIẢI MẠCH ĐIỆN.
1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN THIẾT KẾ - MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN - PHÂN TÍCH TRÊN PHẦN MỀM CIRCUITMAKER PRO VÀ MATLAB eBook for You 2 NỘI DUNG Chương 1: 7 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 7 1.1. Khái niệm về mạch điện 7 1.2. Kết cấu hình học của mạch điện 7 1.3. Các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng trong mạch: 7 a) Dòng điện: 7 b) Điện áp: 7 c) Quy ước chiều dương: 8 d) Công suất: 8 1.4. Mô hình mạch điện và các thông số: 8 a) Khái niệm về mô hình mạch điện 8 b) Nguồn áp 9 c) Nguồn dòng 9 d) Điện trở R 9 e) Điện cảm 9 f) Điện dung 10 g) Ví dụ chuyển từ mạch thực sang mô hình mạch điện 11 1.5. Phân loại và các chế độ làm việc của mạch điện 12 a) Mạch điện 1 chiều và mạch điện xoay chiều 12 b) Mạch điện tuyến tính và mạch điện phi tuyến 12 c) Chế độ xác lập và chế độ quá độ 12 d) Phân loại bài toán mạch điện 13 1.6. Hai định luật kiếchốp 13 a) Định luật 1: 13 b) Định luật 2: 13 1.7. Một số vấn đề về phương pháp mô hình hóa 13 CHƯƠNG 2: 15 MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU 15 eBook for You 3 2.1. Nguồn điện 1 chiều 15 a) Pin, acquy: 15 b) Pin mặt trời: 15 c) Máy phát điện 1 chiều: 15 d) Bộ nguồn điện tử công suất: 15 2.2. Các định luật của mạch điện một chiều 15 a) Định luật ôm: 15 b) Định luật Kiêcshôp 16 2.3. Các phương pháp biến đổi tương đương 16 a) Nội dung phương pháp: 16 b) Ví dụ minh họa: 18 2.4. Giải mạch điện bằng phương pháp xếp chồng 19 a) Nội dung phương pháp: 19 b) Ví dụ minh họa 19 2.5. Giải mạch điện bằng phương pháp dòng nhánh 20 a) Nội dung phương pháp: 20 b) Ví dụ minh họa 21 2.6. Giải mạch điện bằng phương pháp dòng vòng 22 a) Nội dung phương pháp: 22 b) Ví dụ minh họa: 23 2.7. Giải mạch điện bằng phương pháp thế điểm nút 25 a) Nội dung phương pháp: 25 b) Ví dụ minh họa: 26 Chương 3: 28 ĐIỆN TỪ 28 3.1 Những khái niệm cơ bản về từ trường 28 3.1.1 Từ trường của dòng điện 28 3.1.2 Từ trường của một số dòng điện. 29 a) Từ trường của một dây dẫn mang dòng điện 29 eBook for You 4 c) Từ trường của nam châm vĩnh cửu. 29 3.1.3 Cường độ từ cảm và hệ số từ thẫm 30 a) Cường độ từ cảm 30 b) Hệ số từ thẩm 30 c) Từ thông 31 3.2 Lực của từ trường tác dung lên dây dẫn mang dòng điện 31 a) Lực điện từ 31 b) Công của lực từ: 32 3.3 Vật liệu sắt từ, đường cong từ hoá 32 3.3.1 Căn cứ vào hệ số từ thẩm tương đối người ta chia vật liệu từ làm ba loại như sau: 32 3.3.2 Chu trình từ hoá 33 3.4 Hiện tượng cảm ứng điện từ - mạch từ. 34 3.4.1 Định luật cảm ứng điện từ 34 a) Từ thông qua vòng dây biến thiên 34 b) Thanh dẫn chuyển động trong từ trường 35 3.5 Nguyên tắc chuyển đổi cơ năng - điện năng 36 3.5.1 Chuyển đổi cơ năng thành điện năng- máy phát điện 36 3.5.2 Chuyển đổi điện năng thành cơ năng -động cơ điện 37 3.6 Hiện tượng tự cảm 37 3.6.1 Hệ số tự cảm 37 3.6.2 Suất điện động tự cảm 38 3.7 Hiện tượng hỗ cảm 38 3.8 Dòng điện xoáy 38 3.8.1 Hiện tượng 38 3.8.2 ý nghĩa: 39 3.9 Năng lượng từ trường 39 Chương 4 40 DÒNG ĐIỆN SIN 40 eBook for You 5 4.1. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện sin 40 4.1.1 khái niệm về dòng điện sin 40 4.1.2. Trị số tức thời của dòng điện 40 4.1.3. Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp 41 4.1.4. Trị hiệu dụng của dòng điện và điện áp 41 4.2. Biểu diễn hàm sin bằng véc tơ 42 4.3. Dòng điện sin trong nhánh thuần điện trở 43 4.4. Dòng điện sin trong nhánh thuần dung 44 4.5. Dòng điện sin trong nhánh thuần điện cảm 45 4.6. Dòng điện sin trong nhánh có R, L, C nối tiếp 45 Chương 5: 48 MẠCH ĐIỆN BA PHA 48 5.1 Định nghĩa: 48 5.2 Quá trình sản xuất nguồn điện 3 pha 48 Nguyên lý làm việc như sau: 49 5.4 Cách nối sao 50 5.4.1 Cách nối 50 5.4.2 Các quan hệ đại lượng dây pha trong cách nối hình sao đối xứng 50 5.5 Cách nối hình tam giác 51 1. Cách nối 51 2. Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối tam giác đối xứng 51 1. Công suất tác dụng. 52 2. Công suất phản kháng 52 3. Công suất biểu kiến 52 5.7 Cách giải mạch điện ba pha đối xứng 53 5.7.1 Nguồn nối sao đối xứng 53 5.7.2 Nguồn nối tam giác đối xứng 53 5.7.3 Giải mạch điện ba pha tải nối sao đối xứng. 53 a) Khi không xét tổng trở đường dây pha 53 eBook for You 6 b) Khi có xét tới tổng trở dây dẫn 54 5.7.4 Tải nối tam giác đối xứng 54 a) Khi không xét tổng trở đường dây. 54 b) Khi xét đến tổng trở đường dây: 54 5.8 Mạch điện ba pha với tải không đối xứng 55 5.8.1 Tải nối sao có dây trung tính tổng trở Z 0 55 5.8.2 Khi không có dây trung tính( hoặc dây trung tính bị đứt) 56 5.9 Mach ba pha tải nối tam giác không đối xứng 56 Chương 6: 57 SỬ DỤNG PHẦN MỀM CIRCUITMAKER PRO ĐỂ THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN 57 6.1.Khởi động 57 6.2.Thiết kế và mô phỏng mạch điện 1 chiếu: 57 6.2.1. Thiết kế 57 Bước 7: Ghi lại sơ đồ mạch: chọn File/ Save As sau đó đặt tên file 64 Bước 8: Xoá phần tử: Nếu muốn xoá phần tử nào chọn phần tử đó và ấn Delete64 62.2.Mô phỏng: 64 Chương 7: 66 SỬ DỤNG MATLAB 66 TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ GIẢI MẠCH ĐIỆN 66 7.1 Khởi động: 66 7.2. Dùng Matlab giải hệ phương trình: 67 eBook for You 7 Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 1.1. Khái niệm về mạch điện − Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn mà dòng điện có thể chạy qua. − Mạch điện gồm các phần tử sau: + Nguồn điện: là thiết bị phát ra điện năng . Là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng, hoá năng , nhiệt năng ….thành điện năng. + Tải : là thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi năng lượng từ điện năng thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng… + Dây dẫn : dây dẫn bằng kim loại dùng để truyền tải điện năng từ nguồn đến tải. 1.2. Kết cấu hình học của mạch điện − Nhánh : là một đoạn mạch gồm các phần tử nối tiếp nhau trong đó có cùng một dòng điện chạy qua. − Nút: là điểm gặp nhau từ 3 nhánh trở lên − Vòng : là nối đi khép kín qua các nhánh 1.3. Các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng trong mạch: a) Dòng điện: − Dòng điện i là đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên của lượng điện tích qua tiết diện ngang của vật dẫn: dq i dt = − Chiều dương quy ước cho dòng điện là chiều chuyển động của các điện tích dương. R A Bi U AB b) Điện áp: eBook for You 8 − Tại mỗi điểm trên mạch điện có một điện thế. Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi là điện áp. − Chiều của điện áp là chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện áp thấp. c) Quy ước chiều dương: − Đối với mạch điện đơn giản ta áp dụng quy ước chiều dương dòng và áp ta dễ ràng xác định được dòng điện và điện áp trong các nhánh − Đối với mạch điện phức tạp , ta không thể xác định ngay được dòng điện và điện áp của các nhánh, đặc biệt là đối với dòng xaoy chiều. Vì vậy khi giải mạch ta tuỳ ý chọn giả sử chiều dương cho dòng điện và điện áp. Dựa trên cơ sở chiều đã vẽ ta thiết lập hệ phương trình giải mạch điện. Nếu sau khi ta tính toán thấy các đại lượng mang dấu dương tức là chiều của chúng cùng chiều đã vẽ và ngược lại. d) Công suất: − Trong một mạch điện , một nhánh, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc phát năng lượng. − Để phân biệt một nhánh là phát hay thu năng lượng ta chọn chiều dòng điện và điện áp trong mạch điện có chiều trùng nhau. Ở một thời điểm nào nếu + Nếu: p = u.i > 0 Nhánh là nhận năng lượng + Nếu: p = u.i <0 Nhánh là phát năng lượng − Nếu ta chọn chiều dòng điện và điện áp trong mạch điện có chiều ngược nhau. Ở một thời điểm nào nếu + Nếu: p = u.i > 0 Nhánh là phát năng lượng + Nếu: p = u.i <0 Nhánh là thu năng lượng − Đơn vị của dòng là A( Ampe), đơn vị điện áp là V( vôn), đơn vị công suất là W( oát) 1.4. Mô hình mạch điện và các thông số: a) Khái niệm về mô hình mạch điện − Khi tính toán người ta thường thay thay mạch thực bằng mô hình mạch điện − Yêu cầu về mô hình mạch điện: mô hình mạch điện phải đảm bảo kết cấu hình học và quá trình năng lượng giống như mạch điện thực. eBook for You 9 − Một mạch thực cụ thể có nhiều mô hình mạch điện , điều đó là tuỳ thuộc vào mục đích nguyên cứu và điều kiện làm việc của mạch điện − Các phần chính của mô hình mạch điện: + Nguồn điện áp u(t) + Nguồn dòng j(t) + Điện trở R + Điện cảm L + Điện dung C → Đó là những phần tử đặc trưng cho một quá trình điện từ nào đó trong mạch. b) Nguồn áp − Đặc trưng: cho khả năng tạo nên và duy trì 1 điện áp trên 2 cực của nguồn − Ký hiệu: + Chiều sức điện động e(t) từ điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao + Chiều điện áp theo quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp + u(t)= - e(t) c) Nguồn dòng − Đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì 1 dòng điện cung cấp cho mạch ngoài. − Ký hiệu: d) Điện trở R − Đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và bi?n đổi điện năng sang các dạng năng lượng khác − Điện ảp và công suất tiêu thụ trên điện trở là: 2 . ; . R u R i P R i= = − Ký hiệu: R i UR e) Điện cảm − Khái niệm: eBook for You 10 + Khi có dòng điện i chạy qua mạch w vòng sẽ sinh ra từ thông móc vòng với cuộn dây được định nghĩa là: .w L i i = = + Sức điện động tự cảm: . ; . L L L di di e L u e L dt dt = − = − = + Năng lượng từ trường: 2 2 2 1 . . . . . 2 1 W= . 2 2 di di p u i L i L dt dt di i L dt L dt = = = = ∫ 2 . 2 M i W L= − Như vậy: + L đặc trưng cho hiện tượng tạo ra từ trường và quá trình trao đổi tích lũy năng lượng từ trường của cuộn dây, đơn vị: Herry( H) + Ký hiệu: L A Bi L − Hiện tượng hỗ cảm: Khi hai cuộn dây ở gần nhau f) Điện dung − Khái niệm: + Khi đặt một điện áp Uc nên 1 tụ điện thì sẽ có điện tích q tích luỹ trên tụ điện + Điện dung C được định nghĩa là: c q C u = + Quan hệ dòng áp trên điện dung tụ điện: . 1 . c c c dc u du dq i c u idt dt dt dt c = = = → = ∫ + Năng lượng trên tụ eBook for You [...]... ta phân mạch điện phi tuyến và mạch điện tuyến tính − Mạch tuyến tính là mạch có các phần tử R,L, C là hằng số không phụ thuộc vào dòng điện i và điện áp u trên chúng − Mạch điện phi tuyên là mạch điện có các phần tử R, L,C thay đổi phụ thuộc vào dòng điện i và điện áp u trên chúng c) Chế độ xác lập và chế độ quá độ − Căn cứ vào quá trình năng lượng trong mạch người ta chia phân ra chế độ xác lập và. .. dây được thay thế bàng Rd và Ld, cuộn dây được thay thế bằng R, L − Khi mạch điện mà nguồn điện lại là nguồn 1 chiều thì mạch điện như sau: 11 Rd Ef R Rf R® Rd 1.5 Phân loại và các chế độ làm việc của mạch điện a) Mạch điện 1 chiều và mạch điện xoay chiều − Căn cứ vào loại dòng điện có trong mạch ta phân ra: mạch điện 1 chiều và mạch điện xoay chiều − Dòng điện 1 chiều là dòng điện có chiều không thay... xác lập này sang chế độ xác lập khác d) Phân loại bài toán mạch điện − Nguyên cứu mạch điện gồm 2 phần là phân tích mạch và tổng hợp mạch − Bài toán phân tích mạch là cho biết thông số và kết cấu mạch điện tìm dòng áp và công suất các nhánh − Bài toán tổng hợp mạch điện là thành lập mạch điện với các thông số và kết cấu thích hợp, để đạt yêu cầu về dòng, áp và năng lượng Hai định luật kiếchốp eBook... trong đó dưới tác động của nguồn, dòng điện và điện áp ở các nhánh đạt trạng thái ổn định: 12 eBook for You + Mạch điện có dòng điện 1 chiều gọi là mạch điện 1 chiều + Ở trạng thái ổn định dòng điện và điện áp biến thiên cùng quy luật của nguồn + Đối với mạch điện một chiều các dòng điện và điện áp cũng là một chiều + Đối dòng điện xoay chiều hình sin dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo quy luật... thời gian + Dòng điện có chiều không thay đổi theo thời gian gọi là mạch điện 1 chiều − Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều thay đổi theo thời gian: + Dòng điện xoay chiều được sử dụng nhiều nhất là dòng điện hình sin, biến đổi theo quy luật hình sin theo thời gian + Mạch điện có dòng điện xoay chiều gọi là mạch xoay chiều b) Mạch điện tuyến tính và mạch điện phi tuyến − Phụ thuộc vào các thông... phương pháp mô hình hóa ( Trích trong bài báo Mô hình hoá đối tượng thế giới thực -TS Hoàng Minh Sơn đăng trên tạp chí tự động hoá ngày nay) 13 eBook for You − Xây dựng mô hình là công việc đầu tiên của người phân tích hệ thống nói chung và người phân tích mạch điện nói riêng − Mô hình là hình thức biểu diễn những hiểu biết của ta về hệ thống một cách khoa học nhằm mục đích mô phỏng, phân tích, tổng... − Mô hình của đối tượng so với đối tượng thực thì nó đơn giản hơn nhiều, mô hình chỉ mang thông tin cần thiết để phục vụ một mục đích cụ thể − Mô hình giúp người phân tích thiết kế hệ thống biết chính xác công việc cần giải quyết − Mô hình là yếu tố không thể thiếu được để kiểm tra giải pháp, mô phỏng trước khi đi tới giải pháp thực tế − Ngày nay việc mô hình hoá và mô phỏng đã trở nên thuận tiện và. .. các phần mềm chuyên dụng như matlab, circuit maker 14 CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU 2.1 Nguồn điện 1 chiều a) Pin, acquy: − Là thiết bị biến đổi hoá năng thành điện năng − Điện áp giữa 2 cực của pin không lớn nên để có điện áp lớn ta thường mắc nối tiếp các phần tử với nhau Để có dòng điện lớn ta mắc các pin song song với nhau b) Pin mặt trời: − Pin mặt trời hoạt động dựa trên cơ sở hiệu ứng quang điện, ... ).Iv2 = E 2 − Tính dòng điện các nhánh theo các dòng điện vòng I1 =Iv1 I2 =Iv1 -Iv2 Ví dụ 2: − Cho mạch điện như hình vẽ, các điện trở và sức điện động đã cho trước − Hãy xác định các dòng diện đi vào các nhánh? Bài giải − Mạch điện có n = 4 nút và m = 6 nhánh; Giả sử dòng điện đi vào mỗi nhánh có chiều như hình vẽ − Xác định m – n +1 = 3 mạch vòng độc lập trên đó chọn chiều dòng điện ở mỗi vòng như hình... Bước 6: Tính dòng điện các nhánh trên cơ sở điện thế các nút b) Ví dụ minh họa: eBook for You − Cho mạch điện như hình vẽ, các điện trở và sức điện động đã cho trước − Hãy xác định các dòng diện đi vào các nhánh? Bài giải: − Mạch điện có 3 nút A,B,C( C trùng D ) tương ứng với các điện thế điểm nút là ΨA, ΨB, ΨC − Giả sử ΨC = 0 − Biểu diễn dòng điện các nhánh theo suất điện động và các điện thế các nút . áp 41 4. 1 .4. Trị hiệu dụng của dòng điện và điện áp 41 4. 2. Biểu diễn hàm sin bằng véc tơ 42 4. 3. Dòng điện sin trong nhánh thuần điện trở 43 4. 4. Dòng điện sin trong nhánh thuần dung 44 4. 5 trường 39 Chương 4 40 DÒNG ĐIỆN SIN 40 eBook for You 5 4. 1. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện sin 40 4. 1.1 khái niệm về dòng điện sin 40 4. 1.2. Trị số tức thời của dòng điện 40 4. 1.3. Góc lệch. cảm 45 4. 6. Dòng điện sin trong nhánh có R, L, C nối tiếp 45 Chương 5: 48 MẠCH ĐIỆN BA PHA 48 5.1 Định nghĩa: 48 5.2 Quá trình sản xuất nguồn điện 3 pha 48 Nguyên lý làm việc như sau: 49 5 .4 Cách