giáo trình CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2

CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Giáo viên: TS. Nguyễn Việt Sơn Bộ môn: Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp C1 - 108 - Đại học Bách Khoa Hà Nội - 2010 - Cơ sở kỹ thuật điện 2 2 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Nội dung chƣơng trình: Chƣơng 1: Khái niệm về mạch phi tuyến. I. Khái niệm về mạch phi tuyến. II. Tính chất mạch phi tuyến. III. Tuyến tính hóa - Quán tính hóa phần tử phi tuyến. IV. Phương pháp xét mạch phi tuyến. Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến. I. Khái niệm chung. II. Phương pháp đồ thị. III. Phương pháp dò. IV. Phương pháp lặp Cơ sở kỹ thuật điện 2 3 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Nội dung chƣơng trình: Chƣơng 3: Chế độ xác lập dao động trong mạch phi tuyến I. Khái niệm chung. II. Phương pháp đồ thị với giá trị tức thời. III. Phương pháp cân bằng điều hòa. IV. Phương pháp điều hòa tương đương. V. Phương pháp dò. VI. Phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc. Chƣơng 4: Quá trình quá độ trong mạch phi tuyến. I. Khái niệm chung. II. Phương pháp tham số bé (nhiễu loạn). III. Phương pháp sai phân liên tiếp. IV. Phương pháp biên pha biến thiên chậm (hệ số tích phân). Cơ sở kỹ thuật điện 2 4 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Nội dung chƣơng trình: Chƣơng 5: Lý thuyết về mạch có thông số dải - Đƣờng dây dài đều tuyến tính. I. Mô hình đường dây dài đều. II. Chế độ xác lập điều hòa trên đường dây dài. III. Quá trình quá độ trên đường dây dài không tiêu tán. Cơ sở kỹ thuật điện 2 5 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Tài liệu tham khảo: 1. Cơ sở kỹ thuật điện 1 & 2 - Nguyễn Bình Thành - Nguyễn Trần Quân - Phạm Khắc Chương - 1971. 2. Cơ sở kỹ thuật điện - Quyển 1 - Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp - 2004 3. Giáo trình lý thuyết mạch điện - PGS - TS. Lê Văn Bảng - 2005. 4. Fundamentals of electric circuits - David A.Bell - Prentice Hall International Edition - 1990. 5. Electric circuits - Norman Blabanian - Mc Graw Hill - 1994. 6. Methodes d’etudes des circuit electriques - Fancois Mesa - Eyrolles - 1987. 7. An introduction to circuit analysis a system approach - Donald E.Scott - Mc Graw Hill - 1994. http://www.mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Mach/ Cơ sở kỹ thuật điện 2 6 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Chƣơng 1: Khái niệm về mạch phi tuyến I. Khái niệm về mạch phi tuyến. II. Tuyến tính hóa - Quán tính hóa phần tử phi tuyến. III. Tính chất mạch phi tuyến. IV. Phƣơng pháp xét mạch phi tuyến. Bài tập: 1 - 4, 6, 7, 8 - 13. Cơ sở kỹ thuật điện 2 7 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Chƣơng 1: Khái niệm về mạch phi tuyến I. Khái niệm về mạch phi tuyến. I.1. Mạch và hệ phƣơng trình mạch phi tuyến. I.2. Phần tử mạch phi tuyến. I.3. Hàm đặc tính của phần tử phi tuyến. II. Tuyến tính hóa - Quán tính hóa phần tử phi tuyến. III. Tính chất mạch phi tuyến. IV. Phƣơng pháp xét mạch phi tuyến. Cơ sở kỹ thuật điện 2 8 Chƣơng 1: Khái niệm về mạch phi tuyến I.1. Mạch và hệ phƣơng trình mạch phi tuyến. Sơ đồ mạch Luật 6000( ) c m f   E(x, y, z, t), H(x,y,z,t) … Thiết bị điện Mạch hóa Mô hình trƣờngMô hình hệ thống u(t), i(t), p(t) … Mô hình mạch (năng lƣợng) Kirchoff Mô hình mạch tín hiệu Hệ phƣơng trình toán học  g tb >> g moi truong  Hữu hạn các trạng thái.  l << λ  Luật Kirchoff 1, 2  Luật bảo toàn công suất  Luật Ohm Xét sự truyền đạt năng lƣợng giữa các thiết bị điện Hình vẽ mô phỏng thiết bị điện Cơ sở kỹ thuật điện 2 Chƣơng 1: Khái niệm về mạch phi tuyến I.1. Mạch và hệ phƣơng trình mạch phi tuyến. 9  Mô hình mạch phi tuyến là mô hình mạch mà quá trình xét được mô tả bởi một hệ phương trình vi tích phân phi tuyến trong miền thời gian. 1 1 1 2 12 ( , , , , ) ( , , , , ) n n nn dx f x x x t dt dx f x x x t dt           Trong mạch điện, ta có:  Biến trạng thái x 1 , …, x n là dòng điện, điện áp, từ thông, điện tích …  f 1 , …, f n là các kích thích, hàm phi tuyến.  t biến độc lập thời gian Cơ sở kỹ thuật điện 2 Chƣơng 1: Khái niệm về mạch phi tuyến I.2. Phần tử mạch phi tuyến. 10  Phần tử mạch phi tuyến là một phần tử của mạch điện mà quan hệ các trạng thái trên đó là một phương trình (hệ phương trình) vi tích phân phi tuyến.  Điện trở phi tuyến: R(i) u,r R(i) u(i) i 0 u(t) = R(i).i(t)  Cuộn dây phi tuyến:  Tụ điện phi tuyến: L(i) C(u) ψ,L L(i) ψ(i) i 0 C,q C(u) q(u) u 0 ( ) ( ) ( ) ( ) . () ( ) ( ). L L t i di t ut t i dt di t u t L i dt      ( ) ( ) ( ) ( ) . () ( ) ( ). C C q t q u du t it t u dt du t i t C u dt     [...]... chảy qua điện trở phi I(A) 0 0.5 1 1.5 2 2 .2 tuyến U(V) 0 7 10 14 20 25 2A 1A 1A 2A Rvao Giải:  Biến đổi mạng 2 cửa + nguồn dòng  sơ đồ Thevenil Rvao ETD U2A  I2 A I1  0 A 22 10    20  A21 0.5 Eth E 24 20   Rvao R 20 30    22 , 4(V ) 1 1 1 1   Rvao R 20 30 Cơ sở kỹ thuật điện 2 Eth  U 2 ho RTD I1  A21 Eth I 2 0 R U(I) E J1 12    24 (V ) A21 0.5 Rth R 20 .30    12 Rth  R 20  30... Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến III Phƣơng pháp dò Rvao I(A) 0 U(V) 0 0.5 7 1 10 1.5 14 2 20 2. 2 25 Eth R U(I) E ETD  22 , 4(V )  Phương trình dò: ETD  RTD I  U (I ) I(A) RTD.I Etính = RTD.I + U(I) 0.5 6 13V < 22 .4V 1 12 22 < 22 .4V 1.5 18 RTD  12 32 > 22 .4V  Áp dụng công thức nội suy tuyến tính: 1.5  1 I  1.5  (22 .4  32)  1. 02( A) 32  22  Vậy dòng điện chảy qua điện trở... Uab 1 3V 2 6V 3 4.5V 1 I2 I3 I1 Etính = R1.I1 + Uab 1.95A 0.2A 2. 15A 9.45V 2. 45A 0.5A 2. 95A 14.85V Sai số: 2. 45A 11.85V %  2. 2A 0 .25 A Cơ sở kỹ thuật điện 2 V 0 3 6 9 12 11,85  12 100%  1, 25 % 12 15 32 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến A I3 I1 III Phƣơng pháp dò R1 Ví dụ 2: Cho mạch điện: R1 = R2 = 4Ω, R3 = 8Ω, R4 = 10Ω, E = 15V Tính dòng I5 theo phương pháp dò R3 I2 R2 E I5 B I4... 0, 025     2 0,8.a  0,8 b  0,1 b = 0, 125   I  0, 025 .U  0, 125 .U 2 Cơ sở kỹ thuật điện 2 13 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Chƣơng 1: Khái niệm về mạch phi tuyến I Khái niệm về mạch phi tuyến - Phần tử phi tuyến II Tuyến tính hóa - Quán tính hóa phần tử phi tuyến II.1 Tuyến tính hóa II .2 Quán tính hóa phần tử phi tuyến III Tính chất mạch phi tuyến IV Phƣơng pháp xét mạch phi tuyến Cơ sở kỹ thuật điện 2. .. I4  5 Cho I5 U5 R4 U AC I2  I1  I 2  I3 EtÝnh  R1I1  U AC R2 n I5 U5 I4 I3 U3 UAC I2 I1 Etính 1 0.4 3 0.3 0.7 5.6 8.6 2. 15 2. 85 0 .2 2.5 0 .25 0.45 3.6 6.1 1.53 1.98 14V < 15V 3 0 .25 2. 6 0 .26 0.51 4.08 6.68 1.67 2. 18 15.4V U AC  U3  U5 A 0.8 U5(I5) 20 V > 15V 2 U 3  I3 R3 Sai số:  %  15.4  15 100%  2, 67% 15 Cơ sở kỹ thuật điện 2 0.6 0.4 0 .2 V 0 1 2 3 4 33 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong... 5, 6, 8, 9, 10, 17, 18 + bài thêm Cơ sở kỹ thuật điện 2 21 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến I Khái niệm chung II Phƣơng pháp đồ thị III.Phƣơng pháp dò IV Phƣơng pháp lặp Cơ sở kỹ thuật điện 2 22 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến I Khái niệm chung  Xét mạch phi tuyến có kích thích hằng, vậy đáp ứng trong mạch có 2 trạng thái:  Dao động chu kỳ... 0.4A 3V 5V > 3.75V 2 0.2A 2. 5V 3.5V < 3.75V 3 0 .25 A 2. 6V 0 .2  Sai số: 0 3.85  3.75 100%  2, 67% 3.85V > 3.75V  %  3.75 Cơ sở kỹ thuật điện 2 V 1 2 3 4 34 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến I I III Phƣơng pháp dò R U Ví dụ 3: Cho mạch điện biết J = 12A (1 chiều), E = A U E 20 V (1 chiều), R = 30Ω Mạng 2 cửa thuần trở có bộ U(I) số: A11 = 1.1 ; A 12 = 20 ; A21 = 0.5 ; A 22 = 10 Phần tử... pháp đồ thị, phương pháp dò, phương pháp lặp Cơ sở kỹ thuật điện 2 23 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến I Khái niệm chung II Phƣơng pháp đồ thị III.Phƣơng pháp dò IV Phƣơng pháp lặp Cơ sở kỹ thuật điện 2 24 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến II Phƣơng pháp đồ thị  Sử dụng các phép đồ thị để giải hệ phương trình đại số phi tuyến  Nội dung:  Biểu... 2( V )   I 3  0 .25 ( A) U3(I3) U2(I2) 3 2 1 12 - 3I1 0 Cơ sở kỹ thuật điện 2 3 6 9 V 12 29 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến I Khái niệm chung II Phƣơng pháp đồ thị III.Phƣơng pháp dò IV Phƣơng pháp lặp Cơ sở kỹ thuật điện 2 30 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến III Phƣơng pháp dò  Thuật toán: Cho Tính kích thích fk xkn k 1 n x fkf    y... 58(V )   2   U  21 (V )  I 3  0 .25 ( A)  1 Cơ sở kỹ thuật điện 2 U3(I3)  Cộng dòng: I1 (U ab )  I 2 (U ab )  I 3 (U ab ) E=80V U2(I2)  I1  I 2  I 3   Lập phương trình mạch:  U1  U ab  E U  U  U 3 ab  2 B A 2 1.5 1 0.5 V 0 20 40 60 80 28 Chƣơng 2: Chế độ xác lập hằng trong mạch phi tuyến II Phƣơng pháp đồ thị Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ biết đặc tính phi tuyến của điện trở . SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Giáo viên: TS. Nguyễn Việt Sơn Bộ môn: Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp C1 - 108 - Đại học Bách Khoa Hà Nội - 2010 - Cơ sở kỹ thuật điện 2 2 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Nội dung. Nguyễn Trần Quân - Phạm Khắc Chương - 1971. 2. Cơ sở kỹ thuật điện - Quyển 1 - Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp - 2004 3. Giáo trình lý thuyết mạch điện - PGS - TS. Lê Văn Bảng - 2005. 4 tán. Cơ sở kỹ thuật điện 2 5 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 2 Tài liệu tham khảo: 1. Cơ sở kỹ thuật điện 1 & 2 - Nguyễn Bình Thành - Nguyễn Trần Quân - Phạm Khắc Chương - 1971. 2. Cơ sở kỹ thuật điện -