bài giảng Mạch điện hình sin 1 pha

Khái niệm về mạch điện xoay chiều hình sin • Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và trị số thay đổi theo thời gian.. Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng vec-tơ  Từ biểu

KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BM Cơ Điện Tử

Khoa CKM

GVGD: Cái Việt Anh Dũng

II.1 Các khái niệm về dòng điện xoay chiều hình sin

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.3 Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức

II.4 Phương pháp giải mạch xoay chiều

II.5 Công suất trong mạch xoay chiều

II.6 Bài tập

PHẦN 1: KỸ THUẬT ĐIỆN Chương 2: Mạch điện hình sin 1 pha

• Định nghĩa được các thông số mạch điện hình sin một pha

• Trình bày được các công thức tính giá trị cực đại, giá trị hiệu dụng của các đại lượng hình sin

• Trình bày được các phương pháp giải mạch điện xoay chiều một pha: Phương pháp vec-tơ, phương pháp dùng

II.1 Khái niệm về mạch điện xoay chiều hình sin

• Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và trị số thay đổi theo thời gian

• Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng điện biến thiên theo quy luật hình sin theo thời gian

m( ) I ax sin( i)

II.1.1 Định nghĩa

5 01/2015

II.1 Khái niệm về mạch điện xoay chiều hình sin

II.1.1 Định nghĩa

Một số khái niệm cần biết:

 Trị số tức thời của dòng điện: i [A]

 Biên độ của dòng điện: I max [A]

 Giá trị hiệu dụng (root mean square)

của dòng điện i rms [A]:

 Tần số góc: ω [rad/s]

 Tần số: f [Hertz] Chu kỳ: T [s]

mI2

ax rms

II.1 Khái niệm về mạch điện xoay chiều hình sin

II.1.2 Góc lệch pha (độ lệch pha)

 Góc lệch pha là hiệu giữa 2 giá trị pha của 2 sóng có cùng tần số và được biểu diễn dưới cùng một dạng sóng (sin hoặc cos)

 Bài tập ví dụ:

Cho 2 dòng xoay chiều với phương trình trị số tức thời là:

 Góc pha ban đầu của i1 và i 2 lần lượt là 30° và -60 °

 Độ lệch pha giữa i 1 và i 2 là 90° Ta nói dòng i1 sớm pha

1( ) 10 2 sin(100 30 )

i t  t   i t2( )  20 2 sin(100t  60 )

II.1 Khái niệm về mạch điện xoay chiều hình sin

II.1.2 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng vec-tơ

 Từ biểu thức trị số tức thời của dòng điện:

ta thấy: với tần số dòng điện cho trước, có thể biểu diễn trị số tức thời của dòng điện dưới dạng 1 vec-tơ với độ lớn (mô-đun) của vec-tơ là giá trị hiệu dụng I và góc quay (argument) của vec-tơ là góc pha φ i

Ký hiệu

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.1 Mạch điện xoay chiều thuần điện trở

 Cho mạch điện như hình bên với:

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.2 Dòng điện xoay chiều qua cuộn dây thuần cảm

 Cho mạch điện như hình bên với:

 Điện áp cảm ứng giữa 2 đầu cuộn cảm

được tính theo công thức:

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.2 Dòng điện xoay chiều qua cuộn dây thuần cảm

 u L sớm pha hơn i một góc là π/2

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.3 Mạch điện xoay chiều thuần điện dung

 Cho mạch điện như hình bên với:

 Giá trị của dòng điện chạy trong mạch

được tính theo công thức:

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.3 Mạch điện xoay chiều thuần điện dung

 u C trễ pha hơn i một góc là π/2

13 01/2015

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.4 Mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.4 Mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp

 Biên độ của điện áp đầu vào được tính theo công thức:

 Định luật Ohm cho mạch xoay chiều RLC nối tiếp:

15 01/2015

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.5 Mạch điện xoay chiều RLC song song

II.2 Mạch điện xoay chiều R-L-C

II.2.5 Mạch điện xoay chiều RLC song song

Dòng hiệu dụng:

17 01/2015

II.3 Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức

II.3.1 Khái niệm số phức

 Số phức có thể được biểu diễn dưới dạng đại số hoặc

Với: C: Mô-đun (biên độ), α: Argument (góc pha)

 Biến đổi từ dạng đại số sang dạng mũ

II.3 Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức

II.3.2 Quy tắc biểu diễn các đại lượng sin bằng số phức

 Mô-đun (biên độ) của số phức là trị số hiệu dụng

 Argument (góc pha) của số phức là pha ban đầu

 Ví dụ: Dòng điện được biểu diễn dưới dạng số phức như sau: i t( )  I sin(m  t  i)

19 01/2015

II.4 Phương pháp giải mạch xoay chiều

 2 phương pháp:

 Giải mạch xoay chiều bằng phương pháp đồ thị vec-tơ

 Giải mạch xoay chiều bằng số phức

Lưu ý: Khi dùng phương pháp số phức để giải mạch

xoay chiều, ta hoàn toàn có thể áp dụng các định luật

cơ bản: Định luật Ohm, Định luật Kirchhoff 1,2

II.5 Công suất trong mạch xoay chiều

II.5.1 Các thành phần công suất trong mạch xoay chiều

 Công suất tác dụng P: Đặc trưng cho nhiệt năng sinh ra trên phần tử R trong một đơn vị thời gian

 Trong mạch RLC nối tiếp, công suất tác dụng (CS tiêu thụ) trên phần tử R là:

 Công suất phản kháng Q: Là thành phần công suất tiêu thụ trong cuộn dây và tụ điện

 Trong mạch RLC nối tiếp, công suất phản kháng trên cuộn cảm L là:

 Công suất phản kháng trong tụ điện:

 Công suất phản kháng toàn phần toàn mạch:

21 01/2015

II.5 Công suất trong mạch xoay chiều

II.5.1 Các thành phần công suất trong mạch xoay chiều

 Công suất biểu kiến S đặc trưng cho năng lượng toàn phần cung cấp từ nguồn cho toàn mạch

 Đối với mạch xoay chiều RLC nối tiếp: Công suất biểu kiến là thành phần công suất đặc trưng bằng cạnh huyền tam giác công suất:

 Quan hệ giữa các thành phần công suất:

II.5 Công suất trong mạch xoay chiều

II.5.2 Công suất phức

*

* ( cos ) ( sin )

23 01/2015

II.5 Công suất trong mạch xoay chiều

II.5.3 Hệ số công suất

 Mỗi máy điện đều được chế tạo với một công suất biểu

kiến định mức (S đm) Công suất tác dụng mà máy có thể cung cấp là:

 Tăng hệ số công suất để tăng khả năng làm việc của máy (thiết bị) điện

 Nâng cao hệ số công suất sẽ tăng được khả năng sử dụng công suất nguồn và tiết kiệm dây dẫn, giảm được tổn hao điện trên đường dây

 Do tải thường có tính cảm kháng nên làm cho cosφ giảm thấp Để nâng cao cosφ, ta dùng tụ điện C nối song song với tải

cos

dm

II.5 Công suất trong mạch xoay chiều

II.5.3 Hệ số công suất

 Do tải thường có tính cảm kháng nên làm cho cosφ giảm thấp Để nâng cao cosφ, ta dùng tụ điện C nối song song với tải

 Nhận xét:

- Công suất tác dụng tiêu thụ trên tải không đổi

- Công suất phản kháng sẽ thay đổi

- Tóm lại sau khi lắp tụ C, công suất biểu kiến cấp cho tải tổng hợp sẽ thấp hơn công suất biểu kiến cấp đến

tải trước khi lắp tụ C

25 01/2015

II.5 Công suất trong mạch xoay chiều

II.5.3 Hệ số công suất

 Khi chưa bù (chưa có tụ), dòng điện trên đường dây bằng dòng điên chạy qua tải : , hệ số công suất của mạch là:

 Khi có bù (C mắc song song với Z), dòng điện trên đường dây bằng:

 Độ lệch pha giữa dòng trên cuộn dây và điện áp cấp cho mạch giảm,

Câu hỏi ôn tập

1 Biểu thức tức thời của dòng điện hình sin? Tên gọi và đơn

vị của các đại lượng tương ứng?

2 Lưu ý khi biểu diễn đại lượng hình sin bằng vector?

3 Lưu ý khi biểu diễn đại lượng hình sin bằng số phức?

4 Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên điện trở, cuộn dây và tụ điện?

5 Chuyển đổi các thành phần điện trở, cuộn dây và tụ điện

từ sơ đồ mạch điện sang sơ đồ phức?

6 Các thành phần công suất? Đơn vị? Mối quan hệ giữa các thành phần công suất?

27 01/2015

II.6 Bài tập

Bài tập 2.2

Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ Biết tổng công suất tác dụng tiêu thụ trên các tải là 1100W Xác định:

a Áp hiệu dụng U cấp ngang qua hai đầu tải

b Dòng hiệu dụng I từ nguồn cấp đến tải

c Hệ số công suất của tải tổng hợp

Biết R1=3Ω , R2=10Ω , XL1=4Ω

29 01/2015