lý thuyết mạch 2 (mạch phi tuyến)

 Mạch điện phi tuyến ở trạng thái dừng• Phương pháp đồ thị:  Nội dung phương pháp:  Biểu diễn các quan hệ hàm bằng đồ thị  Thực hiện các phép đại số giữa các quan hệ hàm bằng các phé

Trang 1

Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Đình

ĐHBK Hà Nội dinh.nguyenvan@hust.edu.vn

Trang 2

 Thời lượng lên lớp: 2 tiết/ tuần

 Thí nghiệm: liên hệ phòng thí nghiệm LTM C1-101

 Kiểm tra giữa kỳ:

 Kiểm tra cuối kỳ: đề chung toàn khoa

 Cấu trúc đề thi: 9 điểm (3 bài) + 1 điểm trình bày

 Kỹ năng làm bài: tự rèn luyện (không có giờ bài tập, không có bài tập lớn)

 Một số bài cũ tham khảo

Trang 3

 Phần 1: Mạch điện phi tuyến

• Khái niệm

• Đặc tính của phần tử phi tuyến

• Mạch điện phi tuyến ở chế độ xác lập

• Mạch điện phi tuyến ở chế độ quá độ

 Phần 2: Lý thuyết đường dây dài

• Khái niệm

• Chế độ xác lập điều hòa

• Quá trình quá độ

Trang 4

u

R

Ri

u

R

i 

R R

u

R

i 

Phi tuyến Tuyến tính

Trang 5

( ) ( )

Từ thông thay đổi phi tuyến theo dòng điện

↦ Điện cảm cũng thay đổi phi tuyến theodòng điện

4 3

( ) 0, 05 0,5 ( ) 0,5 0,5

Trang 8

 Khái niệm:

• Phần tử phi tuyến:

 Tụ điện phi tuyến

 Cuộn dây phi tuyến (cuộn dây lõi sắt)

( )

( ) ( ).

( ) ( ) ( ) ( ).

Trang 9

 Khái niệm:

• Mạch điện phi tuyến

 Là mạch điện có chứa ít nhất một phần tử phi tuyến

• Hệ phương trình mạch phi tuyến

'

( ) ( ) ( ) ( ).

Kirchoff 1 Kirchoff 2 Quan hệ phi tuyến

1

R

2

R E

Trang 10

 Đặc tính của phần tử phi tuyến

Trang 11

Trang 12

t

y k

x



(i) (i)

t

u r

i



q(u) (u)

t

i



Trang 13

• Các đặc điểm của đường đặc tính

x

y y

x

Trang 14

• Họ đặc tính: để tiện mô tả quan hệ của hàm nhiều biến trên mặt phẳng

Chú ý: tất cả những đặc tính phi tuyến ở đây đã bỏ qua sự ảnh hưởng của tốc độ

biến thiên của biến Trên thực tế còn phải xét đến tính chất quán tính của phần tử

Ví dụ: điện trở nhiệt

Trang 15

• Tính chất của mạch phi tuyến

Trang 16

 Các phương pháp xét mạch điện phi tuyến:

Sử dụng các phép toán giải tích để giải mô hình mạch điện, vi phân, tích phân,

lượng giác, … Phương pháp này thường khó và khối lượng tính toán lớn

• Phương pháp mô hình tương tự

Xây dựng mô hình điện – điện tử có phương trình biểu diễn tương tự mới mạch phi tuyến cần xét nhưng lại dễ đo và dễ quan sát nghiệm

Trang 17

 Mạch điện phi tuyến ở trạng thái dừng

• Khái niệm chung

Trang 18

Trang 19

• Khái niệm chung: mạch phi tuyến chịu kích thích của các nguồn kích thích một chiều (nguồn áp và nguồn dòng)

f dt

Hệ phương trình đại số phi tuyến

0

L L

C C

di

u L

dt du

mạch

Trang 20

• Phương pháp đồ thị:

 Nội dung phương pháp:

 Biểu diễn các quan hệ hàm bằng đồ thị

 Thực hiện các phép đại số giữa các quan hệ hàm bằng các phép đại số

trên đồ thị (cộng, trừ, nhân, chia, tỷ lệ, cân bằng, …)

 Ưu điểm

 Rõ ràng, trực quan

 Dễ dàng thực hiện từ kết quả thực nghiệm

 Biểu diễn đồng thời quan hệ hàm y(x) và quan hệ hàm ngược x(y)

 Nhược điểm

 Chỉ biểu diễn được quan hệ giữa 2 (2D) hoặc 3 (3D hoặc họ đặc tính) biến

độc lập

Trang 21

 Biểu diễn các quan hệ hàm bằng đồ thị

Hàm một biến độc lập Hàm hai biến độc lập (3D)

Hàm hai biến độc lập (họ đặc tính)

Trang 22

 Các phép toán trên đồ thị - phép cộng trừ

2 3

Trang 23

Trang 24

 Các phép toán trên đồ thị - phép nhân, chia

2 3

Trang 25

 Các phép toán trên đồ thị - phép cân bằng

2 3

Trang 26

 Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ:

điện trở phi tuyến cho đặc tính Tính dòng điện chảy trong mạch

Trang 27

 Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ:

điện trở phi tuyến cho đặc tính Tính dòng điện chảy trong mạch

Trang 28

i

3 i

BC

u

1

2 3

Trang 29

1

i (u) 2

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

0 ( ) ( ) ( ) 0( ) 0

AB AB

AB AB AB AB

V A A A



Trang 30

Trang 31

Trang 32

1

 2

Trang 33

• Phương pháp dò

 Ví dụ:

Trang 34

• Phương pháp lặp – Hệ một phương trình phi tuyến

Biểu diễn trên đồ thị, nghiệm x là giao điểm của đường thẳng y=x và đường thẳng y=f(x)

Trang 35

Biểu diễn trên đồ thị, nghiệm x là giao điểm của đường thẳng y=x và đường thẳng y=f(x)

Trang 36

Điều kiện hội tụ:

Điều kiện trực tiếp

Điều kiện gián tiếp:

Trang 37

Điều kiện hội tụ:

Điều kiện trực tiếp

Điều kiện gián tiếp:

Trang 38

Trang 39

Áp dụng phương pháp lặp cho mạch điện Kirchhoff:

- Xây dựng phương trình phi tuyến dạng: x=f(x)

- Lựa chọn điểm khởi đầu, kiểm tra điều kiện hội tụ

Trang 40

Áp dụng phương pháp lặp cho mạch điện Kirchhoff:

- Xây dựng phương trình phi tuyến dạng: x=f(x)

- Lựa chọn điểm khởi đầu, kiểm tra điều kiện hội tụ

Trang 41

• Phương pháp lặp – Hệ phương trình phi tuyến

2

u1

Trang 42

Trang 43

2

u1

Trang 44

2

u1

Trang 45

2

u1

Trang 46

2

u1

Trang 47

 Mạch điện phi tuyến ở trạng thái dao động xác lập

• Phương pháp đồ thị (Mạch khuyếch đại điện tử và cuộn dây lõi sắt)

• Phương pháp giải tích

• Phương pháp cân bằng điều hòa

• Tự dao động phi tuyến và dao động phi tuyến có kích thích

• Mạch điều biên

• Phương pháp điều hòa tương đương

• Hiện tượng trigo trong mạch cuộn dây-tụ điện

• Ổn áp sắt từ

• Phương pháp tuyến tính hóa đoạn đặc tính làm việc

• Điện cảm điều khiển và khuyếch đại từ

• Sơ đồ mô tả ba cực điện tử đối với tín hiệu biến thiên nhỏ

• Sơ đồ trigo bán dẫn đối với tín hiệu biến thiên nhỏ

Trang 48

• Phương pháp đồ thị (Mạch khuyếch đại điện tử và cuộn dây lõi sắt)

• Phương pháp tuyến tính hóa đoạn đặc tính làm việc

Trang 49

• Khái niệm chung: mạch phi tuyến chịu kích thích của các nguồn kích thích xoay chiều điều hòa (nguồn áp và nguồn dòng)

1

1 1 2

1 2

( , , , , )

C C

di

u L

dt du

Trang 50

• Phương pháp đồ thị - Xem xét mạch khuyếch đại điện tử

g

u

0 U

gK u

a

i

a u a

Trang 51

 Các hàm lượng giác cơ bản

2 2 2

2

cos( ) cos( ).cos( ) sin( ).sin( ) cos( - ) cos( ).cos( ) sin( ).sin( ) sin( ) sin( ).cos( ) sin( ).cos( ) sin( ) sin( ).cos( ) sin( ).cos( ) cos(2 ) cos ( ) sin ( )

1 cos(2 ) sin ( )

2 cos

x x

2 sin(2 ) 2.sin( ).cos( )

3sin( ) sin(3 ) sin(3 ) 3sin( ) 4 sin ( ) sin ( )

4 cos(3 ) 3cos( ) cos(3 ) 4 cos ( ) 3cos( ) cos ( )

4

x x

Trang 52

 Nội dung phương pháp

Trang 53

vi tích phân

C t S t   dieu hoa bac cao P t Q t

Trang 54

Phương trình đại số biên độ hàm điều hòa và giải

Trang 55

Trang 56

 Nội dung:

Tìm đáp ứng chu kì x(t) x t( ) Asin( t )

Thế x(t) vào hpt

vi tích phân

Trang 57

Trang 58

5 .sin( ) (0, 5 0, 03 .sin ( )) .cos( ) 10sin( )

5 .sin( ) 0, 5 .cos( ) 0, 03 .sin ( ) .cos( ) 10sin( )

5 .sin( ) 0, 5 .cos( ) 0, 03 (1 cos ( )) .cos( ) 10 sin( )

Trang 59

5 .sin(A t) (0,5. A0, 0075.A ).cos(t)10sin( )t

Trang 60

Trang 61

2

5.( sin( )A t Bcos( ))t 0,5.( cos( )A t Bsin( )) 10sin( ) 0, 03.( sin( )t t A t Bcos( )) ( cos( )t A t Bsin( ))t 0

Kết luận:

Trang 62

 Là một dạng gần đúng của phương pháp cân bằng điều hòa

U   Z I  I   Y U  P  U I  

Trang 63

- Dò tìm biên độ hiệu dụng của các tín hiệu (sử dụng phương pháp dò đã học ở trên)

- Hiệu chỉnh góc pha cho phù hợp với tín hiệu kích thích

- Tính toán các biến trạng thái khác của mô hình

Trang 64

Trang 65

I U U

Trang 66

Tính toán các biến trạng thái khác của mô hình

Công suất phát của nguồn:

Công suất tiêu thụ trên tải R:

Công suất phản kháng trên cuộn cảm L:

Trang 67

Trang 68

x :U 5.I 1,2.I

R 2

R R

2 : I 0 , 012 U 0 , 2 U

0 45 16

Trang 69

0, 25 10,8260,5 23, 498

Trang 70

x :U 5.I 1,2.I

R 2

R R

2 : I 0 , 012 U 0 , 2 U

0 45 16

0,352 15, 7230,5 23, 498

Trang 71

1 R 0

0 0

3 2 1

0 0

2 2

407 , 7 35 , 12 I 10 U

407 , 7 235 , 1 0 357 , 0 396 , 10 883

, 0 I I I

396 , 10 883

, 0 396 , 10 )

629 , 3 2 , 0 629 , 3 012 , 0 ( I

Trang 72

Dịch pha

Dòng điện trên các nhánh và trên các phần tử

Công suất phát của nguồn:

Công suất tiêu thụ trên các phân tử điện trở, và công suất phản kháng trên tụ điện

Kiểm tra định luật bảo toàn công suất

E

Trang 73

Trang 74

Trang 75

Trang 76

• Phương pháp tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc

 Trên thực tế, thường gặp những mạch phi tuyến với trạng thái làm việc có thể phân thành một thành phần không đổi x0 và thêm một thành phần biến thiên

Điện trở định thiên Điện trở phân áp Điện trở ghánh

Trang 77

 Nội dung phương pháp:

- Xác định điểm làm việc của phần tử phi tuyến (dưới tác dụng của thành phần không đổi)

- Tuyến tính hóa đặc tính của phần tử phi tuyến

- Xét đáp ứng của mạch điện với thành phần biến thiên của tín hiệu

) t sin(

u  

d

dR

ps 0

d

Trang 78

) t 100 sin(

50 E

E R

110

E R

75 , 0

70 E

d

ps d

.160

160

Trang 79

) t 100 sin(

L 

) t 100 sin(

u 

160

Rd 

0 0

Trang 80

R 60

2

R

) 30 t 100 sin(

2 , 1 60 ) t (

2 R

I

2 R

Trang 81

2

R

) 30 t 100 sin(

2 , 1 60 ) t (

2 R

I

2 R

; 140 R

E R

75 , 0 70

E R

5 , 0 35

ps d

0, 003 2.53, 62 0,5 0,821

U d

dq

du C

35

Eps  

Trang 82

2

R

) 30 t 100 sin(

2 , 1 60 ) t (

2 R

I

2 R

U

Tuyến tính hóa đặc tính phi tuyến

Xét đáp ứng của mạch với thành phần tín hiệu nhỏ

) 30 t 100 sin(

2 , 1 ) t (

0 3

( ) 0, 633 0, 0029 2 sin(100 29.965 ) ( ) 53, 62 0, 00048 2 sin(100 59.97 )

Trang 83

 Ví dụ:

Xác định điểm làm việc tĩnh

) t (

e1

) t (

3 3

Trang 84

 Ví dụ:

) t (

e1

) t (

3 3

e1

) t (

Trang 85

 Ví dụ:

) t (

e1

) t (

3 3

Tuyến tính hóa đặc tính phi tuyến

Xét đáp ứng của mạch với thành phần tín hiệu nhỏ

) t (

e1

) t (

Trang 86

 Mạch điện phi tuyến ở chế độ quá độ

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	2,47 MB