Slide.Cơ Sở Kỹ Thuật Điện 1

CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Giáo viên: Ths Nguyễn Việt Sơn Bộ mơn: Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp C1 - 108 - ðại học Bách Khoa Hà Nội CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Nội dung chương trình: Chương 1: Khái niệm mơ hình mạch Kirhoff I Khái niệm mơ hình trường - mơ hình hệ thống II Các tượng mơ hình mạch Kirhoff III Các luật mơ hình mạch Kirhoff IV Nội dung tốn mạch Chương 2: Mạch tuyến tính chế độ xác lập điều hòa I Hàm điều hòa ñại lượng ñặc trưng II Số phức - Biểu diễn hàm điều hòa miền ảnh phức III Phản ứng nhánh với kích thích điều hòa IV Dạng ảnh phức luật mơ hình mạch Kirhoff Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Nội dung chương trình: Chương 3: Phương pháp tính mạch tuyến tính chế độ xác lập điều hòa - Graph Kirhoff I Phương pháp dòng nhánh II Phương pháp nút III Phương pháp dòng vòng IV Khái niệm graph Kirhoff V Các định lý lập phương trình Kirhoff VI Ma trận cấu trúc A, B VII Lập phương trình ma trận cấu trúc Chương 4: Tính chất mạch điện tuyến tính I Khái niệm chung II Tính chất tuyến tính III Khái niệm hàm truyền đạt IV Truyền đạt tương hỗ khơng tương hỗ Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Nội dung chương trình: Chương 5: Mạch điện tuyến tính có kích thích chu kỳ I Khái niệm nguồn kích thích chu kỳ II Cách phân tích mạch điện tuyến tính có kích thích chu kỳ III Trị hiệu dụng - cơng suất dòng chu kỳ IV Hàm truyền đạt đặc tính tần số Chương 6: Mạng cửa Kirhoff tuyến tính I Khái niệm mạng cửa Kirhoff II Phương trình sơ đồ tương đương mạng cửa có nguồn III ðiều kiện đưa cơng suất cực đại khỏi mạng cửa Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Nội dung chương trình: Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính I Khái niệm mạng hai cửa II Mơ tả toán học mạng hai cửa - Phương pháp tính số đặc trưng III Tính chất mạng cửa tuyến tính tương hỗ IV Hàm truyền đạt dòng - áp Tổng trở vào mạng hai cửa Vấn đề hòa hợp nguồn tải mạng hai cửa V Mạng hai cửa phi hỗ Chương 8: Mạch ñiện pha I Khái niệm II Mạch pha đối xứng khơng đối xứng tải tĩnh III Tính đo cơng suất mạch điện pha IV Mạch pha có tải động - Phương pháp thành phần ñối xứng V Một số cố mạch ñiện pha Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Nội dung chương trình: Chương 9: Khái niệm trình q độ hệ thống I Q trình q độ hệ thống II Tính liên tục mở rộng tính khả vi q trình III Sơ kiện phương pháp tính sơ kiện Chương 10: Các phương pháp tính q trình q độ mạch điện tuyến tính I Phương pháp tích phân kinh điển II Phương pháp tích phân Duyamen hàm Green III Phương pháp tốn tử Laplace Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Tài liệu tham khảo: Cơ sở kỹ thuật ñiện & - Nguyễn Bình Thành - Nguyễn Trần Quân - Phạm Khắc Chương - 1971 Cơ sở kỹ thuật ñiện - Quyển - Bộ mơn Kỹ thuật đo Tin học cơng nghiệp - 2004 Giáo trình lý thuyết mạch ñiện - PGS - TS Lê Văn Bảng - 2005 Fundamentals of electric circuits - David A.Bell - Prentice Hall International Edition - 1990 Electric circuits - Norman Blabanian - Mc Graw Hill - 1994 Methodes d’etudes des circuit electriques - Fancois Mesa - Eyrolles - 1987 An introduction to circuit analysis a system approach - Donald E.Scott - Mc Graw Hill - 1994 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Chương 1: Khái niệm mơ hình mạch Kirhoff I Khái niệm mơ hình trường - mơ hình hệ thống II Các tượng mơ hình mạch Kirhoff III Các luật mơ hình mạch Kirhoff IV Nội dung tốn mạch Cơ sở kỹ thuật điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ðIỆN Chương 1: Khái niệm mơ hình mạch Kirhoff I Khái niệm mơ hình trường - mơ hình hệ thống II Các tượng mơ hình mạch Kirhoff III Các luật mơ hình mạch Kirhoff IV Nội dung toán mạch Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 1: Khái niệm mơ hình mạch Kirhoff I Khái niệm mơ hình trường - mơ hình hệ thống Mạch điện gồm hệ thống thiết bị nối ghép với cho phép trao đổi lượng tín hiệu Thiết bị ñiện u(t), i(t), p(t) … c λ = = 6000(m) f Mơ hình hệ thống E(x, y, z, t), H(x,y,z,t) … Mơ hình trường Mơ hình mạch tín hiệu Hình vẽ mơ thiết bị điện Mơ hình mạch (năng lượng) Kirhoff Mạch hóa Xét truyền đạt lượng thiết bị ñiện Sơ ñồ mạch Luật Hệ phương trình tốn học l > gmoi truong Luật Kirhoff 1, Hữu hạn trạng thái Luật bảo tồn cơng suất 10 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Nguồn Giả sử nguồn pha có suất điện động khơng đối Tải A Z1ng xứng đặt lên tải hình bên Cần tìm dòng điện xác B Z2ng lập pha tải Ta phân tích hệ suất điện động khơng đối xứng thành thành phần đối xứng thuận, nghịch khơng Z2t C Z0ng Z0t ZN • • • • U A1 = (U A + a.U B + a U C ) • • • •  U ( U a U a U = + + A B C)  A2  • • • • U A0 = (U A + U B + U C )  Thay nguồn suất điện động vào sơ đồ Z1t • • • E A1 E A2 E A0 A • • • E B1 E B E B • • • E C1 E C E C áp dụng B C tính chất xếp chồng ta tách thành tốn đối xứng, tốn có thành phần đối xứng suất ZN ñiện ñộng 203 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng • I A1 Bài toán 1: Nguồn tác dụng hệ suất điện động thứ tự thuận • • • E A1 , E B1 , E C1 Khi mạch ñiện hoàn toàn ñối xứng Cách giải giống hoàn toàn tốn mạch điện ba pha đối • Z1ng Z1t E A1 Sơ ñồ thứ tự thuận xứng: Dùng sơ đồ tách riêng pha A, ta có: • I A1 = • E A1 Z1ng + Z1t • Bài tốn 2: I A2 Nguồn tác dụng hệ suất ñiện ñộng thứ tự thuận • • • • Z2ng E A2 E A2 , E B , E C Z2t Tương tự trên, ta có sơ đồ tính tốn cho mạch ba pha đối xứng xét riêng pha A • I A2 = Sơ ñồ thứ tự ngược • E A2 Z ng + Z 2t 204 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Bài tốn 3: Nguồn tác dụng hệ suất ñiện ñộng thứ tự khơng • • • • Z0ng E A0 , E B , E C , tổng trở tải Z0t tổng nguồn Z0ng ñều ñối Z0ng xứng Z0ng Z0t E A0 • Z0t E B0 • Z0t EC0 ZN Lúc mạch điện có dây trung tính, dòng điện dây trung tính lần dòng điện thứ tự khơng Xét riêng pha A ta có: • • I A0 = • Z ng E A0 + Z 0t + 3.Z N • Z0ng I A0 Z0t E A0 3ZN Sơ đồ thứ tự khơng Chú ý: Với sơ đồ thứ tự khơng, khơng có dây trung tính, dòng điện pha khơng 205 Cơ sở kỹ thuật điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Sau tính thành phần dòng điện hệ thống ba pha thuận, nghịch, không tác dụng riêng rẽ, áp dụng công thức tổng hợp, ta tính dòng điện pha: • • • •  I A = I A1 + I A + I A0 • • • •  I B = a I A1 + a I A + I A0 • • • •  I C = a I A1 + a I A + I A0  Các bước giải tốn mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng: Phân tích nguồn đối xứng thành tổng thành phần thuận, nghịch, không Lập tính giá trị dòng áp cần thiết sơ đồ thuận, nghịch, khơng (Sơ đồ thuận nghịch có kết cấu giống nhau; sơ đồ thứ tự khơng có thêm tổng trở dây trung tính với giá trị tăng gấp lần) Áp dụng công thức tổng hợp để tính tốn giá trị dòng, áp cần tìm 206 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Nguồn Ví dụ: Tính dòng điện pha mạch pha khơng đối Z1ng xứng hình bên, biết: Z2ng • • • E A = 6500(V ); E B = 6800 −1350 (V ); E C = 6300 1300 (V ) Z1ng = Z ng = j.14(Ω); Z ng = j.1(Ω); Z N = j.10(Ω); Z1t = 40 + j.45(Ω); Z 2t = + j.8(Ω); Z 0t = j.3(Ω); A Z1t B Z2t C Z0ng Z0t ZN • Giải: • • E A1 E A2 E A0 Phân tích hệ thống suất điện động khơng đối xứng thành A • thành phần thứ tự thuận nghịch khơng • • • E A1 = ( E A + a E B + a E C ) = 6420 −20 (V ) • • • • E A = ( E A + a E B + a E C ) = 800 13,500 (V ) • • • • E A0 = ( E A + E B + E C ) = −783(V ) Tải • • E B1 E B E B • • • B • E C1 E C E C C ZN 207 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Xét sơ đồ thuận: • Z1ng • • Xét sơ ñồ ngược: I A1 • Z1t E A1 • Z0ng I A0 Z0t Sơ đồ thứ tự khơng I A0 = • Z ng E A2 = 40.5 −710 ( A) Z ng + Z 2t Áp dụng công thức tổng hợp ta có: 3ZN • I A2 = • E A0 • • E A1 = 90, −57,500 ( A) Z1ng + Z1t Xét sơ đồ khơng: Z2t Sơ đồ thứ tự ngược • I A1 = I A2 E A2 Sơ đồ thứ tự thuận • Z2ng E A0 = 23 900 ( A) + Z 0t + 3.Z N • • • • I A = I A1 + I A + I A0 = 111 −56, 200 ( A) • • • • • • I A = a I A1 + a I A + I A0 = 81, 141,500 ( A) • • I C = a I A1 + a I A + I A0 = 111 82, 450 ( A) 208 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, ñứt dây mạch ba pha Khi mạch ba pha ñối xứng bị cố (sự cố ñứt dây, ngắn mạch …), phần mạch nơi cố khơng đối xứng ðiện áp phần mạch cố lập thành hệ điện áp khơng đối xứng Phương pháp xét tốn mạch điện ba pha cố: Phân tích thành phần điện áp khơng đối xứng vị trí cố thành thành phần đối xứng thuận, nghịch, khơng Áp dụng phương pháp xét mạch ba pha đối xứng Có loại cố mạch ba pha: Sự cố dọc đường dây: Ví dụ: Sự cố đứt dây pha, ñứt dây pha … Làm thay ñổi tổng trở pha đường dây Thay vị trí cố hệ thống dòng, áp mắc nối tiếp vào ñường dây Sự cố ngang ñường dây: Ví dụ: Sự cố ngắn mạch pha, chạm ñất pha … Làm thay ñổi tổng trở cách ñiện pha ñường dây với với ñất Thay vị trí cố hệ thống dòng, áp mắc song song vào ñường dây 209 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, ñứt dây mạch ba pha a Sự cố đứt dây pha •  Z fa A = ∞ Hiện tượng:  Tổng trở vị trí cố:  Z fa B = Z  fa C = • U A ≠ • ðiện áp ví trí cố: U B = • U C =  Phương trình cố: Cơ sở kỹ thuật điện • IA =0 • U B = • U C =  CuuDuongThanCong.com A UA B UB • A’ B’ • C UC C’ A A’ B B’ C C’ • • •  I A1 + I A2 + I A0 = • •  • → a U A1 + a.U A2 + U A0 =  • • •  a.U A1 + a U A1 + U A0 =  210 https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, ñứt dây mạch ba pha a Sự cố đứt dây pha Ví dụ: Cho mạch ñiện pha ñơn giản, cho ñường dây bị đứt pha A làm thành phận khơng ñối xứng biểu diễn hình chữ nhật Tìm dòng áp mạch Phần mạch cố Nguồn Z1ng Z2ng Tải ñối xứng ðường dây A A’ Z1d, Z2d, Z0d B B’ C C’ Z0ng Z1t Z2t Z0t Tải ñối xứng ZN Z Trừ phần cố ra, mạch điện lại hồn tồn đối xứng Muốn đưa tốn đối xứng cần thay hệ thống điện áp khơng đối xứng phần cố thành phần đối xứng thuận, nghịch, khơng 211 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, ñứt dây mạch ba pha a Sự cố ñứt dây pha Ví dụ: Nguồn Tải đối xứng Z1ng Z2ng ðường dây A A’ Z1d, Z2d, Z0d B B’ C C’ Z0ng • E A1 Z Z0t Z • U A1 Z1d Z2t Tải ñối xứng ZN Z1ng Z1t • Z2d Z2ng • I A1 Z1t Sơ ñồ thứ tự thuận U A2 Z • Z0ng Z0d • I A2 Sơ đồ thứ tự ngược U A0 • Z2t I A0 3ZN Z0t Sơ đồ thứ tự khơng Thứ tự khơng chạy mạch có dây trung tính 212 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, ñứt dây mạch ba pha a Sự cố ñứt dây pha Ví dụ: Sơ ñồ thứ tự thuận: • • Z1d I A1 Z1ng Z E A1 Sơ đồ thứ tự ngược: Z2ng • U A1 • • I A1 E td Z1d • I A2 Z Z1t Z2d • U A2 • I A2 Ztd2 Z2t • Ztd1 Z2d • U A2 Z2t U A + I A ( Z td + Z d + Z 2t ) = • • Z td = U A1Z Z ng Z Z + Z ng 1t Sơ ñồ thứ tự khơng: • • Z1ng Z E A1 Z E td = ; Z td = Z + Z1ng Z + Z1ng • • • U A1 + I A1 ( Z td + Z1d + Z1t ) = E td • Z0ng I A0 3ZN • Z0d • U A0 Z0t • U A0 + I A0 (3.Z N + Z ng + Z d + Z 0t ) = 213 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, ñứt dây mạch ba pha a Sự cố ñứt dây pha Ví dụ: Vậy có phương trình = phương trình cố + phương trình lập từ sơ đồ thuận, nghịch, khơng • • •   U A1 + I A1 ( Z td + Z1d + Z1t ) = E td • • U A + I A2 ( Z td + Z d + Z 2t ) = • • U A0 + I A0 (3.Z N + Z ng + Z d + Z 0t ) = • • •  I A1 + I A + I A0 =  • • •  a U A1 + a.U A + U A0 =  • •  •  a.U A1 + a U A1 + U A0 = Giải phương trình ta tìm được: • • • • • • I A1 , I A , I A0 ,U A1 ,U A2 ,U A0 • • • Thay U A1 , U A , U A vào sơ đồ thuận, nghịch, khơng tìm dòng áp thứ tự thuận, nghịch, khơng nhánh mạch ðể tìm dòng áp nhánh mạch điện, tao dùng cơng thức tổng hợp: • • • • U A = U A1 + U A2 + U A0 • • • • • • I B = a I A1 + a I A2 + I A0 • • I C = a I A1 + a I A2 + I A0 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 214 Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, ñứt dây mạch ba pha b Sự cố ñứt dây pha • A UA B UB A’ • UC A’ B’ B B’ C’ C C’ • C A d Sự cố ngắn mạch pha A A’ B B’ • • UA M • • • I A = ; IB = ; IC = c Sự cố chạm ñất pha A A’ A A’ B C B’ C’ B C B’ C’ • • UA UB Z UB • C U C C’ A A’ B C B’ C’ • UC • • • • • I A = ; I B = ; U C = Z I C • • IA = ; UB = ; UC = 215 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha V.3 Các điều hòa cao dòng - áp mạch ba pha Có nhiều ngun nhân sinh điều hòa cao suất điện động dòng ba pha: Máy phát điện chế tạo khơng hồn hảo sinh suất điện động khơng sin … Phân tích suất điện động thành chuỗi Furie, ngồi sóng có tần số ω, chứa nhiều sóng bậc cao có tần số 3ω, 5ω, 7ω … Do máy phát điện có cấu tạo đối xứng, nên suất điện động pha hồn toàn giống nhau, lệch thời gian 1/3 chu kỳ nên: ekA (t ) = Ek 2.sin k ω.t T 2.π ekB (t ) = Ek 2.sin kω.(t − ) = Ek 2.sin k ω.t − k ) 3 216 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch ñiện ba pha V.3 Các điều hòa cao dòng - áp mạch ba pha ekA (t ) = Ek 2.sin k ω.t T 2.π ekB (t ) = Ek 2.sin kω.(t − ) = Ek 2.sin(k ω.t − k ) 3 Nhận xét: Các sóng điều hòa có k = 3n φk = n.2.π tạo thành hệ thống thứ tự khơng Các sóng điều hòa có k = 3n + φk = n.2.π + 2.π/3 tạo thành hệ thống thứ tự thuận Các sóng điều hòa có k = 3n + φk = n.2.π + 4.π/3 tạo thành hệ thống thứ tự ngược Suy ra: Dòng điện dây trung tính chứa sóng điều hòa bậc 3.n dòng pha I N = I 32 + I 92 + I152 + ðiện áp pha bao gồm tất sóng điều hòa: U f = U12 + U 32 + U 52 + U 72 + U 92 + ðiện áp dây không chứa thành phần thứ tự khơng (3n) Cơ sở kỹ thuật điện U d = U12 + U 52 + U 72 + U112 + CuuDuongThanCong.com 217 https://fb.com/tailieudientucntt ... hỗ cảm M12 = M 21 = M Tính u1(t), u2(t) di1 di − M 12 dt dt di di u2 (t ) = u22 (t ) − u 21 (t ) = L 2 − M 21 dt dt u1 (t ) = u 11 (t ) − u12 (t ) = L i1(t) * L1 u 11( t) M u12(t) u1(t) L2 u 21( t) u22(t)... dòng điện biến thiên i1(t) Theo luật cảm ứng ñiện từ: i1(t) sinh từ thơng 11 (t) biến thiên móc vòng qua vòng dây cuộn L1 sinh điện áp tự cảm u 11( t) u 11 (t ) = L1 di1 (t ) dt Do L2 đặt đủ gần L1,... phần từ thơng ψ 21( t) móc vòng qua cuộn dây L2 ñiện ñộng cảm ứng u 21( t) u 21 (t ) = dψ 21 ∂ψ 21 di1 di = = M 21 ∂i1 dt dt dt sinh sức M 21: hệ số hỗ cảm cuộn L2 i1 gây 21 Cơ sở kỹ thuật ñiện CuuDuongThanCong.com