Slide.Cơ Sở Kỹ Thuật Điện 1

CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Giáo viên: TS Nguyễn Việt Sơn Bộ môn: Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp C1 - 108 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Năm 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Nội dung chƣơng trình: Chƣơng 1: Khái niệm mơ hình mạch Kirchoff I Khái niệm mơ hình trường - mơ hình hệ thống II Các tượng mơ hình mạch Kirchoff III Các luật mơ hình mạch Kirchoff IV Nội dung tốn mạch Chƣơng 2: Mạch tuyến tính chế độ xác lập điều hòa I Hàm điều hòa đại lượng đặc 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 Kirchoff Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Nội dung chƣơng trình: Chƣơng 3: Phƣơng pháp tính mạch tuyến tính chế độ xác lập điều hòa-Graph Kirchoff I Phương pháp dòng nhánh II Phương pháp nút III Phương pháp dòng vòng IV Khái niệm graph Kirchoff V Các định lý lập phương trình Kirchoff VI Ma trận cấu trúc A, B VII Lập phương trình ma trận cấu trúc Chƣơng 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 không tương hỗ Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Nội dung chƣơng trình: Chƣơng 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 Chƣơng 6: Mạng cửa Kirchoff tuyến tính I Khái niệm mạng cửa Kirchoff II Phương trình sơ đồ tương đương mạng cửa có nguồn III Điều kiện đưa cơng suất cực đại khỏi mạng cửa Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Nội dung chƣơng trình: Chƣơng 7: Mạng hai cửa tuyến tính I Khái niệm mạng hai cửa II Mơ tả tốn 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 Chƣơng 8: Mạch điện pha I Khái niệm II Mạch pha đối xứng khơng đối xứng tải tĩnh III Tính đo công suất mạch điện pha IV Mạch pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng V Một số cố mạch điện pha Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Nội dung chƣơng trình: Chƣơng 9: Khái niệm trình 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 Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số I Phương pháp tích phân kinh điển II Phương pháp tích phân Duyamen hàm Green III Phương pháp toán tử Laplace Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Tài liệu tham khảo: Cơ sở kỹ thuật điện & - Nguyễn Bình Thành - 1971 Cơ sở kỹ thuật điện - Quyển - Bộ môn Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp - 2004 Giáo trình lý thuyết mạch điện - 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 - McGraw-Hill 1994 Electric circuits - Schaum - McGraw-Hill - 2003 (*) Fundamentals of Electric Circuits - Charles K Alexander - McGraw-Hill - 2001 (*) (*) http://www.mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Mach/ Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Chƣơng 1: Khái niệm mơ hình mạch Kirchoff I Khái niệm mơ hình trƣờng - mơ hình hệ thống II Các tƣợng mơ hình mạch Kirchoff III Các luật mơ hình mạch Kirchoff IV Nội dung toán mạch Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 1: Khái niệm mơ hình mạch Kirchoff I Khái niệm mơ hình trƣờng - mơ hình hệ thống  Mạch điện gồm hệ thống thiết bị nối ghép với cho phép trao đổi lượng tín hiệu Thiết bị điện u(t), i(t), p(t) … E(x, y, z, t), H(x,y,z,t) …  Mơ hình hệ thống c  6000(km) f Mơ hình trƣờng Mơ hình mạch tín hiệu Mơ hình mạch (năng lƣợng) Kirchoff Xét truyền đạt lƣợng thiết bị điện Mạch hóa Hình vẽ mơ thiết bị điện Sơ đồ mạch Luật Hệ phƣơng trình tốn học  l > gmoi truong  Luật Kirchoff 1,  Hữu hạn trạng thái  Luật bảo tồn cơng suất Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Chƣơng 1: Khái niệm mơ hình mạch Kirchoff I Khái niệm mơ hình trƣờng - mơ hình hệ thống II Các tƣợng mơ hình mạch Kirchoff II.1 Nguồn điện II.2 Phần tử tiêu tán mạch điện R II.3 Kho điện Điện dung C II.4 Kho từ Điện cảm L III Các luật mơ hình mạch Kirchoff IV Nội dung tốn mạch Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com 10 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.2 Các định lý quan hệ ảnh - gốc a Đạo hàm gốc  Ứng dụng: L i(t)  Xét cuộn dây: u(t) uL (t )  L d i (t )  L.i ' (t ) dt  Chuyển sang miền ảnh: iL(t) IL (p) U L ( p)  L.[ p.I L ( p )  i (0)] uL(t) UL (p) I L ( p)  U L ( p)  p.L.I L ( p)  L.i (0)] I(p) p.L L.i(-0) U(p) Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com i(0) U L ( p)  p p.L I(p) iL (0) p p.L U(p) https://fb.com/tailieudientucntt 274 Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.2 Các định lý quan hệ ảnh - gốc b Tích phân gốc  Xét hàm f(t) 1(t).f(t)  Tích phân f(t): F(p) t  1(t ) f (t ).dt 0  Ứng dụng: F ( p ) p iC(t)  Xét tụ điện uC (t )  u (0)   iC (t ).dt C C uC(t)  Chuyển sang miền ảnh iC(t) U C ( p)  IC(p) u (0) I C ( p)  C p.C p IC(p) p.C uC (0) p UC(p) Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com uC(t) UC(p) IC ( p)  p.CU C ( p)  C.uC (0) p.C I(p) C.uC(-0) UC(p) https://fb.com/tailieudientucntt 275 Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình độ mạch tuyến tính hệ số III.2 Các định lý quan hệ ảnh - gốc b Định lý dịch gốc 1(t ) f (t ) F ( p) 1(t  T ) f (t  T ) eT p F ( p)  Xét hàm f(t)  Vậy: Ví dụ: e(t) 1(t ).e(t )  10.1(t )  10.1(t  0.2) 10 t 10 10 0.2 p 10   e  (1  e0.2 p ) p p p Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com 0.2 276 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.2 Các định lý quan hệ ảnh - gốc c Định lý dịch ảnh 1(t ) f (t )  Xét hàm f(t)  Vậy: 1(t ) f (t ).e F ( p) a.t F ( p  a) d Định lý đồng dạng 1(t ) f (t )  Xét hàm f(t)  Vậy: e Đạo hàm ảnh 1(t ) f (a.t ) t 1(t ) f ( ) a  Xét hàm f(t)  Vậy: 1(t ) f (t ) 1(t ).(t ) f (t ) Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com F ( p) p F ( ) a a a.F (a p) F ( p) d F ( p) dp https://fb.com/tailieudientucntt 277 Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.2 Các định lý quan hệ ảnh - gốc f Tích phân ảnh 1(t ) f (t ) 1(t ) f (t ) t  F ( p).dp 1(t ) f (t ) F ( p)  f ( ) f (t  ).d F1 ( p).F2 ( p)  Xét hàm f(t)  Vậy: g Định lý tích xếp  Xét hàm f(t) F ( p) p t  Vậy: 0 g Định lý giá trị bờ 1(t ) f (t ) F ( p) lim1(t ) f (t ) lim p.F ( p) lim1(t ) f (t ) lim p.F ( p)  Xét hàm f(t)  Vậy: t 0 t  Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com p  p 0 278 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.3 Cách tìm gốc theo ảnh Laplace a Phép tích phân Riman-Mellin 1(t ) f (t )  a  j 2. j a j F ( p).et p dp b Tra bảng quan hệ ảnh - gốc cos(a.t )  p p2  a2 t p sin(a.t )  a p2  a2  (t )  e a.t  1(t )  p Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com pa 279 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.3 Cách tìm gốc theo ảnh Laplace c Dùng công thức Hevixaide  Khi xét mạch, ta thường gặp phân thức hữu tỉ dạng: b0  b1 p  b2 p   bm p m F1 ( p) F ( p)   n a0  a1 p  a2 p   an p F2 ( p ) a0 …an, b0 …bm: số thực  Công thức Hevixaide cho gốc ảnh Laplace F(p) đa thức tử số F1(p) có bậc nhỏ đa thức mẫu số F2(p) (m < n) (trong trường hợp m ≥ n, ta thực phép chia đa thức)  Nếu F2(p) = có nghiệm thực, đơn: p1, p2  Nếu F2(p) = có nghiệm thực kép: p1 = p2 = pk 1(t ) f (t )  A1.e p1 t  A2 e p2 t với Ak  lim p  pk F1 ( p) F2' ( p) (k = 1,2)  Nếu F2(p) = có phức: p1,2 = - α ± j.β 1(t ) f (t )  Ak e với Ak  lim p  pk  t cos(  t  k ) 1(t ) f (t )  ( A1  A2 t ).e p.t với A1  lim p  pk d  F1 ( p) 2 ( p  p ) k   dp  F2 ( p)   F ( p)  A2  lim  ( p  pk )2  p  pk F ( p)   F1 ( p)  Ak k ' F2 ( p) Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com 280 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.3 Cách tìm gốc theo ảnh Laplace c Dùng cơng thức Hevixaide Ví dụ: Tìm hàm gốc ảnh sau I ( p)  F ( p) 20  ( p  5).( p  6) F2 ( p) F2 ( p )   p1  5 p2  6 F2' ( p)  p  11  1(t ).i(t )  A1.e5.t  A2 e6.t 20  20 p 5 p  11 A1  lim 20  20 p 6 p  11 A2  lim  1(t ).i(t )  20.(e5.t  e6.t ) Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com F1 ( p ) p2  E ( p)   p.( p  4) F2 ( p) F2 ( p )   p1  F2' ( p)  p  16 p  16 p2  p3  4  1(t ).e(t )  A0  ( A1  A2 t ).e4.t F1 ( p)  p 0 F ' ( p ) A0  lim d  F1 ( p) 2 ( p  4)    p 4 dp F ( p )   A1  lim F1 ( p) 9 ( p  4)2  p 4 F ( p ) 2 A2  lim 7   1(t ).e(t )     t  e4.t 8  281 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.3 Cách tìm gốc theo ảnh Laplace c Dùng cơng thức Hevixaide Ví dụ: Tìm hàm gốc ảnh sau U ( p)  F1 ( p) 100  p  p  10 F2 ( p) F2 ( p)   p1,2  1  j.3 F2' ( p)  p   1(t ).i(t )  A et cos(3.t   ) 100 100 100   900 p 1 j 2.( p  1) j.6 A  lim t   1(t ).i (t )  33.333.e cos(3.t  ) Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com 282 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.4 Tính q trình q độ phƣơng pháp toán tử Laplace a Sơ đồ toán tử  Sơ đồ toán tử sơ đồ mạch chế độ kích thích j(t), e(t) chuyển sang miền ảnh J(p), E(p); phần tử R, L, C chuyển sang miền ảnh kèm theo sơ kiện  Kích thích mạch:  Các phần tử iR(t) e(t) E(p) j(t) J(p) R IR(p) uR(t) iL(t) R UR(p) U R ( p)  R.I R ( p) L iC(t) uL(t) IL(p) p.L L.i(-0) C uC(t) p.L IL(p) UL(p) U L ( p)  p.L.I L ( p)  L.i(0)] iL (0) p UL(p) I L ( p)  i(0) U L ( p)  p p.L Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com IC(p) p.C uC (0) p p.C I(p) UC(p) U C ( p)  C.uC(-0) UC(p) u (0) I C ( p)  C IC ( p)  p.CU C ( p)  C.uC (0) p.C p 283 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.4 Tính q trình q độ phƣơng pháp toán tử Laplace b Các luật miền ảnh Laplace  Luật Ohm: U ( p)  Z I ( p )   I ( p)  Y U ( p)  Luật Kirchoff 1:  I ( p)  nut  Luật Kirchoff 2:  U ( p)   E ( p) vong (có tính đến sơ kiện) vong Miền thời gian Miền ảnh Laplace Hệ phƣơng trình Hệ phƣơng trình vi tích phân + sơ kiện đại số ảnh phức + sơ kiện Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com 284 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.4 Tính q trình q độ phƣơng pháp tốn tử Laplace c Trình tự giải tốn q trình q độ  Tìm sơ kiện độc lập mạch t = -0: uC(-0) ; iL(-0)  Xét mạch chế độ cũ tính đáp ứng uC(t), iL(t)  Thay t = -0 để tính sơ kiện độc lập uC(-0), iL(-0)  Lập sơ đồ toán tử cho mạch điện chế độ  Lập giải phương trình mạch miền ảnh Laplace để tìm nghiệm X(p)  Lập phương trình mạch theo phương pháp: Dòng nhánh, dòng vòng, đỉnh, mạng cửa, cửa …  Tìm nghiệm độ xqd(t)  Tra bảng quan hệ ảnh - gốc  Dùng công thức Hevixaide Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com 285 https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.4 Tính q trình q độ phƣơng pháp tốn tử Laplace c Trình tự giải tốn q trình q độ Ví dụ: Tìm iCqd(t) đóng mạch từ vị trí sang vị trí 2, biết: e1 (t )  100.sin10 t (V ) ; e2 (t )  100.e 20.t e1(t) (V ) R1  10 ; R2  100 ; X C  10 Giải: R1 C R2 e2(t)  uC (0)  50(V )  Tìm sơ kiện độc lập uC(-0): U C   Lập sơ đồ toán tử: E1max 100  450 j..C R1  j..C uC (t )  u (0) E2 ( p)  C F ( p) 1,5 p  10 p I ( p)    1 ( p  20)( p  100) F2 ( p) R p.C F1 ( p) A  lim  0, 25 p 20 F ' ( p )  1(t ).iCqd (t )  A1.e20.t  A2 e100.t  1(t ).iCqd (t )  0, 25.e20.t  1, 75.e100.t Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com F1 ( p)  1, 75 p 100 F ' ( p ) 100 sin(103.t  450 ) R2 p.C uC (0) p E2(p) A2  lim https://fb.com/tailieudientucntt 286 Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.4 Tính q trình q độ phƣơng pháp tốn tử Laplace R1 c Trình tự giải tốn q trình q độ Ví dụ: Tính dòng q độ mạch, biết: * L1 i2 i1 R3 E = 10 V = const ; R1 = 5Ω; R3 = R2 = 10Ω; L1 = 2H; L2 = 2H; M=1H R2 E Giải: K  Tìm sơ kiện độc lập: L2 * E 10 i1 (0)    1( A) R1  ( R2 // R3 )  i2 (0)  i1 (0)  0.5( A)  Lập sơ đồ toán tử: I ( p)  I ( p)  E ( p)  L1.i1 (0)  M i2 (0)  L2 i2 (0)  M i1 (0) R1  R2  p.L1  p.L2  p.M 0.75 p   1(t ).i(t )  0,667  0,0833.e7,5.t ( A) p.( p  7.5) Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com L1.i1(-0) * p.L1 R1 10 p -2.p.M M.i2(-0) R2 p.L2 I(p) M.i1(-0) L2.i2(-0) 287 https://fb.com/tailieudientucntt * Chƣơng 10: Các phƣơng pháp tính q trình q độ mạch tuyến tính hệ số III.4 Tính q trình q độ phƣơng pháp toán tử Laplace d Nhận xét chung phƣơng pháp  Ƣu điểm:  Giải tốn q trình q độ với nguồn kích thích (tăng không nhanh hàm e mũ)  Chỉ cần tính sơ kiện độc lập t = -  Giải trực tiếp nghiệm độ  Có thể thay cho phương pháp tích phân  Nhƣợc điểm:  Khi F2(p) đa thức bậc cao, ta phải dùng phương pháp gần để tìm nghiệm pk Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 CuuDuongThanCong.com 288 https://fb.com/tailieudientucntt ... 2 010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Tài liệu tham khảo: Cơ sở kỹ thuật điện & - Nguyễn Bình Thành - 19 71 Cơ sở kỹ thuật điện - Quyển - Bộ môn Kỹ thuật. .. L1  sinh sức điện động cảm ứng u12(t) cuộn L1 u12 (t )  d 12  12 di2 di   M12 dt i2 dt dt M12: hệ số hỗ cảm cuộn L1 i2 gây  Điện áp tổng cuộn dây: u1 (t )  u 11 (t )  u12 (t )  L1...  sinh sức điện động cảm ứng u 21( t) u 21 (t )  d 21  21 di1 di   M 21 dt i1 dt dt Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2 010 CuuDuongThanCong.com M 21: hệ số hỗ cảm cuộn L2 i1 gây 20 https://fb.com/tailieudientucntt