Bài giảng Mạch điện tử - Chương 5: Quá trình quá độ trong mạch điện

Bài giảng Mạch điện tử - Chương 5: Quá trình quá độ trong mạch điện cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản sau: Tổng quát chung về quá trình quá độ, tính toán quá trình quá độ bằng phương pháp tích phân kinh điển. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chương 5: Quá trình độ mạch điện 5.1 Tổng qt chung q trình q độ: • Đối với mạch có phần tử tích phóng lượng L,C, đóng, cắt nguồn, phụ tải thay đổi thông số mạch, mạch chuyển từ trạng thái xác lập cũ sang trạng thái xác lập mới, trạng thái, mạch có mức lượng khác nhau, địi hỏi phải có khoảng thời gian độ để mạch phân bố lại mức lượng, trình xảy khoảng thời gian này, gọi trình độ Quá trình độ trình chuyển tiếp chế độ xác lập cũ bị phá vỡ kéo dài thành lập chế xác lập • Hình 5.1: biến thiên dịng điện i đóng mạch R-L vào nguồn điện khơng đổi,  t thời gian q độ • Thơng thường, thời gian q độ ngắn, dịng điện điện áp phần tủ biến thiên theo quy luật phức tạp, xuất dịng q áp i t t Hình 5.1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.2 Tính tốn q trình q độ phương pháp tích phân kinh điển: 5.2.1 Q trình q độ mạch R, L, C: Xét q trình đóng mạch có chứa phần tử R, L, C vào nguồn điện áp u Áp dụng đinh luật Kirhof 2, viết phương trình cho mạch điện hình 5.2, ta có: u  Ri  L di   idt dt C (5.1) Nghiệm tổng quát phương trình gồm thành phần: i  i xl  i td • ixl :là nghiệm riêng phương trình 5.1, phụ thuộc vào nguồn thơng số mạch • itd : nghiệm tổng quát phương trình vi phân 5.2: di Ri  L   idt  (5.2) dt C Hình 5.2 Phương trình đặc trưng phương trình 5.2 có dạng: R  pL  0 (5.3) pC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thành phần tự itd có dạng: i td   A k e pk t k Trong đó: • • pk nghiệm phương trình đặc trưng, gọi số mũ tắt - p số thực, thành phần tự giảm theo hàm mũ p < 0, tăng p > - p số phức p  a  j thành phần tự dao động tắt dần với tần số a < dao động tăng dần a > Ak số tích phần, xác định điều kiện ban đầu toán: - Trong mạch điện có điện cảm L, dịng điện qua điện cảm thời điểm đóng mở khơng thể biến thiên nhảy vọt, nghĩa dòng điện sau đóng mở iL(+0) dịng điện trước đóng mở iL(-0) iL(+0) = iL(-0) - Trong mạch điện có điện dung C, điện áp tụ thời điểm đóng mở khơng thể biến thiên nhảy vọt, nghĩa điện áp sau đóng mở uC(+0) điện áp trước đóng mở uC(-0) uC(+0) = uC(-0) Sau tính tốn q trình q độ số mạch đơn giản CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.2.2 Quá trình độ mạch RC a/ Quá trình tự mạch RC Tụ điện C nạp với điện áp Uo , sau đóng K, tụ điện phóng điện qua điện trở R K Phương trình định luật Kirhof viết cho mạch là: R Ri td  u Ctd   RC ++ du Ctd  u Ctd  dt Phương trình đặc trưng có dạng : RCp   p Điện áp tự có dạng : u Ctd  RC t Ae RC 12 Uo Theo điều kiện ban đầu: u C (0)  A  u C (0)  U t e RC u Ctd  U o t du Ctd U o RC iC  C  e dt R Đường cong uCtd iCtd hình vẽ 5.3 uC , i uC  Uo t RC e t -4  Uo R t U i   o e RC R Hình 5.3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b/ Đóng mạch RC vào điện áp chiều Phương trình vi phân mạch viết theo định luật Kirhof là: RC Ri  u C  U K du C  uC  U dt R Nghiệm tổng quát phương trình gồm thành phần: u  u xl  u td Trong đó: C U u Cxl  U uCtd nghiệm phương trình vi phân RC du Ctd  u Ctd  dt t  u Ctd  Ae RC  u  u xl  u td  t U  Ae RC Theo điều kiện đầu: u C (0)  U  A  u C (0)  U0  A   U uC,i U U R u C  U(1  e  t RC ) t uC  t U(1  e RC ) iC  C U  i C  e RC R t U RC e du C  dt R Đường cong uC iC đóng vào nguồn điện áp hình vẽ 5.4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt t c/ Đóng mạch RC vào nguồn điện áp hình sin u  U m sin(t  ) Điện áp độ tụ điện có thành phần: Thành phần xác lập: u Thành phần tự do: Cxl  u Ctd  Um  X C sin(t      ) với Z t RC Ae  u C  u Cxl  u Ctd Theo điều kiện đầu A Z  R  X C2 XC  t U   m X C sin(t      )  Ae RC Z u C (0)  u C (0)  Um  X C sin(    ) Z t  Um   RC   uC  X C sin(t      )  sin(    )e  Z 2   t du I   i  C C  I m sin(t    )  m sin(    )e RC dt RC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt C • • • • Tùy thời điểm đóng mở, tức tuỳ theo góc pha đầu điều kiện đầu mà điện áp q độ có dạng khác nhau: uCxl = uCtd = 0, trình xác lập thành lập mà khơng qua q độ uCxl = UCm sau nửa chu kì điện áp tụ có trị số gấp đơi biên độ điện áp xác lập, q điện áp Ở thời điểm đầu uC(0) = 0, tụ bị ngắn mạch, điện áp nguồn hoàn toàn đặt điện trở, đó: u (0) U m sin  i 0   R R Nếu đóng mạch thời điểm điện áp nguồn cực đại điện trở R nhỏ, dịng điện thời điểm đầu lớn tạo nên xung dòng điện Đường cong uC iC đóng vào nguồn hình sin hình vẽ 5.5 5.2.3 Q trình q độ mạch RL Đóng mạch RL vào nguồn điện áp u, phương trình vi phân mạch viết theo định luật Kirhof là: di Ri  L  u dt Dòng điện độ i gồm thành phần, thành phần itd nghiệm phương trình vi phân có phương trình đặc trưng R R  pL   p  L Hình 5.6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vậy i td  R  t Ae L U i  (1  e R R t L ) • Nếu u nguồn điện áp u = U, ta có: • Nếu u nguồn điện áp hình sin u  Um sin(t  ) , ta có: R  t U U it   m sin(t    )  m sin   e L Z Z Trong đó: Z  R  (L)   artg L R CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... uC (-0 ) uC(+0) = uC (-0 ) Sau tính tốn q trình q độ số mạch đơn giản CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.2.2 Quá trình độ mạch RC a/ Quá trình tự mạch RC Tụ điện C nạp với điện. .. iL(+0) dịng điện trước đóng mở iL (-0 ) iL(+0) = iL (-0 ) - Trong mạch điện có điện dung C, điện áp tụ thời điểm đóng mở khơng thể biến thiên nhảy vọt, nghĩa điện áp sau đóng mở uC(+0) điện áp trước... tốn q trình q độ phương pháp tích phân kinh điển: 5.2.1 Q trình q độ mạch R, L, C: Xét q trình đóng mạch có chứa phần tử R, L, C vào nguồn điện áp u Áp dụng đinh luật Kirhof 2, viết phương trình