Tài liệu Cơ sở lý thuyết mạch điện: Mạch xoay chiều pptx

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC,

NỘI

`

Mach mot chieu

Trang 3

Mạch một tchiền

° _ Là mạch điện chỉ cĩ nguơn một chiêu

¢ Noi dung:

— Cac dinh luat co ban

— Cac phuong phap phan tich — Cac dinh ly mach

— Phân tích mạch điện băng máy tính

Trang 5

RƯỜNG ĐẠI (HỌC) BĐCH,KH0RÏẠNỘI) Dinh luat Ohm R Vv

¢ Lién hé gitta dong & áp của một phân tử

° Nếu cĩ nhiêu phân tử trở lên thì định luật Ohm chưa đủ

¢ —> Cac dinh luat Kirchhoff

Mạch một chiều

Trang 6

Đỉnh, nhánh & vịng aw

Những khái niệm xuất hiện khi kết nỗi các phân tử mạch

Cân làm rõ trước khi nĩi về các định luật Kirchhoff

Nhánh: biêu diễn 1 phân tử mạch đơn nhất (ví dụ I

Trang 7

IÙNG ĐẠI HỌC)

a NOI)

Dinh, nhanh & vong (2)

¢ Dinh: diém noi cua it nhat 2 nhanh

¢ Buiéu dién bang | dau cham

Trang 8

Đường khép kín: xuất phát 1 điểm, đi qua một số điểm khác, mỗi điềm chỉ đi qua một lần, roi quay tro lại điêm xuât phát

Trang 9

TRUONG BAI HOG} i NOUN Định luật Kirchhoff (1)

2: định luật về dịng dién & dinh luat vé dién ap Định luật về dịng điện viết tắt là KD

KD dựa trên luật bảo tồn điện tích (tổng đại số điện tích của một hệ bảo tồn)

KD: tong đại số các dịng đi vào một đỉnh bằng khơng

N

MA

n=|

N: tong s6 nhanh nỗi vào đỉnh

Trang 10

Dinh luat Kirchhoff (2

° KD: tổng đại số các dịng đi vào một đỉnh băng khơng

N

Š s0

Quy ước: nl

— Dong di vao mang dau duong (+), dong di ra mang dâu âm (—)

— Hoặc ngược lại

HH —lạ —1a + lạ 12 — Hoặc: —¡ + ï› + 1 — 1¿ + 1= Ư

Trang 11

Định luật Kirchhoff (3)

¢ MOt cach phát biêu khác của KD:

Trang 12

Dinh luat Kirchhoff (4)

¢ Dinh luat thtr nhat la KD

¢ Dinh luat thr hai la vé dién ap, viét tat KA

¢ KA duva trén dinh luat bao toan nang luong

Trang 18

Mạch một tchidu Các định luật cơ bản Các phương pháp phân tích — Dong nhanh — Thé dinh — Dong vong - Biến doi tương đương — Ma tran

Cac dinh ly mach

Phân tích mạch điện băng máy tính

Mạch một chiều

Trang 19

Dịng nhánh hú) Ấn sơ là các dịng điện của các nhánh

Trang 20

Dịng nhánh hĨ) “ Ay = số dinh-1=3-1=2 ~ viét2 p/tr theo KD a 1, t1,-1,=0 b: i,-it+j=0

ma = số nhanh—s6 dinh+ 1=4-3+1=2 — viét 2 p/tr theo KA

A: u; —U,+e,—-e, =0 > Ri, — Rol, +e, — e, =0

B: uy t+u,+uy—e, =0 > Ri, + Rgi, + Ryi, — e, = 0

Trang 22

Wwe Ye NS Dong nhanh b (4) Ry „ đa i3h

Tính øp & ma (chú ý: nyp + nvà = sơ nhánh)

Viết „¡; phương trình KD cho ø„¡; đỉnh độc lập

Chon ny, vong & chiêu của chúng

Viết m„ phương trình KA cho ng, vong Giai hệ

Mạch một chiều

Trang 23

BíDh, KHOAIHÀ NỘI) Dong nhanh (5) VPI ney =s6 dinh-1=4-1=3 A = số nhánh - số đỉnh + l=6—4+1=3 r a: —i,+i,-i =0 b: i, is +i, +j=0 c: -i, -i, +i, -7 = 0

A: R,i, + Rsis + Ryi, =e,

Trang 26

Hơn 200 phép tính (cộng, nhân, chia) DONG THOI Rl, — Rol, =e, — 5 UC Aly + Kgl; + Kgl; = 6; (2i, +3 =10 | | ` Dưới 8 phép tính (cộng & chia) 61, —— 5 — 4 4 > ` a + /=~9 KHƠNG ĐĨNG THƠI —3ủ + 4 — 5

Đề giảm khối lượng tính tốn thì cần phải thay hệ phương

trình đơng thời băng hệ phương trình khơng đơng thời

Trang 27

Bà giảm khối lượng tính tốn thì cần phải thay hệ rho

trình đơng thời băng hệ phương trình khơng đơng thời

Cĩ 2 cách thay thế:

1 Đối biến sơ

¢ Phuong pháp thê đỉnh ¢ Phuong phap dong vong

2 Phan ra mach điện (lân lượt tính tốn thơng số của từng phân của mạch điện)

- Bién đơi tương đương

¢ Mang mot cua (sé hoc trong Cac định lý mạch)

Trang 30

Thé dinh (2)

Án sơ là điện thê của các đỉnh

Trang 39

Thể đ đỉnh a N

Tơng dẫn riêng của một

đỉnh: tơng của điện dân

Trang 40

Chọn một đỉnh làm gốc Tính các tơng dân riêng

Trang 46

Dịng vịng s0 (hệ 2 phương trình 4 an) 4 Ri, — Ryin = €, — 1 lL, =f\(iy Tp) = lá + Aig = B,

i, = f,(1,, ip) Aada T Aziz = By

1, = Ali AoE R) (hệ 2 phương trình 2 ấn)

Trang 50

Dịng vịng s8)

- - Ấn số là dịng điện chảy trong một vịng

Trang 51

Dịng vịng 2 (6)

° Nếu cĩ nguơn dịng thì #øớc khi lập phương trình phải ø1ả thiệt nguơn dịng khép qua một nhánh nào đĩ

° _ Nhánh này tuỳ ý nhưng nên chọn nhánh cĩ ít phân tử nhât đề phương trình trở nên đơn giản hơn

Trang 52

Dịng vịng sœ®_ Ry a R i b

* Gia str nguén dong di qua R,

© ny, =4-—3+1=2-> can chon 2 dịng vịng với chiêu

tuy y

¢ 2 dong vong nay khơng cĩ thực, nhưng tiện lợi cho việc phân tích mạch

Trang 53

Dịng vịng 2 (8) Ry a Ry i b Giả sử nguơn dịng đi qua R, i, =ip—i, >

B: Roly + Rgly + Ryly = €5

l, =I, > Rolig— 14) + Rgig + Ralig + J) = ep

l4 —lp T J y

Trang 54

Dịng vịng s@)- Ry a Ry i b

Giả sử nguơn dịng đi qua R,

A: Ril, + Ry(i4— Ip) = ị — ey |

° ° ° ° ° _

B: Roig — 14) + R3ig + Rylig + J) = ep

Trang 55

Dịng vịng s0) Ry a Ry i b

Giả sử nguơn dịng đi qua R,

(Ri + Ry Ji, — Kolg =e; — e

Trang 56

Dịng vịng aD |

VDI Gia su di qua R,

ne, =6-4+1=3 > can chon 3 dong vịng

CA: Ryiy + Rslig— ip) + Roly — i2) = 6)

{Bz Rylig +) + Rylig— ic) + Rip ~ i) = 0

Trang 59

TRUONG DAI HOC} H"=—————.„ : a , 'BÄCH,KH0RINẠN0IIỂ

Đối với một mạch điện cĩ ø nhánh, p/p dong nhanh sé

đên việc giải đồng thời hệ ø phương trình ø ân

> Rất ít khi dùng phương pháp dịng nhánh

Hai p/p dong vong & thé dinh giam s6 luong phuong trinh & so luong an

Nên dùng hai p/p dịng vịng & thế đỉnh khi giải mạch điện

Cho một mạch điện, chọn píp thê đỉnh hay dịng vịng? > Lua chon:

— Chọn píp nào cĩ ít ấn sơ hơn

— P/p thê đỉnh rât thích hợp cho mạch điện chỉ cĩ 2 đỉnh

— Cĩ một sơ kiêu mạch điện khĩ dùng píp thê đỉnh — Cĩ một sơ kiêu mạch điện khĩ dùng píp dịng vịng

Trang 60

m—) —G)

Phương pháp dịng nhánh cĩ mấy ân?

Trang 62

TRƯỜNG BAIHOG)

_ BACH) KHOA)HAYNOE

Biên đơi tương đương (1)

¢ Hai phan tử mạch được gọi là tương đương nhau nêu

chúng cĩ quan hệ giữa dịng & áp giơng nhau

° Dùng dé phân rã mạch điện -> giảm khơi lượng tính tốn ° Các phép biến đỗi tương đương:

— Nguơn áp nỗi tiếp

— Nguơn dịng song song — Điện trở nối tiếp

Trang 63

BĐCH/KH0NIRÄÌNộI)

Biên đơi tương đương (2)

° Nguơn áp nối tiếp

Trang 64

Biến đổi t tương ¿ đương (3) ° Nguơn dịng song song

Trang 73

- - Hai phân tử mạch được gọi là tương đương nhau nêu chúng cĩ quan

Biến đổi tụ tương ø đương (12)

hệ giữa dịng & áp giống nhau © Cac phép bién đơi tương đương:

Nguơn áp nối tiếp

Nguơn dịng song song Điện trở nỗi tiếp

Trang 74

Biến đổi tụ tương ø đương (13)

Trang 76

Biến đổi tụ tương ø đương (15)

Trang 77

| BACH KHOAHA NỘI

Biên đơi tương đương (16)

Trang 83

Ry by Tat ca cac dién tro co mat trén duong di cua i, TRUGNG)BAIHOC) BAGH KHOAHAYNOI Ma tran (5) a 1 i3h áp” cĩ mặt trên VỊNG: chiêu thì (+), (Rịt R)

Giả sử nguơn dịng đi qua Ry

Rj = nguoc chiéu thi (+

Tất cả các điện trở chung của

Trang 87

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

_ BACH KHOAHAYNO|

Mạch một chiêu

¢ Cac dinh luat co ban

Cac phuong phap phan tich

Cac dinh ly mach

¢ Phan tich mạch điện băng máy tính

Trang 88

Các định hyn mach

Néu mạch điện phức tạp thì các phương pháp phân tích mạch đã học sẽ mất nhiêu thời gian tính tốn

Các định lý mạch giúp cho việc phân tích mạch trở nên đơn giản hơn

Trang 89

Mạch điện _~- tính

Các định lý mạch chỉ áp dụng cho mạch điện tuyên tính

Mạch điện tuyên tính: chỉ gồm các phân tử thụ động tuyến tính

Phân tử tuyên tính: đâu ra (đáp ứng) tỉ lệ thuận với đâu vào (kích thích)

Cĩ 2 tính chất:

I Nếu [u= R¿i & k= const| thi [ku = kRi]

2 Néu [w, = Ri, & u, = Ri] thi [u= (i, + i,)R = Ri, + Ri, =u, + w]

Trang 91

IRUNG ĐI HOC}

Xếp chồng (1)

Áp dụng cho mạch điện cĩ từ 2 nguơn trở lên

Ý tưởng: lần lượt tính thơng số của mạch khi cho lần lượt từng nguơn cĩ mặt trong mạch điện, sau đĩ cộng các thơng số

Nguyên lý: điện áp (hoặc dịng điện) của một phân tử của một mạch điện tuyên tính là tổng đại số của các điện áp (hoặc các dịng điện) do từng nguồn gây ra

Chu y:

1 Khi xét tác dụng của một nguơn, phải triệt tiêu tất cả các nguồn khác 2 Khong ap dung nguyên lý này cho cơng suất

Lợi ích: việc áp dụng nguyên lý này cĩ thể làm cho câu trúc mạch trở nên đơn giản hơn > dễ phân tích hơn

Trang 93

| — TRWỜNEAI BES _ BACH, KHOA)HAYNO!) Xếp chong (3) ¢ Khi xét tac dung cua mot nguon, phải triệt tiêu tât cả các nguơn khác Phân cịn lại Triệt tiêu nguơn áp Phân cịn lại , ` > > SA

của mạch điện của mạch điện

Phân cịn lại | Triệt tiêu nguơn dịng Phân cịn lại

° oA > ? a

cua mach dién cua mach dién

Trang 94

vip shane ( N VDI é,=16V;e,=9V;7=2A; R, =4Q; BR, = 6 Q; R, = 2 O; Ry = 10 Q; Tinh 7,

1 Triét tiéu e, & 7, tính ¡| ¡

Triệt tiêu e, & 7, tính ¡| „

Triệt tieu e, & e,, tinh 7,

Tính ¡| ¡ + ¡|,; + i|

>>

H8

Trang 99

IRUNG ĐI HOC} Xếp chồng (9) Áp dụng cho mạch điện cĩ từ 2 nguơn trở lên Chu y: 1 Khi Xét tac dung của một nguơn, phải triệt tiêu tật cả các nguơn khác

2 Khơng áp dụng nguyên lý này cho cơng suất

Lợi ích: việc áp dụng nguyên lý này co thé lam cho câu trúc mạch trở nên đơn giản hơn > dễ phân tích hơn

Đặc biệt tiện lợi khi phân tích mạch điện cĩ nhiêu

nguơn cĩ tân sơ khác nhau (sẽ đê cập trong phan Mach xoay chiếu)

Trang 102

Thevenin 2) ^ Kur , ak l

* Mot mach tuyén tinh 2 cực cĩ thê a

duoc thay thé bang một mạch Mạch

tương đương øơm cĩ nguơn áp Cu) tuyển tinh K,

& dién tro R,,, trong do: 2 cuc |

— e,, nguon áp hở mạch trên 2 cực

Trang 104

Thevenin (4) Gia su mach tuyến tính 2 cực cĩ m nguon ap Mach & nnguon dong, theo tinh chat xép chéng: ¬" tuyên tính| x u=A,j+ Ae, + Ae, + + Ae, + ` 2 cực + And + AntoJ2 + + Anindn + 417] + Ayo in4 + A7 J =A)j+B “0 ao Bo = ul «9 = đ,; (điện áp hở mạch) J=

Trang 105

| RƯỮNG ĐẠI .BÁCH,KH0ẠHÀÏNỘI) Thevenin (5) a Mach << tuyên tính| @ 7 2 cực | u=Rig I+ eq

Một mạch tuyên tính 2 cực cĩ thê được thay thê băng một mạch

tương đương gơm cĩ nguơn áp e,¿ & điện trở #,„, trong đĩ:

— €¿¿: nguơn áp hở mạch trên 2 cực

— R.„: điện trở trên hai cực khi triệt tiêu các nguơn

Trang 108

VDI e=l6V;7=2A;R;.=4;R,=6(); R,= 8 Q; R,=5 Q; Tinh i,? đ,¡: nguơn áp hở mạch trên 2 cực ®¿¿: điện trở trên hai cực khi

Trang 109

VDI Thevenin (9) _ R,= 8 Q; R,=5 Q; Tinh i,? e=16V;7=2 A; R, =4Q;3 Rk, =6Q; đ,¡: nguơn áp hở mạch trên 2 cực ®¿¿: điện trở trên hai cực khi

Trang 111

VD2 Thevenin N N Tính mạng một cửa tương đương Thevenin? l i @)/ nh

a: Ri, — i,) = 2, =— 2i, )

Trang 112

VD2 Thevenin nd2)ˆ me l

Tính mạng một cửa tương đương Thevenin? 2 sĩt b R,

Trang 114

Norton nú | )

¢ Tuong tu dinh ly Thevenin

© Phat biéu MOt mach tuyén tính 2 cực cĩ thể được thay

thế băng một mạch tương đương gơm cĩ nguơn dịng ha

& điện trở Xu, trong đĩ:

— Jig nguơn dịng ngăn mạch giữa 2 cực

— ®„: điện trở trên hai cực khi triệt tiêu các nguơn

Trang 118

VDI Norton n()-

R,= 8 Q; R,=5 Q; Tinh i,? e=l6V;7=2A;R;.=4;R,=6();

R,,: dién tro trén hai cực khi

Trang 119

BíDh, KHOAIHÀ NỘI) VDI Norton (6) R, e—=l16V;7—=2A;R¡=4@;,—=6 = 8 Q; R,= 5 Q; Tinh i,? 2; Jig: nguOn dong ngan mạch trên 2 cực

R,,: dién tro trén hai cực khi

Trang 123

IRUNG ĐI HOC}

Thevenin & Norton (4)

¢ Viéc áp dụng định lý Thevenin hoặc định lý Norton gọi là phương pháp mạng một cửa/mạng 2 cực

° Các mạch điện được xây dựng dựa trên định lý Thevenin hoặc định lý Norton gọi là sơ đơ (tương đương) Thevenin hoặc sơ đơ (tương đương) Norton

¢ So dé Norton cĩ thê rút ra được từ sơ đồ Thevenin & ngược lại

© R= tơng trở vào sau khi triệt tiếu nguơn, hoặc

thở mạch Fd Thevenin v

~ R= — = — hoac

9

ngan mach Jtd Norton

° Đ ¡=——, i„„ là dịng điện chạy vào cổng, đo/tính được sau khi

vào _ triệt tiêu nguơn & đặt điện áp IV lên cơng vào

Trang 125

Truyện cơng 3 suẾt c cuc dai (1)

Một số mạch điện được thiết kê để truyền cơng suất tới tải

Viên thơng: cân truyên một cơng suât tơi đa đên tải

Bài tốn: tìm thơng sơ của tải (giá trị của điện trở) đê cơng

suất truyền đến tải đạt cực đại

Trang 127

a | a ¬ ĩ " re — =e, “* x \* > “ _ í = ay <sá v = ˆ — a unr = — - = — — = ——— ^ ~ = = = io = — Truyên cơng suất cực đại (3)

¢ Cong suất cực đại sẽ được truyền đến tải nếu tải băng

Trang 132

Mo hỏng n mạch điện m

° Băng mã lệnh (Tutsim, Spice, .)

° _ Băng giao diện đơ hoạ (Pspice, Cireuit maker, Matlab,

Workbench, .)