Vui lòng download xuống để xem tài liệu đầy đủ.

Tính chất cơ bản của mạch tuyến tính

Chia sẻ: | Ngày: | Loại File: pdf | 6 trang

0
252
lượt xem
65
download

Mạch điện xét là mạch tuyến tính hệ số hằng nên cần làm rõ tính chất cơ bản của nó là tính tuyến tính tức là quan hệ tuyến tính giữa các biến trạng thái. Đối với các biến điều hòa, quan hệ này đặc trưng bởi những hàm truyền đạt ảnh phức.

Tính chất cơ bản của mạch tuyến tính
Nội dung Text

  1. Giaïo trçnh Cåí såí Kyî thuáût âiãûn I Trang 60 CHÆÅNG 4 TÊNH CHÁÚT CÅ BAÍN CUÍA MAÛCH TUYÃÚN TÊNH Maûch âiãûn xeït laì maûch tuyãún tênh hãû säú hàòng nãn cáön laìm roî tênh cháút cå baín cuía noï laì tênh tuyãún tênh tæïc laì quan hãû tuyãún tênh giæîa caïc biãún traûng thaïi. Âäúi våïi caïc biãún âiãöu hoìa, quan hãû naìy âàûc træng båíi nhæîng haìm truyãön âaût aính phæïc. Ngoaìi ra coìn coï tênh âäúi xæïng, tênh tæång häù, nãn cáön phaíi nàõm tháût væîng âãø váûn duûng trong phán têch, tênh toaïn maûch tuyãún tênh. Quan hãû tuyãún tênh giæîa caïc biãún Âënh nghéa : Caïc biãún traûng thaïi x1(t), ..., xk(t) goüi laì caïc âaïp æïng liãn hãû våïi nhau vaì våïi kêch thêch f1(t), ..., fk(t) båíi mäüt hãû phæång trçnh vi têch phán tuyãún tênh, ta baío caïc biãún áúy quan hãû tuyãún tênh våïi nhau. Ta xeït træåìng håüp riãng ráút phäø biãún laì khi coï caïc hãû säú hàòng. Vê duû doìng, aïp trong maûch Kirhof tuyãún tênh liãn hãû våïi nhau trong hãû phæång trçnh tuyãún tênh daûng : ⎧∑ i = ∑ j ⎪ ⎧∑ Y.u = ∑ j ⎪ ⎨ hay ⎨ (4-1) ⎪∑ Z.i = ∑ e ⎩ ⎪∑ u = ∑ e ⎩ d 1 D −1 Trong âoï coï : Z = R + L + ∫ .dt = LD + R + dt C C −1 D hay : Y = C.D + g + L YÏ nghéa caïc quan hãû tuyãún tênh : Mäüt quan hãû tuyãún tênh våïi nhæîng toaïn tæí vaì hãû säú âaî cho laì âàûc træng toaìn bäü cuía maûch tuyãún tênh. Do âoï duìng nhæîng quan hãû tuyãún tênh áúy coï thãø xáy dæûng nhæîng phæång phaïp khaío saït maûch. Tæì quan hãû tuyãún tênh âoï âæa ra hai tênh cháút cå baín cuía moüi qua hãû tuyãún tênh : Tênh cháút tuyãún tênh giæîa âaïp æïng vaì kêch thêch. Tênh cháút xãúp chäöng âaïp æïng âäúi våïi caïc kêch thêch. Quan hãû tuyãún tênh giæîa caïc biãún âiãöu hoìa Quan hãû tuyãún tênh giæîa caïc aính phæïc : Khi biãún âiãöu hoìa duìng biãøu diãùn phæïc thç hãû vi têch phán tuyãún tênh thaình hãû âaûi säú våïi aính phæïc. Ta seî coï quan hãû giæîa caïc biãún våïi nhau qua hãû säú phæïc : ⎧ I= J . . ⎧ Y. U = J . . ⎪∑ ∑ ⎪∑ ∑ (4-2) ⎨ . . hay ⎨ . . ⎪∑ Z. I = ∑ E ⎪∑ U = ∑ E ⎩ ⎩ ⎛ 1 ⎞ 1 . . . . Trong âoï : Z = R + j⎜ ωL − ⎟, Y = , U = Z. I, I = Y. U ⎝ ωC ⎠ Z Mäüt säú âënh lyï vãö quan hãû tuyãún tênh giæîa caïc âaïp æïng vaì kêch thêch : Dæûa vaìo quan hãû tuyãún tênh trãn ta coï caïc âënh lyï : Trong mäüt maûch tuyãún tênh mä taí båíi hãû phæång trçnh tuyãún tênh nãúu chè coï mäüt . . . . . . kêch thêch F m duy nháút (coï thãø E hay J ) thç mäùi âaïp æïng X k (coï thãø U k hay I k ) Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn
  2. Giaïo trçnh Cåí såí Kyî thuáût âiãûn I Trang 60 . . seî liãn hãû tuyãún tênh våïi kêch thêch daûng : X k = Tkm F m (4-3). Trong âoï Tkm phuû . thuäüc vaìo táön säú ω. Tkm laì haìm truyãön âaût riãng tæì F m åí nhaïnh m sang nhaïnh k taûo ra . Xk. . Vê duû : Láûp quan hãû tuyãún tênh doìng caïc nhaïnh våïi Sââ E 1 trong så âäö maûch hçnh . (h.4-1). Tæì âoï xaïc âënh caïc haìm truyãön âaût tæång æïng. Giaíi ra caïc doìng âiãûn theo E 1 : . . . E1 E 1 (Z 2 + Z 3 ) . I 1= = I1 Z1 Z3 Z2Z3 Z 1Z 2 + Z1Z 3 + Z 2 Z 3 Z1 + Z2 Z2 + Z3 . . . . . E1 I2 I3 . IZ E 1Z 3 I 2= 1 3 = Z 2 + Z 3 Z 1Z 2 + Z 1Z 3 + Z 2 Z 3 h.4-1 . . IZ E 1Z 2 . I 3= 1 2 = Z 2 + Z 3 Z 1Z 2 + Z 1Z 3 + Z 2 Z 3 . . Z2 + Z3 I 1 = T11 E 1 → T11 = = Y11 laì haìm truyãön âaût Z 1Z 2 + Z 1Z 3 + Z 2 Z 3 . . Z3 I 2 = T21 E 1 → T21 = = Y21 Z 1Z 2 + Z 1Z 3 + Z 2 Z 3 . . Z2 I 3 = T31 E 1 → T31 = = Y31 Z1Z 2 + Z1Z 3 + Z 2 Z 3 . . . Trong maûch tuyãún tênh nãúu coï n nguäön kêch thêch F 1 ,..., F n thç mäùi âaïp æïng X k seî quan hãû tuyãún tênh våïi êt nháút n kêch thêch daûng : . . . . X k = Tk1 F 1 + ... + Tkk F k + ... + Tkn F n (4-4) Trong âoï Tkn(ω) laì nhæîng haìm truyãön âaût riãng tæì mäùi kêch thêch åí nhaïnh thæï n âãún âaïp æïng åí nhaïnh thæï k. Roî raìng daûng (4-4) laì sæû xãúp chäöng nhæîng âaïp æïng daûng (4-3). Váûy (4-4) laì tênh xãúp chäöng âaïp æïng âäúi våïi caïc kêch thêch. Coï thãø phaït biãøu nhæ sau : " Trong mäüt maûch tuyãún tênh coï nhiãöu nguäön taïc duûng thç âaïp æïng åí mäüt nhaïnh do nhiãöu nguäön taïc âäüng âäöng thåìi gáy ra bàòng täøng âaûi säú caïc âaïp æïng do tæìng nguäön riãng reî gáy ra taûi nhaïnh âoï ". Minh hoüa tênh xãúp chäöng bàòng hçnh (h.4-2) : . . . . I1 Z1 Z3 I3 I11 Z1 Z3 Z1 Z3 I33 Z2 Z2 Z2 . . . = . . . + . . . E1 I2 E3 E1 I21 I31 I13 I23 E3 h.4-2 . . . . . . . . . I 1 = I 11 − I 13, I 2 = I 21 + I 23, I 3 = I 33 − I 31 Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn
  3. Giaïo trçnh Cåí såí Kyî thuáût âiãûn I Trang 61 . . . . . . . Trong âoï : I 11, I 21, I 31 laì doìng do mäüt mçnh E 1 gáy ra, I 13, I 23, I 33 laì doìng do mäüt mçnh . E 3 gáy ra. Váûy nguyãn lyï xãúp chäöng giuïp thãm mäüt giaíi phaïp tênh maûch phæïc taûp. Tæì âoï suy ra : trong maûch coï nhiãöu kêch thêch cuìng táön säú, nãúu chè coï mäüt kêch . thêch F 1 biãún âäüng thäng säú (thay âäøi vãö trë hiãûu duûng vaì goïc pha) coìn caïc kêch thêch . . khaïc xaïc âënh, thç coï thãø viãút mäùi âaïp æïng X k liãn hãû tuyãún tênh våïi riãng F 1 daûng : . . . X k = Tk1 F 1 + X k 0 (4-5). . . . Tæì (4-4) ta tháúy X k 0 chênh laì täøng nhæîng säú haûng Tkl F l vaì X k 0 laì mäüt säú phæïc xaïc âënh vç caïc nguäön tæång æïng gáy nãn chuïng laì khäng âäøi. . . Cuîng suy tæång tæû nãúu coï hai nguäön biãún thiãn laì F 1 , F 2 thç : . . . . X k = Tk1 F 1 + Tk 2 F 2 + X k 0 (4-6). . . . Nãúu coï l nguäön biãún thiãn F 1 , F 2 ,..., F l : . . . . . X k = Tk1 F 1 + Tk 2 F 2 + ... + Tkl F l + X k 0 (4-7) Quan hãû tuyãún tênh giæîa caïc âaïp æïng : Khi trong maûch tuyãún tênh coï mäüt thäng säú biãún thiãn (hoàûc mäüt nguäön kêch thêch . . thay âäøi) thç âaïp æïng åí nhaïnh k laì X k liãn hãû tuyãún tênh våïi âaïp æïng X j åí nhaïnh j báút . . kyì dæåïi daûng : X k = A kj X j + B (4-8) Quan hãû naìy âæåüc suy ra tæì (4-5) ⎧X = T F + X . . . ⎪ k k1 1 k0 . ⎨. . . coi laì F 1 thay âäøi ⎪X j = Tj1 F 1 + X j0 ⎩ . . . Thæûc hiãûn viãûc biãún âäøi khæí F 1 láûp quan hãû giæîa X k , X j . . . X k Tj1 = Tk1 F 1Tj1 + Tj1 X k 0 - . . . X j Tk1 = Tk1 F 1Tj1 + Tk1 X j0 ----------------------------------- . . . . . . Tk1 . . T . X k Tj1 − X j Tk1 = Tj1 X k 0 − Tk1 X j0 → X k = X j + (X k 0 − X j0 k1 ) = A kj X j + B Tj1 Tj1 Khi trong maûch tuyãún tênh coï hai thäng säú (hoàûc hai nguäön) biãún thiãn. Thç ba âaïp æïng åí ba nhaïnh báút kyì seî liãn hãû nhau trong biãøu thæïc tuyãún tênh daûng : . . . . X k = A k1 X 1 + A k 2 X 2 + X k 0 (4-9). Nãúu coï l thäng säú biãún thiãn thç caïc âaïp æïng liãn hãû nhau nhæ sau : . . . . . X k = A k1 X 1 + A k 2 X 2 + ... + A kl X l + X k 0 (4-10). . . Vê duû : Láûp quan hãû U våïi I trãn taíi Zt biãún âäüng åí så âäö maûch nhæ hçnh (h.4-3) Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn
  4. Giaïo trçnh Cåí såí Kyî thuáût âiãûn I Trang 62 . . Vç maûch coï mäüt pháön tæí biãún âäüng nãn U (I) laì quan hãû báûc nháút daûng (4-8). . . Z1 Zt U = A. I+ B a Cáön phaíi xaïc âënh caïc hãû säú A, B. Ta tháúy . quan hãû trãn phaíi âuïng våïi moüi chãú âäü cuía maûch U . Z2 âiãûn. Ta xeït quan hãû trãn åí hai chãú âäü håí maûch E1 . I vaì ngàõn maûch taíi âãø ruït ra A, B (táút nhiãn coï thãø b xeït åí hai chãú däü báút kyì). h.4-3 . Khi håí maûch taíi Z t = ∞ suy ra I = 0 luïc naìy . E 1Z 2 . . håí maûch cæûc a, b nãn : U = U håí = , luïc naìy coï daûng (4-8) laì : Z1 + Z 2 . . U håí = A.0 + B → B = U håí , cáön tiãúp tuûc xaïc âënh A. . E . . Khi ngàõn maûch taíi : Zt = 0 nãn U = 0, I ngàõn = 1 nãn : Z1 . . . . . . E . E E 1Z 2 − E 1Z 2 Z 1 Z 2 Z1 U håí = 0 = A. I ngàõn + B= 1 A + U håí = 1 A + =0→A= = Z1 Z1 Z1 + Z 2 (Z 1 + Z 2 ) E 1 Z 1 + Z 2 . . . − Z 1Z 2 . E 1Z 2 Váûy : U = I+ Z1 + Z 2 Z1 + Z 2 Caïc haìm truyãön âaût cuía maûch tuyãún tênh hãû säú hàòng Ta xeït haìm truyãön âaût Tkm trong nhæîng træåìng håüp cuû thãø : Haìm truyãön âaût aïp : Chè khaí nàng cáúp aïp cho nhaïnh l tæì riãng mäüt nguäön aïp åí nhaïnh thæï k : . ∂Ul . . K Ulk = . (4-11) roî raìng K Ulk = U l khi E k = 1V ∂Ek Haìm truyãön âaût doìng : Âo khaí nàng cáúp doìng vaìo nhaïnh l tæì mäüt mçnh nguäön doìng åí nhaïnh thæï k : . ∂Il . . K Ilk = . (4-12) roî raìng K Ilk = I l khi J k = 1A ∂Jk Haìm täøng dáùn : Âo khaí nàng truyãön doìng âãún nhaïnh thæï l tæì mäüt mçnh nguäön aïp åí nhaïnh thæï k : . . ∂Il ∂Ik Ylk = . (4-13) goüi laì täøng dáùn tæång häù. Khi Ykk = . (4-14) ∂Ek ∂Ek goüi laì täøng dáùn vaìo, chè roî khaí nàng taûo doìng åí nhaïnh k do mäüt mçnh nguäön aïp åí chênh nhaïnh âoï. Haìm täøng tråí : Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn
  5. Giaïo trçnh Cåí såí Kyî thuáût âiãûn I Trang 63 . ∂Uk Täøng tråí vaìo : Z kk = . (4-15) ∂Jk . ∂Ul Täøng tråí tæång häù : Z lk = . (4-16) ∂Jk Caïc haìm truyãön âaût laì nhæîng thäng säú âàûc træng cuía maûch coï tênh toaìn cuûc, noï phuû thuäüc cáúu truïc, thäng säú, táön säú, khäng phuû thuäüc vaìo kêch thêch, noï biãùu diãùn theo táön säú goüi laì âàûc tênh táön. Coï thãø âo, tênh bàòng thæûc nghiãûm. Hçnh veî (h.4-4) cho mä taí quan hãû taûo täøng tråí, täøng dáùn : . . . Ik Ik Il . . Zl . Uk Zkk Uk Ul Ykk h.4-4 Tênh âäúi xæïng, tênh tæång häù cuía maûch : Tênh âäúi xæïng : Truyãön âaût giæîa nhaïnh k vaì l cuía maûch goüi laì âäúi xæïng khi thoía maîn : Tlk = Tkl våïi táút caí 4 loaûi truyãön âaût. Tæïc laì baío âaím : ⎧K Ulk = K Ukl , K Ilk = K Ikl ⎨ (4-17) ⎩Ylk = Ykl , Z lk = Z kl Tênh tæång häù : Maûch coï tênh tæång häù khi thoía maîn quan hãû : ⎧Ylk = Ykl ⎨ (4-18) ⎩Z lk = Z kl . Tæì quan hãû (4-18) tháúy khi âàût aïp U k vaìo nhaïnh k gáy trong nhaïnh l doìng . . I l = Ylk U k thç khi chuyãøn aïp âoï âàût sang nhaïnh l seî gáy trong nhaïnh k doìng âiãûn . . . . I k = Ykl U l = Ylk U k = I l . Tênh tæång häù âäi khi coìn goüi laì nguyãn lyï tæång häù nhiãöu khi âæåüc váûn duûng âãø giaíi ra âaïp æïng cuía mäüt nhaïnh theo âaïp æïng cuía mäüt nhaïnh khaïc æïng våïi så âäö dãù tênh toaïn hån. Âiãöu âoï âæåüc minh hoüa qua så âäö åí hçnh (h.4-5) : 1 3 1 3 5 5 . . 2 I5 4 2 E 4 . . E 6 6 I6 h.4-5a h.4-5b Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn
  6. Giaïo trçnh Cåí såí Kyî thuáût âiãûn I Trang 64 . . Viãûc tênh I 5 åí nhaïnh 5 så âäö hçnh (h.4-5a) bàòng viãûc tênh toaïn I 6 åí nhaïnh 6 cuía . . så âäö hçnh (h.4-5b). Tæïc I 5 åí hçnh (h.4-5a) bàòng I 6 åí hçnh (h.4-5b). . . Læu yï chiãöu cuía E âàût vaìo nhaïnh 6 åí hçnh (h.4-5b) cuìng chiãöu våïi doìng I 5 åí hçnh (h.4-5a). Ta tháúy maûch Kirhof chæïa caïc pháön tæí thuû âäüng R, L, C âãöu coï tênh tæång häù. Coìn maûch chæïa caïc âeìn âiãûn tæí, baïn dáùn laì maûch khäng tæång häù. Maûch tæång häù thç baíng Znh, Yâ seî âäúi xæïng qua truûc cheïo chênh. ⎡ Z 11 Z 12 .. Z 1n ⎤ ⎢Z Z 22 .. Z 2 n ⎥ [Z nh ] = ⎢ 21 ⎥ (4-19) ⎢ .. .. .. .. ⎥ ⎢ ⎥ ⎣Z n1 Z n 2 .. Z nn ⎦ Caïc pháön tæí trãn âæåìng cheïo chênh Z11, Z22, ..., Znn laì täøng tråí phæïc caïc nhaïnh. Caïc pháön tæí ngoaìi âæåìng cheïo chênh Zji = Zij (våïi i≠j) laì täøng tråí phæïc häù caím giæîa caïc nhaïnh i vaì j suy ra Zij = jXij = jωMij. Ma tráûn täøng dáùn nhaïnh cuía maûch häù caím laì nghëch âaío cuía ma tráûn Znh : [Ynh ] = [Z nh ] (4-20). −1 Tæì (4-17), (4-18) ta tháúy maûch coï thãø tæång häù nhæng chæa chàõc âaî âäúi xæïng. Nhæng maûch âaî âäúi xæïng thç âæång nhiãn laì tæång häù. Vê duû nhæ maûch åí hçnh (h.4-6) : Coï : M12 = M21 nãn Y12 = Y21 , Z12 = Z21 váûy maûch M ∗ ∗ tæång häù. Nhæng : U W ⎫ W1 W2 K U12 = 1 = 1 ⎪ U 2 W2 ⎪ ⎬ → K U12 ≠ K U 21 váûy maûch khäng âäúi U 2 W2 ⎪ h.4-6 K U 21 = = U 1 W1 ⎪ ⎭ xæïng. Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Khoa Âiãûn - Bäü män Thiãút bë âiãûn

Có Thể Bạn Muốn Download

Đồng bộ tài khoản