Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 2 - TS. Vũ Xuân Hùng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 2: Mạch điện xoay chiều hình sin, cung cấp cho người học những kiến thức như khái niệm về mạch điện xoay chiều hình sin; Trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều hình sin; Biểu diễn các đại lượng xoay chiều hình sin; Công suất trong mạch điện xoay chiều một pha; Phản ứng của nhánh với dòng điện xoay chiều hình sin; Nâng cao hệ số cos (bù công suất phản kháng). Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 2 - TS. Vũ Xuân Hùng

Chương II : MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 2.1 Khái niệm về mạch điện xoay chiều hình sin 2.2 Trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều hình sin 2.3 Biểu diễn các đại lượng xoay chiều hình sin 2.4 Công suất trong mạch điện xoay chiều một pha 2.5 Phản ứng của nhánh với dòng điện xoay chiều hình sin 2.6 Nâng cao hệ số cos (bù công suất phản kháng) 1
2.1 Khái niệm về mạch điện xoay chiều hình sin i  I m sin(t   i ) i t   i 1 0.8 Im   2f 0.6 0.4 1 0.2 ωt f fcb = 50Hz T = 0,02s 0 T -0.2 -0.4 T Biên độ -0.6 i -0.8 Đặc trưng: Tần số -1 Góc pha đầu 0 1 2 3 4 5 6 7 e  E m sin(t   e ) u  U m sin(t   u ) 9/19/2020 2
2.2 Trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều hình sin a. Định nghĩa: Giá trị dòng một chiều tương đương về nhiệt năng I R i i~ 1 Im Sau T: Ao = RI2T 0.8 0.6 i  I m sin t p = Ri2 0.4 0.2 0 t T  Ri dt -0.2 i  0 T 2 Sau T: A~ = -0.4 -0.6 0 T T -0.8 1  -1 cos(2t) A~ = RIm2  sin (t)dt  02 1 dt2 2 = RIm2 3 4 5 6 7 0 0 21 sin(2t) T 1 A~ = RIm (t  ) Cân bằng 2NL R I T  R I m 2 T 2 2 2 0 2 1 2 A ~  R Im T 2 I 9/19/2020 Trị hiệu dụng I  m 3 2
Um Em Tương tự : U  E  2 2 Đặc trưng cho các đại lượng i  2I sin(t   i ) xoay chiều hình sin cùng tần u  2U sin(t   u ) số : e  2E sin(t   e ) - Trị hiệu dụng ( I, U, E) - Góc pha đầu ( ψi , ψu , ψe) Khi so sánh các đại lượng xoay chiều hình sin cùng tần số : - So sánh về trị hiệu dụng - So sánh về góc pha Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện :  =  u  i 4 9/19/2020
2.3 Biểu diễn các đại lượng xoay chiều hình sin 1. Véc tơ : A  Đặc trưng cho 1 véc tơ: A  A và  0 x Đặc trưng cho các đại lượng xoay chiều hình sin cùng tần số: Trị hiệu dụng ( I, U, E) và góc pha đầu ( ψi , ψu , ψe)     Ký hiệu I U E U  * Ưu điểm: Trực quan  k n ψu I * Lưu ý:  Ik  0 k 1 ψi Định luật o x  k  n1 k n2   ψe Kiếc-khốp  Uk   Ek  5 9/19/2020 k 1 k 1 E
Giả sử có mạch điện i Biết : i1  2 20sin(t  60 ) i1 i2 i 2  2 10sin(t  30 )  Tìm : i = i1 + i2  2 I sin(t   i ) I1     2 2 I  I1  I 2 I  I1  I2 I ψ i’ I  20  10 2 2 = 22,36 60o ψi I2 10 0 x  i '  arctg  arctg -30o I1 20  I2  i '  2634 '  i  33 26 ' Kết quả: i  2.22,36sin(t  33 26 ') 9/19/2020 6
2. Số phức: +j a. Nhắc lại khái niệm về số phức jb  A A=a+jb A a, b : số thực  +1 j: đơn vị ảo  1 1  - j 0 j a * Hai dạng biểu thị số phức: j Dạng đại số: A=a+jb Dạng lũy thừa (CT Euler): A  A e * Quan hệ giữa 2 dạng: j - Biết dạng đại số: a + j b Biết dạng lũy thừa: A  A e A  a 2  b2 a= A cos b A sin  arctg b= a 9/19/2020 7
* Các phép tính + , - số phức A1 = a1 + j b1  A1 e j1 A = A1 ± A2 = ? = (a1 ± a2 ) + j (b1 ± b2) = a+jb A2 = a2 + j b2  A 2 e j2 * Các phép tính *, / số phức A = A1 * A2 = ? (a1* a2 - b1 * b2 ) + j (a1b2 + a2 b1) = a + j b hoặc A1 e j1 * A 2 e j2  A1 A 2 e j( 1 2 )  A e j A1 A1 j( 1 2 ) A  e  A e j A2 A2 9/19/2020 8
Chú ý : 1. Nhân 1 số với j • Mô đun không đổi • Góc cộng 900 2. Chia 1 số cho j (nhân –j) • Mô đun không đổi • Góc cộng (-900) b. Biểu thị các đại lượng xoay chiều hình sin bằng số phức : Đặc trưng cho số phức : A và   Đặc trưng cho đại lượng xoay chiều hình sin cùng tần số : Trị hiệu dụng ( I, U, E) và góc pha đầu ( ψi , ψu , ψe)    j i Ký hiệu: I  Ie U  Ue j u E  Ee je 9/19/2020 9
* Các phép tính đạo hàm và tích phân số phức : iL L IL XL • Phép đạo hàm : di L uL  UL Dạng tức thời u L  L I  dt  j i  dI jLIL e j Dạng phức: IL  IL e  U L  L L  i dt iC C   • Phép tích phân : XL U L  jX L I L (cảm kháng) 1 uC Dạng tức thời: u C   i C dt XC (dung kháng) C  1    Dạng số phức: UC  IC U C   jX C IC j C IC XC Định luật Kiếc - khốp : k n  k  n1  k n2  9/19/2020 I k 1 k 0 U k 1 k  E k 1 k UC 10
2.4 Công suất trong mạch điện xoay chiều 1 pha i i  2I sin t u  2U sin(t  ) u Zt 1. Công suất tức thời p  ui  2UIsin t sin(t  )  UI[cos-cos(2t+)] p = Po + p(2t) p 2 2 p 1.5 1.5 1 1 Po i 0.5 0.5 0 0 -0.5 u -0.5 p(2) -1 0 1 2 3 4 5 6 -1 11 0 1 2 3 4 5 6 7
T 1 2. Công suất tác dụng P  T0 pdt  ? p(t)  UI[cos-cos(2t+)] P  UIcos = Ucos I   UC UL P  RI 2  U P =  Pri =  ri I ri 2   UR I W, kW i i  Để đo công suất P dùng đồng hồ Oát kế Chỉ số W = ? cos(u-i) UI  I * * W * Cuộn dòng U Zt U I * 9/19/2020 Cuộn áp 12
Điều chỉnh 0 thang đo điện áp Đầu vào cuộn *I 75 75 dòng và * U 150 150  300 300  600 UC UL cuộn áp 600  U UX   3. Công suất phản kháng UR I  Q = QL + QC = XL IL2-XC IC2 Q = XI2 = XI. I UX Q = UI sin  Q =  (Q Li + QC j ) i,j 4. Công suất biểu kiến (toàn phần) S  P 2  Q 2  UI VA, kVA, MVA 9/19/2020 13
2.5 Phản ứng của nhánh với dòng điện xoay chiều hình sin iR R 1. Nhánh thuần trở uR i R  2I R sin t ( 1)  uR = RiR  2RI R sin t (2) Biểu thức t/q : u R  2U R sin(t   u ) (3) UR = RIR ψu = 0 Từ (2) và (3)    R = ψu - ψi = 0 UR IR • Dạng véc tơ: 9/19/2020 14
  4 pR • Dạng phức : IR , U R  3 PR  IR 2 j u UR  UR e  RI Re j i 1 t   0 R = ψu - ψi = 0 U R  R IR iR uR -1 -2 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 • Công suất : pR = uR iR i R  2I R sin t (1) p R  2U R I R sin 2 (t) u R  2RI R sin t (2)  U R I R (1  cos(2t)) T 1 Công suất trung bình : PR   p R dt  ? R IR  RI R  0 2 U T0 9/19/2020 15
iL L 2. Nhánh điện cảm uL i L  2I L sin t (1) UL = XLIL ψu = 90o di L uL  L  2LI L cos(t) (2) dt X L L = ψu - ψi = 90o u L  2LI Lsin(t+90 ) (3)  T/quát : u L  2U L sin(t   u ) (4) UL  • Dạng véc tơ: IL     • Dạng phức : I L , U L U L  jX L IL ? • Công suất : pL= uL iL p L  2 U L I L s in (  t ) c o s (  t) = U L I Lsin(2t) 16 9/19/2020
Nhận năng lượng p L =U L IL sin(2t) u i 1 Công suất trung bình : 0.8 0.6 T 0.4 p 1 PL   p L dt  ?0 T 0.2 0 T0 -0.2 -0.4 Phát năng lượng -0.6 -0.8 -1 0 1 2 3 4 5 6 Kết luận : Điện cảm không biến đổi, chỉ tích - phóng năng lượng điện Đặc trưng cho quá trình tích lũy năng lượng trên điện cảm: biên độ pL = ULIL = QL  Công suất phản kháng QL = XL IL2 VAr, kVAr 9/19/2020 17
iC C 3. Nhánh điện dung i C  2IC sin t uC 1 1 u C   i C dt  2 IC (cost) C C UC = XCIC Xc ψu = - 90o 1 uC  2 I C sin (  t-9 0  )  = ψu - ψi = - 90o C Biểu thức : u C  2U C sin(t   u )  • Dạng véc tơ: IC   • Dạng phức : U C   jX C IC  • Công suất : pC= uC iC UC p C   2 U C I C s in (  t ) c o s (  t) = - U C ICsin(2t) 9/19/2020 18
Nhận năng lượng p C = -U C ICsin(2t) i u Công suất trung bình: 1 0.8 T 0.6 p 1 0.4 PC   p C dt 0 0.2 T0 0 -0.2 -0.4 Phát năng lượng -0.6 -0.8 -1 0 1 2 3 4 5 6 Kết luận : Điện dung không biến đổi, chỉ tích - phóng năng lượng điện Đặc trưng cho quá trình tích lũy năng lượng trên điện dung : -UCIC = QC  Công suất phản kháng QC = -XC IC2 VAr, kVAr 9/19/2020 19
i R 4. Nhánh R – L – C nối tiếp uR i  2I sin t  u = uR + uL + uC u uL L uC u  2U sin(t   u ) =     z C   U  UR  UL  UC UL UC U  UR +( UL -UC )2  I R 2 +( X L -X C ) 2 2  Iz  X U z R +X 2 2   UR I U L -U C X L -X C  arctg X   arctg  arctg  = u UR R R z X Tam giác tổng trở  9/19/2020 20 R