Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản của mạch điện

Chia sẻ: ĐINH THỊ THANH | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

187
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các tụ điện ngoài tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường, bản thân tụ điện cũng tiêu hao năng lượng của mạch dưới dạng nhiệt trong lớp điện môi giữa 2 má của tụ điện. Người ta thay thế tương đương bằng 1 điện trở R mắc song song hoặc nối tiếp với điện dung:

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản của mạch điện

Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản của mạch điện 1.1. Các phần tử của mạch điện 1.1.1. Phần tử điện trở Là phần tử tiêu hao năng lượng của mạch. đơn vị: ôm (Ω). g= 1/r : điện dẫn (1/Ω), đơn vị là Simen (S). - Công suất tức thời của các dao động điện trên các phần tử điện trở: p = u.i p = i2.r = u2/g  Công suất tức thời trên điện trở không âm Hay: - Năng lượng tiêu hao trên phần tử điện trở dưới dạng nhiệt trong khoảng th ời gian ∆t = t 2 − t1 : t2 t2 W = ∫ pdt = r ∫ i 2 dt t1 t1
1.1.2. Phần tử điện dung: Là phần tử tích lũy năng lượng của mạch dưới dạng điện trường. Quan hệ giữa điện áp và dòng điện qua phần tử điện dung được xác định: Công suất tức thời của các dao động điện trên phần tử điện dung được xác định: du p = u.i = C.u dt +) p>0  Điện dung nhận năng lượng của mạch và tích trữ trong nó dưới dạng điện trường +) p
-Mô hình vật lý thực của phần tử điện dung: Các tụ điện ngoài tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường, bản thân tụ điện cũng tiêu hao năng lượng của mạch dưới dạng nhiệt trong lớp điện môi giữa 2 má của tụ điện.  Người ta thay thế tương đương bằng 1 điện trở R mắc song song hoặc nối tiếp với điện dung: C C C R Khi tính đến tổn hao Khi chỉ tính đến tổn Khi bỏ qua tổn của cả dòng xoay hao dòng xoay chiều hao nhỏ trong chiều và dòng 1 tụ điện chiều
1.1.3. Phần tử điện cảm: Là phần tử tích lũy năng lượng của mạch dưới dạng từ trường. Quan hệ giữa điện áp và dòng điện qua phần tử điện dung được xác định: Công suất tức thời của các dao động điện trên phần tử điện cảm được xác di định: p = u.i = L.i dt +) p>0  Điện cảm nhận năng lượng của mạch và tích trữ trong nó dưới dạng từ trường +) p
-Mô hình vật lý thực của phần tử điện cảm: Các điện cảm ngoài tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường, bản thân điện cảm cũng tiêu hao năng lượng của mạch. Tiêu hao năng lượng cu ộn cảm bao gồm: + Tiêu hao trong điện trở thuần của cuộn dây: rL + Tiêu hao do từ thông tản trong vùng không gian quanh cu ộn dây: RM + Các vòng dây của cuộn cảm sẽ tạo thành điện dung với giá trị khá bé: Điện dung ký sinh *) Ở dải tần số thấp: ảnh hưởng của điện dung ký sinh đến quá trình năng lượng mạch không đáng kể  Bỏ qua *) Ở dải tần số cao: ảnh hưởng khá lớn  Không thể bỏ qua được Thực tế: tổn hao do từ thông tản của cuộn cảm là rất nhỏ so với tổn hao trong điện trở thuần của cuộn dây, nên khi tính toán có thể bỏ qua tổn hao R M, hoặc ghép chung tổn hao từ với tổn hao nhiệt của cuộn dây.
C L L RM L rL rL Sơ đồ thay thế Khi tính đến Sơ đồ thay thế tương đương đơn tổn hao trong tương đương đầy giản điện trở thuần đủ của cuộn dây
1.2. Một số định nghĩa và phân loại mạch điện 1.2.1. Nhánh: Gồm 1 hoặc 1 số phần tử mắc nối tiếp nhau 1.2.2. Nút: Là điểm nối chung của một số nhánh 1.2.3. Mạch vòng: Là 1 đường khép kín bởi các nhánh của mạch, mà đi dọc theo mạch vòng mỗi nút của mạch gặp nhau không quá 1 lần C1 E1 R1 L1 i1 III C2 L2 L3 i2 R4 B i3 A C C3 i5 I R2 II R3 e2 i4 D
1.3. Các định luật kiêc khôp của mạch điện 1.3.1. Định luật kiêc khôp 1: Tổng đại số các dòng điện tại 1 nút của mạch điện bằng 0 S ∑i =0 K K =1 Quy định: Dòng điện nào có chiều rời khỏi nút mang dấu “-” Dòng điện nào có chiều hướng tới nút mang dấu “+” C1 E1 R1 L1 i1 Nút A: -i1 + (-i2) + (-i5) = 0 i1 + i2 + i5 = 0 III C2 L2 L3 i2 R4 B i3 Nút B: i2 + (-i3) + (-i4) = 0 A C i2 - i3 - i4 = 0 C3 i5 I R2 Nút C: i3 + i1 = 0 II R3 Nút D: i4 + i5 = 0 e2 i4 D
1.3.2. Định luật kiêc khôp 2: Tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử nằm trong các nhánh thuộc mạch vòng bằng tổng các nguồn điện áp tác động chứa trong mạch vòng S m đó ∑u = ∑ eK C1 K E1 R1 L1 i1 K =1 K =1 III C2 L2 L3 Bước 1: Tự ý quy định chiều i2 R4 B i3 A C mạch vòng và dòng điện nhánh C3 i5 Bước 2: Viết phương trình mạch I R2 vòng II R3 e2 i4 D Vòng 1: uR2 – uR3 – uC3 – uL2 – uC2 = -e2 Vòng 2: uC3 + uR3 – uL3 – uR4 = 0 Vòng 3: -uR1 – uL1 – uC1 + uC2 + uL2 + uR4 + uL3 = - e1
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 2.1. Phân tích mạch khi mạch thuần trở 2.1.1. Phân tích mạch điện bằng phương pháp dòng điện mạch nhánh E1 R1 i1 Các bước thực hiện: Bước 1: Tự ý quy định chiều dòng III R2 điện nhánh và chiều mạch vòng i2 R3 B i3 A C Bước 2: Nếu mạch có n nút thì viết i4 i6 (n-1) phương trình đ/l K1 i5 I R5 R2 Nếu mạch có m nhánh thì viết m – R6 II R4 (n - 1) phương trình đ/l K2 e2 Bước 3: Giải hệ phương trình D Bước 4: Kết luận Nút A: i1 + i2 + i5 = 0 (1) Nút B: i2 - i3 - i4 = 0 (2) Nút C: i3 + i1 – i6 = 0 (3) Vòng 1: i5.R5 – i4.R4 – i2.R2 = -e2 (4) Vòng 2: i4.R4 – i3.R3 – i6.R6 = 0 (5) Vòng 3: - i1.R1 + i2.R2 + i3.R3 = -e1 (6)
E1 2.1.2. Phương pháp dòng điện mạch vòng R1 i1 Các bước thực hiện: Bước 1: Tự ý quy định chiều dòng điện Iv3 R2 nhánh và chiều dòng điện mạch vòng i2 R3 B i3 A C Bước 2: Thành lập hệ phương trình i4 i6 dòng điện mạch vòng I5 Iv1 R5 R2 Bước 3: Giải hệ phương trình để tìm R6 R4 Iv2 các dòng điện mạch vòng e2 Bước 4: Tìm dòng điện nhánh theo quy D tắc sau: - Dòng trong nhánh độc lập trong mỗi vòng bằng dòng điện mạch vòng t ương ứng c ả về chiều và chỉ số - Dòng trong các nhánh chung trong mạch vòng bằng tổng đại số các dòng điện m ạch vòng qua nó Bước 5: Kết luận
2.1.3. Phương pháp điện thế điểm nút Các bước thực hiện: Bước 1: Đánh số thứ tự các nút, chọn 1 nút làm nút gốc, cho điện thế nút gốc = 0 Bước 2: Thành lập hệ phương trình điện thế điểm nút Bước 3: Giải hệ phương trình Bước 4: Dựa vào biểu thức tính dòng điện để tính dòng điện trong các nhánh Bước 5: Kết luận R a e b ϕ a − ϕb − e i i= R ϕ a − ϕb + e R a e b i i= R
ϕ0 = 0 E1 Chọn : R1 i1 ϕ − ϕ2 ϕ1 − ϕ 3 + e1 i2 = 1 i1 = R2 R1 ϕ − ϕ0 ϕ 2 R2 ϕ − ϕ3 i2 R3 2 i3 i4 = 2 = i3 = 2 1 R4 R4 3 R3 i4 i6 i5 ϕ1 − ϕ 0 + e1 ϕ1 + e1 i5 = = R5 R2 R6 R5 R5 R4 ϕ − ϕ0 ϕ3 i6 = 3 = e2 R6 R6 0 Phương trình điện thế điểm nút cho nút 1, 2, 3:
2.2. Phân tích mạch hình sin bằng số phức 2.2.1. Các đại lượng đặc trưng của dòng điện hình sin -Nhắc lại 1 số kiến thức về số phức: Z = a + j.b a: Phần thực của số phức. Ký hiệu: a = Re[Z] b: Phần ảo của số phức. Ký hiệu: b = Im[Z] j: Đơn vị ảo + Viết dưới dạng nhị thức của số phức: Z = Re[Z] + j.Im[Z] Z = Z .e jϕ Z Z = a2 + b2 + Viết dưới dạng mũ của số phức: b ϕ Z = arctg a Z .e jϕ = Z Cosϕ + Z sin ϕ + Công thức Ole: + Số phức liên hợp: * Z = a +j.b  Liên hợp phức: Z = a − j.b
+ Các phép tính về số phức: Z 1 = a1 + j.b1 = Z 1 e jϕ Z 1 Z 2 = a 2 + j.b2 = Z 2 e jϕ Z 2 *) Phép cộng: Z1 + Z2 = (a1 + a2) + j(b1 + b2) *) Phép trừ: Z1 - Z2 = (a1 - a2) + j(b1 - b2) Z1.Z 2 = Z1 . Z 2 e j (ϕ Z 1 +ϕ Z 2 ) *) Phép nhân: Z1 : Z 2 = Z1 : Z 2 e j (ϕ Z 1 −ϕ Z 2 ) *) Phép chia: + Biểu diễn dao động hình sin bằng số phức: u = Um. cos( wt + ϕ )  U = U .e jϕ Giá trị hiệu dụng phức của dao động hình sin   U m = U m e jϕ Giá trị biên độ phức của dao động hình sin
R C 2.2.2. Định luật Ôm và các định luật Kiêc hốp dạng phức u = Um. cos( wt + ϕ u ) a) Định luật Ôm: i = Im . cos( wt + ϕ i ) u L u = u R + u L + uC u = u R + u L + uC     →U = U +U +U     → U m = U mR + U mL + U mC R L C   U R = R.I   U = R.I mR m   U L = jwL.I   U mL = jwL.I m 1 1 1 1  UC = .I = − j . I  U mC = .I m = − j . Im jwC wC jwC wC 1  = ( R + jwL + 1 ).I  → U = ( R + jwL + ).I  →U jwC m jwC                Z  Z  = R + jwL + 1 = R + j ( wL − 1 ) Tổng trở phức của mạch RLC mắc nối tiếp: Z jwC wC  Um  I m=  Định luật Ôm dạng phức:  Z  =U I  Z
b) Định luật Kiếc hốp dạng phức: ∑ I ∑ I =0 =0 Kiechop 1 : hoac mk k k k ∑U = ∑ Emk ∑U = ∑ E     Kiechop 2 : hoac mk k k k k k k c): Nhận xét: Tất cả các phép biến đổi phân tích mạch điện thuần trở hoàn toàn có thể ứng dụng 1 cách tương tự để biến đổi và phân tích mạch điện hình sin bằng số phức Phần Tổng trở phức Z Tổng dẫn phức Y = 1/Z tử 1 R  ZR = R  YR = = g R 1 1 j j  Z L = jwL = jX L  L YL = = =− =−  jwL wL XL ZL 1 C 1 1 j  YC = jwC = j  ZC = = =− = − j. X C XC  jwC wC ZC
2.3. Các bước phân tích mạch điện hình sin bằng số phức Bước 1: Thay các nguồn tương đương bằng các giá trị biên độ phức hoặc hiệu dụng phức tương ứng. Thay các phần tử R, L, C bằng các tổng trở phức tương ứng Bước 2: Thành lập phương trình, hệ phương trình dạng phức Bước 3: Giải phương trình, hệ phương trình dạng phức để tìm giá trị biên độ phức và hiệu dụng phức của phần tử Bước 4: Từ giá trị biên độ phức, hiệu dụng phức suy ra giá trị tức thời (n ếu cần)
e1 = E m1 . cos( wt + ϕ1 ) C1 Cho: e1 R1 L1 i1 e2 = E m 2 . cos( wt + ϕ 2 ) e5 = E m 5 . cos( wt + ϕ 5 ) C2 L2 L3 i2 R4 B i3 A Tìm dòng điện nhánh C trong mạch? C3 i5 i6 R2 R5 Bài giải: R3 e5 e2 i4 0
E1 Z1 I1 -Thành lập hệ phương III trình dạng phức: L3 Z2 I2 Z3 2 I3 1 +) Phương pháp dòng 3 điện mạch vòng: I5 I6 Z5 R2 I Z6 II Z4 E5 E2 I4 0