intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Lý thuyết mạch điện tử

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST
Báo xấu
96
lượt xem 20
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo dành cho giáo viên, sinh viên cao đẳng, đại học chuyên ngành kỹ thuật - Giáo trình, bài giảng do các thầy cô trường đại học Tôn Đức Thắng biên soạn, giúp sinh viên củng cố và nâng cao kiến thức chuyên ngành của mình.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Lý thuyết mạch điện tử

  1. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC TOÂN ÑÖÙC THAÉNG PHOØNG TRUNG CAÁP CHUYEÂN NGHIEÄP VAØ DAÏY NGHEÀ BAØI GIAÛNG MOÂN HOÏC LYÙ THUYEÁT MAÏCH DUØNG CHO NGAØNH ÑIEÄN COÂNG NGHIEÄP & DAÂN DUÏNG Bieân soaïn : ThS. HOÀ ÑAÊNG SANG e eB eC 120° ωt 120° eA 120° eB 120 120 Löu haønh noäi boä Thaùng 09/2010
  2. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch GIÔÙI THIEÄU MOÂN HOÏC : LYÙ THUYEÁT MAÏCH 1. Teân moân hoïc : Ñieän kyõ thuaät 2. Maõ soá moân hoïc : CD02 3. Soá ñôn vò hoïc trình : 4(4,0) 4. Moân hoïc tieân quyeát : 5. Moân hoïc song haønh : Vaät lyù ñaïi cöông 6. Taøi lieäu tham khaûo : - Giaùo trình Kyõ thuaät ñieän – Vuï THCN&DN - Giaùo trình Ñieän kyõ thuaät – TS. Phan Ngoïc Bích, NXB KHKT - Kyõ Thuaät Ñieän – Nguyeãn Kim Ñính – NXB KHKT - Baøi taäp Kyõ thuaät ñieän - Nguyeãn Kim Ñính – NXB KHKT 7. Noäi dung toùm taét : Cung caáp cho hoïc vieân caùc kieán thöùc cô baûn veà maïch ñieän, caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng trong naêng löôïng ñieän. Tính toaùn ñöôïc caùc maïch ñieän moät chieàu, maïch ñieän hình xoay chieàu moät pha vaø ba pha. Trang 2
  3. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch MUÏC LUÏC CHÖÔNG 1 : MAÏCH ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU ................................................................................ 4 1.1. Khaùi nieäm vaø caáu truùc hình hoïc cuûa maïch ñieän .......................................................... 4 1.2. Caùc ñaïi löôïng cô baûn cuûa maïch ñieän ........................................................................... 5 1.3. Caùc loaïi phaàn töû cuûa maïch ñieän .................................................................................. 6 1.4. Hai ñònh luaät Kirrchoff................................................................................................. 9 1.5. Caùc pheùp bieán ñoåi töông ñöông ................................................................................. 12 1.6. Nguyeân lyù xeáp choàng................................................................................................. 15 1.7. Caùc phöông phaùp giaûi maïch ñieän phöùc taïp ............................................................... 16 Baøi taäp chöông 1 ............................................................................................................... 24 CHÖÔNG 2 : DOØNG ÑIEÄN SIN ........................................................................................... 29 2.1. Caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng cho doøng ñieän sin................................................................ 29 2.2. Trò hieäu duïng cuûa doøng ñieän vaø ñieän aùp sin .............................................................. 30 2.3. Bieåu dieãn doøng ñieän sin baèng vectô .......................................................................... 31 2.4. Quan heä giöõa doøng ñieän, ñieän aùp trong moät nhaùnh ................................................... 31 2.5. Coâng suaát cuûa doøng ñieän hình sin.............................................................................. 36 2.6. Naâng cao heä soá coâng suaát .......................................................................................... 38 2.7. Soá phöùc ...................................................................................................................... 40 2.8. Bieåu dieãn maïch hình sin baèng soá phöùc ...................................................................... 41 2.9. Phöông phaùp giaûi maïch ñieän xoay chieàu hình sin ..................................................... 43 Baøi taäp chöông 2 ............................................................................................................... 47 CHÖÔNG 3 : MAÏCH ÑIEÄN XOAY CHIEÀU BA PHA ............................................................... 51 3.1. Khaùi nieäm chung........................................................................................................ 51 3.2. Nguoàn 3 pha ............................................................................................................... 51 3.3. Taûi ba pha .................................................................................................................. 53 3.4. Coâng suaát maïch ñieän 3 pha........................................................................................ 56 3.5. Caùch giaûi maïch ñieän ba pha ñoái xöùng ....................................................................... 57 3.6. Caùch giaûi maïch ñieän ba pha khoâng ñoái xöùng ............................................................ 62 Baøi taäp chöông 3 ............................................................................................................... 66 Trang 3
  4. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch CHÖÔNG 1 : MAÏCH ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU 1.1. KHAÙI NIEÄM VAØ CAÁU TRUÙC HÌNH HOÏC CUÛA MAÏCH ÑIEÄN 1. Khaùi nieäm Maïch ñieän goàm nhieàu phaàn töû ñöôïc noái laïi taïo thaønh nhöõng voøng kheùp kín sao cho doøng ñieän coù theå chaïy qua. Maïch ñieän thöôøng goàm caùc loaïi phaàn töû : nguoàn ñieän, taûi vaø daây daãn. a) Nguoàn ñieän : laø thieát bò taïo ra ñieän naêng. Cuï theå ñoù laø thieát bò bieán ñoåi caùc daïng naêng löôïng khaùc nhö : cô naêng, hoùa naêng, quang naêng v.v… thaønh ñieän naêng. Ví duï : - Pin, aécqui : bieán ñoåi hoùa naêng thaønh ñieän naêng. - Maùy phaùt ñieän : bieán ñoåi cô naêng thaønh ñieän naêng. - Pin maët trôøi : bieán ñoåi quang naêng thaønh ñieän naêng. b) Taûi : laø caùc thieát bò tieâu thuï ñieän naêng vaø bieán ñoåi thaønh caùc daïng naêng löôïng khaùc nhö : cô naêng, nhieät naêng, quang naêng v.v… Ví duï : - Ñoäng cô : bieán ñoåi ñieän naêng thaønh cô naêng. - Boùng ñeøn : bieán ñoåi ñieän naêng thaønh quang naêng. - Beáp ñieän : bieán ñoåi ñieän naêng thaønh nhieät naêng. 2. Caáu truùc hình hoïc cuûa maïch a) Nhaùnh : laø moät ñöôøng duy nhaát goàm moät hay nhieàu phaàn töû gheùp noái tieáp; trong ñoù coù cuøng moät doøng ñieän ch y qua. nh): laø ñieåm noái giöõa ba nhaùnh trôû leân b) Nuùt (hay c) Voøng : laø taäp hôïp nhieàu nhaùnh taïo thaønh moät voøng kín. Trang 4
  5. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch d) Voøng maét löôùi : laø voøng maø beân trong khoâng coøn chöùa moät voøng naøo khaùc. A Theo hình 1.1, maùy phaùt (MF) cung caáp ñieän cho ñeøn (Ñ) vaø ñoäng cô ñieän 1 3 2 (ÑC) goàm coù 3 nhaùnh (1,2,3), 2 nuùt (A, (a) (b) MF Ñ ÑC B) vaø 3 voøng (a,b,c), trong ñoù voøng a vaø b laø caùc voøng maét löôùi. (c) B Hình 1.1 – Nuùt vaø voøng cuûa maïch ñieän 1.2. CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG CÔ BAÛN CUÛA MAÏCH ÑIEÄN 1. Doøng ñieän Doøng ñieän laø löôïng ñieän tích di chuyeån qua tieát dieän cuûa phaàn töû trong moät ñôn vò thôøi gian. Ñôn vò cuûa doøng ñieän laø Ampere – A dq (A) (1-1) i= dt Chieàu qui öôùc cuûa doøng ñieän laø chieàu chuyeån ñoäng cuûa caùc ñieän tích döông. 2. Ñieän aùp Ñieän aùp qua phaàn töû laø coâng ñeå mang ñieän tích +1C ñi qua phaàn töû töø ñaàu naøy sang ñaàu kia. Ñôn vò cuûa ñieän aùp laø Volt – V Taïi moãi ñieåm trong maïch ñeàu coù moät ñieän theá hay coøn goïi laø ñieän aùp giöõa ñieåm ñoù vôùi nuùt chuaån cuûa maïch (nuùt chuaån laø nuùt coù ñieän theá baèng 0). i A B A i + u - u Hình 1.2 – Kyù hieäu doøng ñieän vaø ñieän aùp Theo hình 1.2 thì ñieän aùp giöõa A vaø B laø : u = u AB = u A − uB trong ñoù uA, uB laø ñieän theá cuûa nuùt A vaø B so vôùi nuùt chuaån naøo ñoù trong maïch. Chieàu qui öôùc cuûa ñieän aùp laø chieàu töø ñieåm coù ñieän theá cao ñeán ñieåm coù ñieän theá thaáp. Trang 5
  6. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch 3. Chieàu döông cuûa doøng ñieän vaø ñieän aùp Ñoái vôùi caùc maïch ñieän ñôn giaûn, theo qui öôùc treân ta coù theå deã daøng xaùc ñònh ñöôïc chieàu qui öôùc cuûa doøng ñieän. Tuy nhieân khi tính toaùn, phaân tích maïch ñieän phöùc taïp, ta khoâng theå bieát ñöôïc chieàu cuûa doøng ñieän vaø ñieän aùp cuûa caùc nhaùnh ngay töø ñaàu. Do ñoù, ban ñaàu ta coù theå tuøy yù choïn chieàu doøng ñieän (hoaëc ñieän aùp) cuûa nhaùnh, töø ñoù suy ra chieàu cuûa ñieän aùp (hoaëc doøng ñieän) töông öùng vôùi caùc phaàn töû. Treân cô sôû chieàu ñaõ choïn, ta aùp duïng caùc phöông phaùp thieát laäp heä phöông trình giaûi maïch ñieän. Neáu keát quaû tính toaùn cho giaù trò döông thì chieàu ñaõ veõ truøng vôùi chieàu thöïc teá, coøn ngöôïc laïi thì chieàu ñaõ veõ ngöôïc chieàu vôùi chieàu thöïc teá. 4. Coâng suaát Ñeå xaùc ñònh moät phaàn töû trong maïch ñang tieâu thuï hoaëc phaùt ra naêng löôïng, ta choïn chieàu doøng ñieän vaø ñieän aùp treân phaàn töû ñoù truøng nhau, coâng suaát cuûa phaàn töû ñöôïc tính baèng : p=u.i (1-2) Neáu : p > 0 hay chieàu thöïc teá cuûa u vaø i truøng nhau : phaàn töû tieâu thuï coâng suaát (taûi) p < 0 hay chieàu thöïc teá cuûa u vaø i ngöôïc nhau : phaàn töû phaùt ra coâng suaát (nguoàn phaùt) 1.3. CAÙC LOAÏI PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏCH ÑIEÄN 1. Nguoàn aùp lyù töôûng Nguoàn aùp lyù töôûng laø nguoàn coù khaû naêng taïo neân vaø duy trì moät ñieän aùp u khoâng ñoåi giöõa hai ñaàu, vaø khoâng phuï thuoäc vaøo doøng ñieän qua nguoàn. Noù ñöôïc bieåu dieãn baèng moät söùc ñieän ñoäng e : coù chieàu ngöôïc chieàu vôùi u. Theo hình 1.3, ta coù : e = u = uA – uB vaø khoâng phuï thuoäc i 2. Nguoàn doøng lyù töôûng Nguoàn doøng lyù töôûng laø nguoàn coù khaû naêng taïo neân vaø duy trì moät doøng ñieän khoâng ñoåi chaïy qua nhaùnh cuûa nguoàn doøng vaø khoâng phuï thuoäc vaø ñieän aùp ôû hai ñaàu nguoàn doøng ñoù. Theo hình 1.3, ta coù : j = i vaø khoâng phuï thuoäc vaøo u Trang 6
  7. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch i i i i A A A A e+ u u u u e e j _ a) b) B B B B Hình 1.3 – Nguoàn lyù töôûng : a) Nguoàn aùp ; b) Nguoàn doøng 3. Ñieän trôû – Ñònh luaät Ohm Ñieän aùp vaø doøng ñieän treân ñieän trôû thoûa quan heä (ñònh luaät Ohm) u hoaëc (1-3) i= u = R .i R vôùi ñôn vò cuûa R laø Ω (Ohm); ñôn vò cuûa i laø ampe (A) vaø ñôn vò cuûa u laø voân (V). Nghòch ñaûo cuûa ñieän trôû goïi laø ñieän daãn, kyù hieäu laø G : 1i hay i = G .u (1-4) G= = Ru ñôn vò cuûa ñieän daãn laø Ω-1 hoaëc S (Siemens) Coâng suaát tieâu thuï bôûi ñieän trôû laø : u2 i2 (1-5) 2 2 p = u .i = R .i = = G .u = R G vôùi ñôn vò u[V], i[A], R[Ω] thì p coù ñôn vò laø W (Watt) 4. Cuoän caûm Khi coù doøng ñieän i chaïy qua cuoän daây coù W voøng seõ sinh ra töø thoâng Ψ moùc voøng qua cuoän daây. Ñieän caûm cuûa cuoän daây ñöôïc ñònh nghóa : Ψ ñôn vò cuûa L laø Henry (H) (1-6) L= i Neáu doøng ñieän i bieán thieân (maïch xoay chieàu) thì töø thoâng cuõng bieán thieân, söùc ñieän ñoäng caûm öùng xuaát hieän ôû hai ñaàu cuoän daây laø : dΨ di (1-7) eL = − = −L dt dt Hình 1.4 – Doøng vaø aùp treân cuoän daây Trang 7
  8. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch Ñieän aùp ôû hai ñaàu cuoän daây : di (1-9) uL = − eL = L dt Suy ra neáu i = const (maïch moät chieàu) thì khi xaùc laäp uL = 0 hay cuoän daây bò noái taét, khi ñoù cuoän daây chæ coù taùc duïng nhö daây daãn. Coâng suaát treân cuoän daây : di (1-10) pL = uL .iL = L .i . dt Naêng löôïng töø tröôøng tích luõy trong cuoän daây : t t 12 (1-11) WL = ∫ pL .dt = ∫ L.i .di = L.i 2 0 0 Nhö vaäy : L ñaëc tröng cho hieän töôïng tích luõy naêng löôïng töø tröôøng trong cuoän daây. 5. Tuï ñieän Khi ñaët ñieän aùp uC leân tuï ñieän coù ñieän dung C thì tuï ñieän seõ ñöôïc naïp moät löôïng ñieän tích q : (1-12) q = C .uC Neáu ñieän aùp uC bieán thieân, seõ coù doøng ñieän chaïy qua tuï ñieän : dq du (1-13) =C C i= dt dt Suy ra neáu uC = const (maïch moät chieàu) thì khi xaùc laäp i = 0 nghóa laø khoâng coøn doøng qua tuï. Toùm taét : chieàu qui öôùc cuûa doøng vaø aùp treân caùc phaàn töû nhö sau : - Nguoàn aùp lyù töôûng : chieàu ñieän aùp ngöôïc chieàu vôùi chieàu cuûa söùc ñieän ñoäng - Nguoàn doøng lyù töôûng : chieàu doøng ñieän cuøng chieàu vôùi chieàu cuûa nguoàn doøng - Caùc phaàn töû thuï ñoäng : ñieän trôû, cuoän caûm, tuï ñieän thì aùp vaø doøng cuøng chieàu Trang 8
  9. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch 1.4. HAI ÑÒNH LUAÄT KIRRCHOFF (KIEÂCSHOÂP) 1. Ñònh luaät Kirrchoff 1 (ÑK1) : phaùt bieåu cho moät nuùt Taïi moät nuùt baát kyø, toång ñaïi soá caùc doøng ñieän baèng khoâng. ∑i = 0 (1-14) nuùt trong ñoù : - Doøng ñeán nuùt thì coäng i1 i2 - Doøng rôøi nuùt thì tröø i3 i5 Treân hình 1.5, chieàu caùc muõi teân laø chieàu giaû thieát cuûa caùc doøng; giaù trò cuûa i1, i2, i3, i4, i5 coù theå i4 döông hoaëc aâm. Theo ÑK1 : Hình 1.5 – Ví duï minh hoïa ÑK1 ∑ i = i1 – i2 + i3 – i4 + i5 = 0 A Neáu vieát laïi thaønh : i1 + i5 + i3 = i2 + i4 thì ta coù caùch phaùt bieåu thöù hai cuûa ÑK1 : Taïi moät nuùt baát kyø, toång caùc doøng ñeán nuùt baèng toång caùc doøng rôøi nuùt ∑i = ∑i (1-15) ñeán nuùt rôøi nuùt 2. Ñònh luaät Kirrchoff 2 (ÑK2) : phaùt bieåu cho moät voøng Ñi doïc theo 1 voøng kín baát kyø vaø theo moät chieàu naøo ñoù, toång ñaïi soá caùc ñieän aùp baèng khoâng. ∑u = 0 (1-16) voøng trong ñoù : - Ñieän aùp naøo cuøng chieàu thì coäng - Ñieän aùp naøo ngöôïc chieàu thì tröø Treân hình 1.5, cho chieàu doøng ñieän vaø ñieän aùp treân caùc phaàn töû. Neáu ñi doïc theo voøng theo chieàu kim ñoàng hoà (ABCD); thì theo ñònh luaät ÑK2, ta ñöôïc : ∑ u = uR1 + u2 − uR 2 − u1 = 0 (a) Thay u1 = E1 ; u2 = E2 ; uR1 = iR1.R1 vaø uR2 = iR2.R2 vaøo phöông trình treân vaø ñeå nguoàn moät beân vaø ñieän trôû moät beân, ta ñöôïc : E1 − E 2 = i R1 .R1 − iR 2 .R2 Trang 9
  10. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch Töø ñoù ta coù caùch phaùt bieåu thöù hai cuûa ÑK2 nhö sau : Ñi doïc theo 1 voøng kín baát kyø theo moät chieàu naøo ñoù, toång ñaïi soá caùc söùc ñieän ñoäng baèng toång ñaïi soá caùc ñieän aùp treân caùc ñieän trôû. ∑ E = ∑ i .R (1-17) voøng voøng trong ñoù : - E naøo cuøng chieàu thì coäng, E naøo ngöôïc chieàu thì tröø - i naøo cuøng chieàu thì coäng, i naøo ngöôïc chieàu thì tröø Hình 1.5 – Ví duï minh hoïa ÑK2 VÍ DUÏ 1: Tìm giaù trò ñieän trôû R treân hình 1.6.a -1A -1A 12V 12V i1 i2 A R R A i3 4V 4V i4 6A 6A 2Ω 2Ω Hình 1.6.a Hình 1.6.b Giaûi Ñaët teân caùc doøng ñieän trong nhaùnh vaø choïn chieàu theo caùc nguyeân taéc ñaõ bieát, ta ñöôïc hình 1.6.b Vôùi : i1 = -1A ; i3 = 6 A ; vaø theo ñònh luaät Ohm, doøng qua ñieän trôû 2Ω laø i4=4/2=2A vaø doøng qua ñieän trôû R laø i2 = 12 / R Aùp duïng ÑK1 cho nuùt A, ta coù : 12 i1 − i2 + i3 − i4 = 0 ⇔ −1 − +6−2 =0 R Suy ra : R = 4 Ω Trang 10
  11. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch VÍ DUÏ 2 : Tính doøng ñieän I3 vaø caùc söùc ñieän ñoäng E1, E2 trong maïch ñieän hình 1.7. Cho bieát I2 = 10A; I1 = 4 A; R1 = 1 Ω; R2 = 2Ω; R3 = 5Ω. Giaûi AÙp duïng ÑK1 cho nuùt A : I1 − I 2 + I 3 = 0 I1 R1 R3 I3 A ⇒ I 3 = I 2 − I1 = 10 − 4 = 6 A I2 AÙp duïng ÑK2 cho voøng (a) : E1 (b) E3 (a) R2 E1 = I 1 R1 + I 2 R2 = 4.1 + 10.2 = 24V B Hình 1.7 – Maïch ñieän cho ví duï 2 Aùp duïng ÑK2 cho voøng (b) : E2 = I 3 R3 + I 2 R2 = 6.5 + 10.2 = 50V 3. AÙp duïng ñònh luaät Kirrchoff 2 ñeå tìm ñieän aùp taïi 2 ñieåm baát kyø trong maïch ñieän Khi caàn tìm ñieän aùp taïi 2 ñieåm baát kyø (ví duï nhö UAB) naøo ñoù trong maïch ñieän, ta coù theå öùng duïng ÑK2 nhö sau : Choïn ñöôøng ñi töø ñieåm naøy (A) ñeán ñieåm kia (B) ngang qua caùc phaàn töû maø ñaõ bieát tröôùc ñieän aùp. Treân ñöôøng ñi ñieän aùp naøo cuøng chieàu thì ta coäng, ñieän aùp naøo ngöôïc chieàu thì ta tröø. (1-18) UAB = Ucuøng chieàu - Ungöôïc chieàu VÍ DUÏ 3 : Cho maïch ñieän hình 1.8. Tính UAB, I2 vaø I3 Giaûi Ta bieát : UAB = I2.R2, nhöng do I2 I1=5A R1 R3 I3 A chöa bieát neân ta chæ coù theå tìm UAB I2 2Ω 1Ω baèng caùch öùng duïng ÑK2 nhö treân. UR1 UR3 Choïn ñöôøng töø A ñeán B theo E1 3Ω R2 E3 UE3 nhaùnh coù R1 vaø E1 vôùi caùc ñieän aùp UR1 100V UE1 115V vaø UE1 töông öùng coù giaù trò vaø chieàu ñöôïc xaùc ñònh theo nguyeân taéc cuûa töøng B Hình 1.8 – Maïch ñieän cho ví duï 3 phaàn töû maïch ñieän ñaõ bieát. Ta thaáy UR1 ngöôïc chieàu vaø UE1 cuøng chieàu. Do ñoù : Trang 11
  12. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch U AB = −U R1 + U E1 = − I1 .R1 + E1 = −5.2 + 100 = 90V U AB 90 Doøng I2 : I 2 = = = 30 A R2 3 Töông töï, ta cuõng coù U AB − E3 90 − 115 U AB = U R 3 + U E 3 = I 3 . R3 + E3 ⇒ I3 = = = −25 A 1 R3 Doøng I3 coù giaù trò aâm cuõng coù nghóa chieàu thöïc teá ngöôïc chieàu vôùi chieàu ñaõ choïn treân hình 1.8. 1.5. CAÙC PHEÙP BIEÁN ÑOÅI TÖÔNG ÑÖÔNG 1. Bieán ñoåi nguoàn ñieän töông ñöông Nguoàn ñieän thöïc teá bao goàm söùc ñieän ñoäng E noái tieáp vôùi ñieän trôû Rn. Khi giaûi maïch ñieän ñoâi khi chuùng ta caàn bieán ñoåi thaønh nguoàn doøng J maéc song song vôùi ñieän trôû Rn, vôùi J = E / Rn hoaëc bieán ñoåi ngöôïc laïi töông töï. I I A A E J= Rn Rn Rn J E B B Hình 1.9 – Bieán ñoåi nguoàn aùp thaønh nguoàn doøng vaø ngöôïc laïi 2. Bieán ñoåi ñieän trôû töông ñöông a) Caùc ñieän trôû maéc noái tieáp Rn R1 R2 Rtñ I I ⇔ A A B B Hình 1.10 – Ñieän trôû töông ñöông cuûa maïch noái tieáp (1-19) Rtñ = R1 + R2 + … +Rn b) Caùc ñieän trôû maéc song song 1 1 1 1 (1-20) A +K+ = + A Rtd R1 R2 Rn R1 R2 Rn Rtñ * Khi chæ coù 2 ñieän trôû R1 vaø R2 maéc song song, ñieän trôû töông ñöông B cuûa chuùng laø: B Hình 1.11 – Ñieän trôû töông ñöông cuûa maïch song song Trang 12
  13. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch R1 .R2 Rtd = R1 + R2 c) Bieán ñoåi sao (Y) thaønh tam giaùc (∆) vaø ngöôïc laïi • Bieán ñoåi töø sao thaønh tam giaùc Y → ∆ Giaû söû coù 3 ñieän trôû R1, R2, R3 noái hình sao naèm giöõa 3 nuùt 1, 2, 3. Bieán ñoåi hình sao thaønh caùc ñieän trôû ñaáu tam giaùc nhö sau : 1 R .R R12 = R1 + R2 + 1 2 I1 I1 R3 1 R2 .R3 R1 R23 = R2 + R3 + R31 R12 R1 R2 R3 R .R 3 2 R31 = R3 + R1 + 3 1 I3 I3 R2 R23 I2 I2 3 2 Hình 1.12 – Bieán ñoåi Y→ ∆ Khi hình sao ñoái xöùng : thì ta coù : R1 = R2 = R3 = R R12 = R23 = R31 = 3R • Bieán ñoåi töø tam giaùc thaønh sao ∆ → Y Giaû söû coù 3 ñieän trôû R12, R23, R31 noái hình tam giaùc naèm giöõa 3 nuùt 1, 2, 3. Bieán ñoåi hình tam giaùc thaønh caùc ñieän trôû ñaáu sao nhö sau : 1 R12 .R31 I1 I1 R1 = R12 + R23 + R31 1 R23 .R12 R1 R2 = R31 R12 R12 + R23 + R31 R2 R3 R31 .R23 3 2 I3 R3 = I3 R12 + R23 + R31 R23 I2 I2 3 2 Khi hình tam giaùc ñoái xöùng : Hình 1.13 – Bieán ñoåi ∆ → Y R12 = R23 = R31 = R thì ta coù : R R1 = R2 = R3 = 3 VÍ DUÏ 4 : Tính doøng ñieän I chaïy qua nguoàn cuûa maïch caàu hình 1.14. Bieát Rn = 2Ω; R1=12 Ω; R2 = R3 = 6Ω; R4 = 21Ω; R0 = 18Ω; E = 240V. Giaûi Bieán ñoåi tam giaùc ABC (R1, R2, R0) thaønh hình sao RA, RB, RC (hình 1.15) Trang 13
  14. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch 12 .6 R1 .R2 Rn A RA = = = 2Ω R1 + R2 + R0 12 + 6 + 18 R2 I R1 12 .18 R1 .R0 R0 RB = = = 6Ω B C E R1 + R2 + R0 12 + 6 + 18 R3 R4 18 .6 R0 .R2 RC = = = 3Ω R1 + R2 + R0 12 + 6 + 18 D Hình 1.14 Ñieän trôû töông ñöông ROD cuûa 2 nhaùnh song song : Rn A ( R + R3 ).( RC + R4 ) =B ROD RB + R3 + RC + R4 RA I ( 6 + 6 ).( 3 + 21 ) = = 8Ω 6 + 6 + 3 + 21 O E RB RC Ñieän trôû töông ñöông toaøn maïch : B C Rtñ = Rn + R A + ROD = 2 + 2 + 8 = 12 Ω R3 R4 Doøng ñieän chaïy qua nguoàn : D 240 E I= = = 20 A Hình 1.15 12 Rtñ 3. Ñònh lyù Thevenin Moät maïng ñieän 2 cöïc phöùc taïp coù nguoàn coù theå ñöôïc thay theá baèng moät maïch ñieän ñôn giaûn goàm söùc ñieän ñoäng Eth noái tieáp vôùi ñieän trôû Rth (hình 1.16). A A Rth Maïng 2 cöïc Eth coù nguoàn B B Hình 1.16 – Maïch ñieän töông ñöông cuûa maïng 2 cöïc coù nguoàn Trong ñoù : • Eth : ñieän aùp UAB giöõa 2 cöïc A vaø B khi hôû maïch ngoaøi • Rth : ñieän trôû töông ñöông ôû 2 cöïc A vaø B khi trieät tieâu caùc nguoàn beân trong maïch (nguoàn aùp thì noái taét, coøn nguoàn doøng thì hôû maïch) Trang 14
  15. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch 4. Ñònh lyù Norton Moät maïng ñieän 2 cöïc phöùc taïp coù nguoàn coù theå ñöôïc thay theá baèng moät maïch ñieän ñôn giaûn goàm nguoàn doøng JN song song vôùi ñieän trôû Rth (hình 1.17). A A Maïng Rth 2 cöïc JN coù nguoàn B B Hình 1.17 – Maïch ñieän töông ñöông cuûa maïng 2 cöïc coù nguoàn Trong ñoù : • JN baèng doøng ñieän ngaén maïch giöõa 2 cöïc A vaø B. • Rth : ñieän trôû töông ñöông ôû 2 cöïc A vaø B khi trieät tieâu caùc nguoàn beân trong maïch (nhö ñaõ xeùt ôû ñònh lyù Thevenin). 1.6. NGUYEÂN LYÙ XEÁP CHOÀNG Trong maïch ñieän tuyeán tính nhieàu nguoàn, doøng ñieän qua moãi nhaùnh baèng toång ñaïi soá caùc doøng ñieän qua nhaùnh do taùc duïng rieâng reõ cuûa töøng nguoàn (luùc ñoù caùc nguoàn khaùc coi nhö baèng khoâng). Nguyeân lyù xeáp choàng duøng ñeå nghieân cöùu maïch ñieän coù nhieàu nguoàn taùc ñoäng. Trình töï thöïc hieän phöông phaùp xeáp choàng : • Böôùc 1 : Thieát laäp sô ñoà maïch ñieän chæ coù moät nguoàn naøo ñoù taùc ñoäng (caùc nguoàn khaùc thì trieät tieâu : noái taét nguoàn aùp, hôû maïch nguoàn doøng) • Böôùc 2 : Tính doøng ñieän trong maïch vôùi nguoàn taùc ñoäng treân. • Böôùc 3 : Thieát laäp sô ñoà maïch ñieän cho nguoàn tieáp theo, laëp laïi caùc böôùc 1 vaø 2 cho moãi nguoàn taùc ñoäng. • Böôùc 4 : Xeáp choàng (coäng ñaïi soá) caùc keát quaû tính doøng ñieän cho moãi nhaùnh do caùc nguoàn taùc ñoäng rieâng reõ. VÍ DUÏ 5 : Tính doøng ñieän I2 trong maïch ñieän hình 1.18a I1 I11 I31 I13 I2 I3 I21 I23 I33 R3 R1 R2 R1 R2 R3 R1 R2 R3 4Ω 2Ω 4Ω E3 E1 E1 E3 16V 40V a) b) c) Hình 1.18 – Maïch ñieän cho ví duï 5 Trang 15
  16. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch Giaûi - Böôùc 1 : Laäp sô ñoà chæ coù moät söùc ñieän ñoäng E1 taùc ñoäng (hình 1.18b), trieät tieâu E3 (vì laø nguoàn aùp neân ta noái taét). - Böôùc 2 : Giaûi sô ñoà hình 1.18b 4 .4 R .R Rtd = R1 + 2 3 = 2 + = 4Ω R2 + R3 4+4 40 E Doøng ñieän nhaùnh 1 do nguoàn E1 taùc ñoäng : I11 = 1 = = 10 A 4 Rtd 10.4 I .R Doøng ñieän nhaùnh 2 do nguoàn E1 taùc ñoäng : I 21 = 11 3 = = 5A R2 + R3 4 + 4 - Böôùc 3 : Laäp sô ñoà chæ coù moät söùc ñieän ñoäng E3 taùc ñoäng (hình 1.18c), trieät tieâu E1 (vì laø nguoàn aùp neân ta noái taét). Giaûi sô ñoà hình 1.18c ta coù : 4 .2 16 R .R Rtd = R3 + 2 1 = 4 + =Ω R2 + R1 4+2 3 16 E Doøng ñieän nhaùnh 3 do nguoàn E3 taùc ñoäng : I 33 = 3 = = 3A Rtd 16 / 3 3 .2 I .R Doøng ñieän nhaùnh 2 do nguoàn E3 taùc ñoäng : I 23 = 33 1 = = 1A R1 + R2 2 + 4 - Böôùc 4 : Xeáp choàng keát quaû Doøng ñieän nhaùnh 2 do caû 2 nguoàn taùc ñoäng : I 2 = I 21 + I 23 = 5 + 1 = 6 A 1.7. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIAÛI MAÏCH ÑIEÄN PHÖÙC TAÏP Giaûi maïch ñieän laø tính doøng ñieän, ñieän aùp, coâng suaát cuûa caùc nhaùnh, caùc phaàn töû trong maïch. Coù theå tuøy yù choïn chieàu doøng ñieän trong caùc nhaùnh chöa bieát, tuy nhieân chieàu ñieän aùp töông öùng phaûi ñuùng theo quan heä doøng – aùp cuûa moãi phaàn töû (ñaõ khaûo saùt ôû phaàn III). 1. Phöông phaùp doøng ñieän nhaùnh Phöông phaùp naøy öùng duïng tröïc tieáp 2 ñònh luaät Kirrchoff. Trình töï thöïc hieän nhö sau: • Böôùc 1 : Xaùc ñònh soá nuùt n, soá nhaùnh m. Suy ra soá heä phöông trình baèng soá nhaùnh m • Böôùc 2 : Tuøy yù veõ chieàu doøng ñieän cho caùc nhaùnh chöa bieát. • Böôùc 3 : Vieát phöông trình ÑK1 cho (n-1) nuùt ñaõ choïn. • Böôùc 4 : Vieát phöông trình ÑK2 cho (m-n+1) maïch voøng ñoäc laäp • Böôùc 5 : Giaûi heä thoáng m phöông trình ñaõ thieát laäp, ta ñöôïc doøng ñieän trong caùc nhaùnh. Trang 16
  17. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch VÍ DUÏ 6 : AÙp duïng phöông phaùp I1 R1 R3 I3 A doøng ñieän nhaùnh, tính doøng ñieän trong caùc I2 nhaùnh cuûa maïch ñieän hình 1.19 47 Ω 68 Ω R2 Giaûi E1 E3 22 Ω (a) ( b) 10V 5V - Böôùc 1 : Maïch ñieän coù n = 2 nuùt (A vaø B), m = nhaùnh (1, 2, 3) B - Böôùc 2 : Veõ chieàu doøng ñieän caùc Hình 1.19 – Maïch ñieän cho ví duï 6 nhaùnh I1, I2, I3 nhö hình 1.19. - Böôùc 3 : Soá nuùt caàn vieát phöông trình ÑK1 laø : n – 1 = 1. Choïn nuùt A : I1 − I 2 + I 3 = 0 (1) - Buôùc 4 : Soá maïch voøng caàn vieát phöông trình ÑK2 laø : m – n + 1 = 3 – 2 + 1 = 2. Ta choïn 2 maïch voøng (a) vaø (b) nhö hình veõ. Phöông trình ÑK2 cho voøng (a) : E1 = R1 . I 1 + R2 .I 2 ⇔ 10 = 47.I 1 + 22.I 2 (2) Phöông trình ÑK2 cho voøng (b) : E 3 = R3 . I 3 + R2 .I 2 ⇔ 5 = 68.I 3 + 22.I 2 ( 3) - Böôùc 5 : Giaûi heä 3 phöông trình (1), (2), (3) ta ñöôïc caùc doøng ñieän nhaùnh : I1 = 138 mA I2 = 160 mA I3 = 22 mA 2. Phöông phaùp doøng maét löôùi (doøng maïch voøng) ÔÛ phöông phaùp naøy, aån soá trong heä phöông trình khoâng phaûi laø doøng ñieän caùc nhaùnh, maø laø doøng maét löôùi chæ mang yù nghóa toaùn hoïc, khoâng coù thöïc. Tìm ñöôïc giaù trò caùc doøng maét löôùi, töø ñoù deã daøng tính ñöôïc doøng ñieän caùc nhaùnh Trình töï thöïc hieän nhö sau : Böôùc 1 : Tuyø yù choïn chieàu doøng ñieän chaïy trong caùc nhaùnh. Böôùc 2 : Xaùc ñònh soá voøng maét löôùi cuûa maïch m Böôùc 3 : Choïn chieàu cuûa taát caû caùc doøng maét löôùi theo cuøng moät chieàu duy nhaát. Böôùc 4 : Laäp m heä phöông trình theo nguyeân taéc sau : Trang 17
  18. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch ∑E + R11 . I v1 − R12 . I v 2 − ........ − R1m . I vm = (1) ∑E − R21 . I v1 + R22 . I v 2 − ........ − R2 m . I vm = ( 2) M M M M M M ∑E − Rm1. I v1 − Rm 2 . I v 2 − ........ + Rmm . I vm = (m) Trong ñoù : • Iv1, Iv2, …, Ivm : trò soá caùc voøng maét löôùi, laø aån soá caàn tìm. • R11, R22, …, Rmm : (caùc phaàn töû naèm treân ñöôøng cheùo) laø toång caùc ñieän trôû dính vôùi voøng 1, 2, …, m töông öùng. • R12=R21,…, R1m = Rm1, R2m = Rm2 : (caùc phaàn töû ngoaøi ñöôøng cheùo) laø toång caùc ñieän trôû naèm chung giöõa hai voøng mang chæ soá töông öùng. (Ví duï : R13 laø toång caùc ñieän trôû naèm chung giöõa 2 voøng (1) vaø (3)). ∑ E ,∑ E ,..., ∑ E : toång ñaïi soá caùc söùc ñieän ñoäng dính vôùi voøng töông öùng (E • (1) (2) (m) cuøng chieàu thì coäng, E ngöôïc chieàu thì tröø) Löu yù : - Tröôùc caùc nhoùm naèm treân ñöôøng cheùo thì coù daáu (+) coøn tröôùc caùc nhoùm naèm ngoaøi ñöôøng cheùo thì coù daáu (-). - Töø heä phöông trình treân ta thaáy phöông phaùp naøy chæ söû duïng cho maïch ñieän chæ chöùa nguoàn aùp E, neáu maïch coù chöùa nguoàn doøng J thì phaûi chuyeån veà nguoàn aùp E tröôùc khi aùp duïng phöông phaùp naøy. Neáu khoâng chuyeån ñöôïc thì phaûi aùp duïng phöông phaùp khaùc. Böôùc 5 : Giaûi heä phöông trình ta tìm ñöôïc Iv1, Iv2, …, Ivm. Suy ra : Doøng nhaùnh = Toång ñaïi soá caùc doøng maét löôùi ngang qua nhaùnh. VÍ DUÏ 7 : AÙp duïng phöông phaùp doøng maét löôùi, giaûi maïch ñieän hình 1.20. R3 I5 I1 R1 I3 B A 3Ω I2 I4 6Ω R4 R2 R5 12 Ω E1 6Ω Iv3 12 Ω 4V Iv2 Iv1 E4 6V C Hình 1.20 – Maïch ñieän cho ví duï 7 Giaûi Trang 18
  19. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch Maïch ñieän coù 3 voøng maét löôùi, töông öùng vôùi 3 doøng maét löôùi Iv1, Iv2, Iv3 ñöôïc choïn cuøng chieàu kim ñoàng hoà nhö hình 1.19. Töø ñoù ta coù heä 3 phöông trình : R11.Iv1 – R12.Iv2 – R13.Iv3 = E1 – R21. Iv1 + R22. Iv2 – R23.Iv3 = - E4 – R31. Iv1 – R32. Iv2 + R33.Iv3 = E4 Trong ñoù : R11 = R1 + R2 = 6 + 6 = 12 R22 = R2 + R3 + R4 = 6 + 3 + 12 = 21 R33 = R4 + R5 = 12 + 12 = 24 R12 = R21 = R2 = 6 R13 = R31 = 0 (voøng 1 vaø 3 khoâng dính nhau) R23 = R32 = R4 = 12 Thay vaøo heä phöông trình ta ñöôïc : 12.Iv1 – 6.Iv2 =4 – 6. Iv1 + 21. Iv2 – 12.Iv3 = - 6 – 12. Iv2 + 24.Iv3 = 6 Giaûi heä phöông trình treân, ta ñöôïc : Iv1 = 0,3 A Iv2 = - 0,08 A Iv3 = 0,2 A Suy ra doøng nhaùnh : I1 = Iv1 = 0,3 A I2 = Iv1 – Iv2 = 0,3 – (-0,08) = 0,38 A I3 = – Iv2 = – (–0,08) = 0,08 A I4 = – Iv2 + Iv3 = –(–0,08) + 0,2 = 0,28 A I5 = Iv3 = 0,2 A 3. Phöông phaùp ñieän theá nuùt Phöông phaùp naøy söû duïng aån soá trung gian ñieän theá caùc nuùt ñeå thieát laäp heä phöông trình. Bieát ñöôïc ñieän theá caùc nuùt, ta deã daøng tính ñöôïc doøng ñieän caùc nhaùnh. Trình töï thöïc hieän nhö sau : Böôùc 1 : Tuyø yù choïn chieàu doøng ñieän chaïy trong caùc nhaùnh. Trang 19
  20. Ñaïi hoïc Toân Ñöùc Thaéng – Phoøng THCN&DN Baøi Giaûng : Lyù Thuyeát Maïch Böôùc 2 : Xaùc ñònh soá nuùt cuûa maïch. Böôùc 3 : Choïn moät nuùt baát kyø laøm nuùt chuaån, coù ñieän theá bieát tröôùc (thöôøng laáy ñieän theá ñieåm ñoù baèng 0) Böôùc 4 : Laäp heä phöông trình tính ñieän theá caùc nuùt coøn laïi (giaû söû caùc nuùt coøn laïi laø : A, B, …,N.) theo nguyeân taéc sau : G AA .ϕ A − G AB .ϕ B − ... − G AN .ϕ N = ∑ J A − GBA .ϕ A + GBB .ϕ B − ... − GBN .ϕ N = ∑ J B M M M M − GNA .ϕ A − GNB .ϕ B − ... + GNN .ϕ N = ∑ J N Trong ñoù : • ϕA, ϕB, …, ϕN : ñieän theá caùc nuùt, laø caùc aån soá caàn tìm. • GAA, GBB,…, GNN : (caùc phaàn töû naèm treân ñöôøng cheùo) laø toång caùc ñieän daãn coù noái tôùi nuùt töông öùng. • GAB= GBA ,…, GAN= GNA , GBN=GNB : (caùc phaàn töû naèm ngoaøi ñöôøng cheùo) laø toång caùc ñieän daãn noái giöõa 2 nuùt töông öùng. ∑ J ,∑ J ,..., ∑ J : toång ñaïi soá caùc nguoàn doøng coù noái vôùi nuùt töông öùng (nguoàn • A B N doøng höôùng vaøo nuùt thì coäng, nguoàn doøng höôùng ra khoûi nuùt thì tröø) Löu yù : - Tröôùc caùc nhoùm naèm treân ñöôøng cheùo thì coù daáu (+) coøn tröôùc caùc nhoùm naèm ngoaøi ñöôøng cheùo thì coù daáu (-). - Töø heä phöông trình treân ta thaáy phöông phaùp naøy chæ söû duïng cho maïch ñieän chæ chöùa nguoàn doøng J, neáu maïch coù chöùa nguoàn aùp E thì phaûi chuyeån veà nguoàn doøng J tröôùc khi aùp duïng phöông phaùp naøy. Neáu khoâng chuyeån ñöôïc thì phaûi aùp duïng phöông phaùp khaùc. Böôùc 5 : Giaûi heä phöông trình, ta tìm ñöôïc ñieän theá caùc nuùt. Bieát ñöôïc ñieän theá 2 nuùt cuûa moãi nhaùnh, ta tìm ñöôïc doøng trong nhaùnh. VÍ DUÏ 8 : Duøng phöông phaùp ñieän theá nuùt ñeå giaûi maïch ñieän ôû ví duï 7 (hình 1.20) R3 I5 I1 R1 I3 B A 3Ω I4 I2 6Ω R4 R2 R5 12 Ω E1 6Ω 12 Ω 4V E4 6V C Hình 1.20 – Maïch ñieän cho ví duï 8 Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2