›
›

Giáo trình Cơ sở lý thuyết mạch điện - Nguyễn Công Phương

pdf 44 trang huongle 3960
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Cơ sở lý thuyết mạch điện - Nguyễn Công Phương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_co_so_ly_thuyet_mach_dien_nguyen_cong_phuong.pdf

Nội dung text: Giáo trình Cơ sở lý thuyết mạch điện - Nguyễn Công Phương

  1. Nguy ễn Công Ph ươ ng Cơ s ở lý thuyết mạch điện
  2. Gi ới thi ệu (1) Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 2
  3. Gi ới thi ệu (2) Điện tử Vi ễn thông Hệ th ống điện Máy điện Kỹ thu ật đo Điều khi ển KỸ THUẬT ĐIỆN LÝ THUY ẾT MẠCH LÝ THUY ẾT TR ƯỜ NG Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 3
  4. Gi ới thi ệu (3) - Dòng điện - Điện áp - Công su ất - Tổng hợp Phân tích Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 4
  5. Hình v ẽ c ủa các ph ần t ử mạch c ơ b ản Ngu ồn áp Ngu ồn dòng Điện tr ở Điện c ảm (cu ộn dây) Điện dung (t ụ điện) (Anh/M ỹ) Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 5
  6. Ch ương trình • Lý thuy ết mạch I – Thông số mạch – Ph ần tử mạch –Mạch một chi ều –Mạch xoay chi ều –Mạch ba pha – Quá trình quá độ – Khu ếch đạ i thu ật toán • Lý thuy ết mạch II –Mạch phi tuy ến – Đườ ng dây dài Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 6
  7. Sách tham kh ảo 1. C. K. Alexander, M. N. O. Sadiku. Fundamentals of Electric Circuits . McGraw-Hill, 2001 2. J. Bird. Electrical Circuit Theory and Technology . Newnes, 2003 3. W. K. Chen. The Electrical Engineering Handbook . Elsevier, 2004 4. Nguy ễn Bình Thành, Nguy ễn Tr ần Quân, Ph ạm Kh ắc Ch ươ ng. Cơ s ở k ỹ thu ật điện. Đạ i học & trung học chuyên nghi ệp, 1971 5. J. W. Nilsson, S. A. Riedel. Electric Circuits . Addison-Wesley, 1996 6. J. O’Malley. Theory and Problems of Basic Circuit Analysis . McGraw-Hill, 1992 7. A. L. Shenkman. Transient Analysis of Electric Power Circuits Handbook . Springer, 2005 8. Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 7
  8. Nội dung I. Thông số mạch 1. Điện tích 2. Dòng điện 3. Điện áp 4. Công su ất 5. Năng lượ ng II. Ph ần tử mạch III. Mạch một chi ều IV. Mạch xoay chi ều V. Mạng hai cửa VI. Mạch ba pha VII.Quá trình quá độ VIII.Khu ếch đạ i thu ật toán Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 8
  9. Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 9
  10. Điện tích • Thu ộc tính của các nguyên tử cấu tạo nên vật ch ất, đo bằng coulomb (C) • Q, q • 1,602.10 – 19 C • Lu ật bảo toàn điện tích : tổng đạ i số điện tích trong một hệ kín là hằng số Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 10
  11. Dòng điện (1) • Là bi ến thiên c ủa điện tích theo th ời gian, đo b ằng ampere (A) dq t i = q = ∫ idt dt t0 • A = C/s • Có hai d ạng chính: một chi ều & xoay chi ều Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 11
  12. Dòng điện (2) Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 12
  13. Dòng điện (3) VD1 Vẽ i(t) Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 13
  14. Điện áp (1) • Để dịch chuy ển điện tử trong dây dẫn theo một hướ ng, cần có một công • Công này do một su ất điện độ ng (ví dụ pin) sinh ra • Su ất điện độ ng này gọi là điện áp ho ặc hi ệu điện th ế • Hi ệu điện th ế gi ữa 2 điểm a & b là công cần có để dịch chuy ển một điện tích từ a đế n b dw u = V = J/C = Nm/C ab dq Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 14
  15. Điện áp (2) • Điểm a có điện th ế uab vôn so v ới điểm b, ho ặc • Điểm a có điện th ế cao h ơn uab vôn so v ới điểm b uab a b • Có hai d ạng chính: một chi ều & xoay chi ều Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 15
  16. Công su ất (1) • Là tốc độ tiêu th ụ/hấp th ụ năng lượ ng theo th ời gian, đo bằng watt (W) dw p = dt • W = J/s dw dw dq p = = . dt dq dt dw = = u p ui dq dq (công su ất tức th ời) = i dt Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 16
  17. Công su ất (2) •Dấu của công su ất: –Dươ ng (+) : ph ần tử tiêu th ụ/hấp th ụ công su ất – Âm (–): ph ần tử sinh/phát công su ất • → xác đị nh dấu của công su ất? u u i i p = +ui p = – ui • Σp = 0 Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 17
  18. Công su ất (3) VD1 Dòng điện tử trong TV CRT có 10 15 điện tử/giây. Xác đị nh V0 để dòng điện tử đạ t công su ất 4W. q== ne 1015 ( − 1,6.10− 19 ) =− 1,6.10 − 4 C −4 q −1,6.10 − i == =− 1,6.104 A t 1 p 4 p=→== Vi V = 25.000V 0 0 i 1,6.10 −4 Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 18
  19. Năng l ượng • Kh ả n ăng th ực hi ện công, đo b ằng joule (J) dw t t p = w = ∫ pdt = ∫ uidt dt t0 t0 • Th ườ ng dùng đơ n v ị watt-gi ờ (Wh), 1 Wh = 3600 J Tiêu th ụ điện c ủa một gia đình (5 ng ườ i) trong một tháng (kWh) Tủ l ạnh Đèn Bàn là TV Máy gi ặt Lò vi sóng Máy tính Radio 100 100 15 10 120 25 12 8 Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 19
  20. Nội dung I. Thông số mạch II. Ph ần tử mạch 1. Ngu ồn áp 2. Ngu ồn dòng 3. Ngu ồn ph ụ thu ộc 4. Điện tr ở 5. Cu ộn dây 6. Tụ III. Mạch một chi ều IV. Mạch xoay chi ều V. Mạng hai cửa VI. Mạch ba pha VII.Quá trình quá độ VIII.Khu ếch đạ i thu ật toán Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 20
  21. Ph ần t ử c ơ b ản c ủa mạch điện • Có 2 l ớp chính: ch ủ độ ng & th ụ độ ng • Ch ủ độ ng: có kh ả n ăng t ự phát ra n ăng l ượ ng điện (v ề lý thuy ết là vô t ận) • Th ụ độ ng: không th ể t ự phát ra n ăng l ượ ng điện • Ch ủ độ ng: – Ngu ồn: thi ết b ị có th ể chuy ển hoá n ăng l ượ ng phi điện thành n ăng l ượ ng điện & ng ượ c l ại – Ngu ồn áp & ngu ồn dòng • Th ụ độ ng: – Điện tr ở – Cu ộn dây –Tụ Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 21
  22. Ngu ồn áp (1) • (lý t ưở ng) Là một ph ần t ử mạch có kh ả n ăng duy trì một điện áp danh đị nh trên 2 c ực c ủa đầ u ra, điện áp này không ph ụ thu ộc vào dòng điện ch ảy gi ữa 2 c ực đó • Nói cách khác, điện áp không ph ụ thu ộc vào t ải • Điện áp có th ể không đổ i (một chi ều) ho ặc bi ến thiên (th ườ ng là xoay chi ều) • Điện tr ở trong b ằng không (0) • Ví d ụ: ắcquy, pin, máy phát điện Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 22
  23. Ngu ồn áp (2) u • Chi ều c ủa mũi tên ở phía trong vòng tròn bi ểu di ễn chi ều tăng c ủa điện áp Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 23
  24. Ngu ồn dòng • (lý t ưở ng) Là một ph ần t ử mạch có kh ả n ăng duy trì một dòng điện danh đị nh ch ảy gi ữa 2 c ực c ủa đầ u ra, dòng điện này không ph ụ thu ộc vào điện trên 2 c ực đó • Nói cách khác, dòng điện không ph ụ thu ộc vào t ải • Dòng điện có th ể không đổ i (một chi ều) ho ặc bi ến thiên (th ườ ng là xoay chi ều) • Điện tr ở trong vô cùng l ớn Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 24
  25. Ngu ồn ph ụ thu ộc Ngu ồn áp ph ụ thu ộc Ngu ồn dòng ph ụ thu ộc • Ngu ồn áp ph ụ thu ộc áp: e = feu (u) • Ngu ồn áp ph ụ thu ộc dòng: e = fei (i) • Ngu ồn dòng ph ụ thu ộc áp: j = fju (u) • Ngu ồn dòng ph ụ thu ộc dòng: j = fji (i) Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 25
  26. Điện tr ở (1) • Đặ c tr ưng cho kh ả n ăng c ản tr ở dòng điện • Đơ n v ị: ohm ( Ω) l R = ρ • Ký hi ệu R ho ặc r S • Ví d ụ: dây tóc bóng đèn • Điện d ẫn: – Ngh ịch đả o c ủa điện tr ở ) ( – Đơ n v ị: siemens (S) ho ặc mho Ω – Ký hi ệu G ho ặc g Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 26
  27. Điện tr ở (2) Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 27
  28. Điện tr ở (3) i R u u = Ri u i = R u u 2 p = ui = Rii = Ri 2 p = ui = u = R R Công su ất của điện tr ở luôn dươ ng Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 28
  29. Điện tr ở (4) Ng ắn mạch: R = 0 Hở mạch: R = ∞ u u = Ri = 0 i = lim = 0 R→∞ R u = 0 R = 0 u R = ∞ i i = 0 Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 29
  30. Cu ộn dây (1) • Dây d ẫn qu ấn xung quanh lõi • Liên quan đế n t ừ tr ườ ng •Từ tr ườ ng bi ến thiên sinh ra điện áp • Thông s ố đặ c tr ưng: điện c ảm L, đo b ằng henry (H) • H = Vs/A • Điện c ảm: đặ c tr ưng cho tính ch ất ch ống l ại s ự thay đổ i của dòng điện ch ảy qua cu ộn dây Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 30
  31. Cu ộn dây (2) Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 31
  32. Cu ộn dây (3) L i u di u = L dt 1 1 t 1 t → di = udt → i = u(t)dt = u(t)dt + i(t ) ∫−∞ ∫ 0 L L L t0 = i(t0 ) i −∞< < t t0 i(−∞) = 0 Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 32
  33. Cu ộn dây (4) L i u  di  p = ui =  L i  dt  t t  di  → w = pdt =  L idt ∫−∞ ∫−∞  dt  t 1 1 = L∫ idi = Li 2 (t) − Li 2 (−∞) 1 −∞ 2 2 w = Li 2 i(−∞) = 0 2 Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 33
  34. Cu ộn dây (5) L i u di u = L dt → u = 0 Mạch DC: i = I = const → di = dI = 0 Trong mạch DC, cu ộn dây tươ ng đươ ng với ng ắn mạch Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 34
  35. Cu ộn dây (6) L i u di u = L dt → u → ∞ Nếu dt → 0 (vô lý) Dòng điện trong cu ộn cảm không th ể bi ến thiên độ t ng ột Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 35
  36. Cu ộn dây (7) • Cu ộn dây lý t ưở ng có điện tr ở b ằng không • Th ực t ế cu ộn dây có một điện tr ở Rw nh ỏ • Có th ể mô hình hoá b ằng một cu ộn dây lý t ưở ng n ối ti ếp với Rw L Rw • Ch ỉ đề c ập đế n cu ộn dây lý t ưở ng Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 36
  37. Tụ (1) •Gồm có 2 t ấm d ẫn điện (b ản c ực) phân tách b ằng một lớp cách điện ( điện môi) • Liên quan đế n điện tr ườ ng • Điện tích bi ến thiên sinh ra dòng điện gi ữa hai b ản c ực • Thông s ố đặ c tr ưng: điện dung C, đo b ằng farad (F) • F = C/V • C là h ệ s ố liên h ệ gi ữa điện tích trên một b ản c ực & hi ệu điện th ế gi ữa 2 b ản c ực Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 37
  38. Tụ (2) Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 38
  39. Tụ (3) i C u dq i = du dt i = C dt q = Cu t t → = 1 = 1 + u ∫idt ∫ idt u(t0 ) C −∞ C t0 q(t ) u(t ) = 0 0 C Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 39
  40. Tụ (4) i C u du i = C du dt p = Cu dt p = ui t t du t 1 t w = pdt = C u dt = C udu = Cu 2 ∫ ∫ ∫ 1 2 −∞ −∞ dt −∞ 2 t=−∞ w = Cu 2 u(−∞) = 0 Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 40
  41. Tụ (5) i C u du i = C dt i = 0 Mạch DC: u = U = const → du = dU = 0 Trong mạch DC, tụ tươ ng đươ ng với hở mạch Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 41
  42. Tụ (6) i C u du i = C dt i → ∞ Nếu dt → 0 (vô lý) Điện áp trên tụ không th ể bi ến thiên độ t ng ột Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 42
  43. Tụ (7) •Tụ lý t ưở ng có điện tr ở b ằng vô cùng • Th ực t ế t ụ có một điện tr ở rò Rl, kho ảng 100 MΩ • Có th ể mô hình hoá b ằng một t ụ lý t ưở ng song song v ới Rl Rl C • Ch ỉ đề c ập đế n t ụ lý t ưở ng Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 43
  44. • Điện tr ở & tụ đượ c bán hàng lo ạt ho ặc dạng mạch tích hợp (IC) → rẻ → đượ c dùng nhi ều • Cu ộn dây ch ỉ bán ở dạng đơ n lẻ → đắ t → dùng hạn ch ế • Cu ộn dây & tụ: – Kh ả năng dự tr ữ năng lượ ng → dùng làm ngu ồn nh ất th ời – Cu ộn dây: ch ống lại bi ến thiên dòng độ t ng ột → dùng để dập hồ quang ho ặc tia lửa điện –Tụ: ch ống lại bi ến thiên điện áp độ t ng ột → dùng để hạn ch ế xung – Nh ạy tần → phân tách tần số Cơ s ở lý thuy ết m ạch điện - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 44