Giáo án 5

ThS. Nguyễn Lê Tường
MẠCH ĐIỆN

Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường2
Đánh giá môn học
 Điểm chuyên cần: 10%
 Kiểm tra trên lớp: 20%
 Thi cuối kỳ: 70%

Tài liệu tham khảo
Chương 1: Khái niệm chung về mạch điện
Chương 2: Các phương pháp giải tích mạch
Chương 3: Mạch xác lập điều hòa
Chương 4: Mạch xoay chiều 3 pha
Chương 5: Mạng 2 cửa

Chương 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN

Mạch điện và các phần tử mạch
Mạch điện được tạo thành từ các phần tử mạch và dây nối
 Phần tử nguồn
 Phần tử tải
 Phần tử hỗ trợ

 Phần tử 2 cực

 Mạng là một phần của mạch được tạo thành từ phần tử
nguồn và phần tử tải, liên lạc về năng lượng thông qua các
cửa.
 Dòng điện: I (A)
 Điện áp: U (V)

 Điện trở: R (Ω)
Phương trình trạng thái hoặc
 Đặc tuyến V-A của điện trở là đường thẳng có phần tử điện
trở tuyến tính
 Quan hệ giữa U và I biểu thị qua định luật Ohm
 Điện dẫn: G (Ω-1) hoặc (S)

 Điện cảm: trao đổi năng lượng từ trường
 Phương trình trạng thái
 Điện áp rơi trên điện cảm
 Cuộn dây là phần tử tải 2 cự có quan hệ giữa điện áp và dòng
điện theo phương trình

 Điện dung: trao đổi năng lượng điện trường
 Đặc trưng bởi quan hệ
 Dòng điện qua điện dung
 Tụ điện là phần tử tải 2 cực có quan hệ giữa điện áp và điện
dung:

 Công suất
Công suất tức thời p(t) = u(t). i(t)
Chiều (+) của u va i như hình
 P(t) > 0: Mạch thu năng lượng
 P(t) < 0: Mạch phát năng lượng

 Công suất và năng lượng trên điện trở
 Điện trở tiêu thụ năng lượng
 Năng lượng tiêu tán trên điện trở

 Công suất tức thời tiêu hao trên điên dung C
 Năng lượng tích lũy trên điện dung tại thời điểm t
 Khi u tăng từ u1 lên u2 (> u1) => Năng lượng điện trường tích lũy vào C
 Ngược lại, C sẽ có hiện tượng phóng thích năng lượng điện trường

 Nguồn áp độc lập
 Là phần tử 2 cực mà điện áp không phụ thuộc vào giá trị dòng
điện cung cấp từ nguồn và bằng chính sức điện động của
nguồn: u(t) = e(t)
 Dòng điện của nguồn sẽ phụ thuộc vào tải

 Nguồn dòng độc lập
 Là phần tử 2 cực mà dòng điện không phụ thuộc vào điện áp
trên hai cực nguồn: i(t) = j(t)
 Điện áp trên các cực nguồn phụ thuộc vào tải mắc vào nó và
bằng chính điện áp trên tải này.

 Các nguồn phụ thuộc
 Giá trị của áp/dòng phụ thuộc vào dòng/áp ở vị trí khác của
mạch

Phân loại mạch điện
 Mạch có thông số tập trung – thông số rải
 Mạch tuyến tính và mạch không tuyến tính
 Mạch dừng và không dừng

Định luật cơ bản của mạch điện
 Định luật Kirchoff 1

Chương 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH
MẠCH

Các phương pháp giải tích mạch
1. Các phương pháp biến đổi tương đương mạch
2. Phương pháp dòng nhánh
3. Phương pháp thế nút
4. Phương pháp dòng mắt lưới
5. Các định lý mạch cơ bản

Các phương pháp biến đổi tương đương mạch
 Các nguồn sức điện động mắc nối tiếp
 Các nguồn dòng điện mắc song song

 Các phần tử điện trở mắc nối tiếp
 Các phần tử điện trở mắc song song

 Nguồn sức điện động mắc nối tiếp với một điện trở
tương đương với một nguồn dòng mắc song song với
điện trở đó và ngược lại.
 Với
 (a)  (b) nếu hoặc

 Phép biến đổi sao – tam giác

Phương pháp dòng nhánh
Giả sử mạch có N nhánh (N cặp u,i), d nút
 B1: Áp dụng định luật K1 viết (d-1) phương tr2inh cho (d-1)
nút
 B2: Áp dụng định luật K2 viết (N-d+1) phương trình cho (N-
d+1) vòng
 B3: Giải N phương trình => N ẩn số cần tìm

Phương pháp thế nút
 Thường sử dụng cho mạch chứa ít nút và chứa nguồn
dòng, nếu mạch có nguồn áp phải chuyển nguồn áp thành
nguồn dòng

 Chọn một nút làm nút gốc, thường là nút có nhiều nhánh
tới. Nút gốc có điện thế bằng 0.
 Gọi điện thế tại nút (1) và (2) lần lượt là ϕ1 và ϕ2
 Thiết lập phương trình thế nút: K1 tại nút (1) và (2)

 Viết dưới dạng ma trận
 Đặt
 Phương trình thế nút cho 2 nút còn lại

 Y11 là tổng dẫn nạp của các nhánh nối với nút 1
 Y12 là dẫn nạp nối giữa 2 nút (1) và (2)
 Y21 là dẫn nạp nối giữa 2 nút (2) và (1)
 Y22 là tổng dẫn nạp của các nhánh nối với nút 2
 Jn1 là tổng nguồn dòng tại nút 1
 Jn2 là tổng nguồn dòng tại nút 2

Các bước giải mạch điện sử dụng phương pháp thế nút
 Bước 1: Chọn một nút làm nút gốc
 Bước 2: Viết phương trình thế nút cho các nút còn lại
 Bước 3: Giải hệ phương trình nút tìm điện thế trên các
nút của mạch điện => Tính dòng điện trên các nhánh
cũng như tính các giá trị bài toán yêu cầu.

Cho mạch điện như hình vẽ. Tính IR?

Phương pháp dòng mắt lưới
 Thường sử dụng cho mạch chứa ít mắc lưới và chứa
nguồn áp, nếu mạch có nguồn dòng phải chuyển nguồn
dòng thành nguồn áp

Các bước giải mạch điện sử dụng phương pháp dòng mắt
lưới
 Bước 1: Chọn dòng điện cho các mắt lưới. Thường chiều
dòng điện của các dòng mắt lưới chọn cùng chiều với
nhau và cùng chiều kim đồng hồ.
 Bước 2: Viết phương trình lưới
 Bước 3: Giải hệ phương trình lưới tìm dòng điện trên các
lưới => Tính dòng điện trên các nhánh cũng như tính các
giá trị bài toán yêu cầu.

 Thiết lập phương trình lưới
 Thế (3) vào (1) và (2)

 Đặt
 Trong đó:
 Z11: Tổng trở kháng của lưới 1
 Z12: Tổng trở kháng chung giữa 2 lưới (1) và (2)
 Z21: Tổng trở kháng chung giữa 2 lưới (2) và (1)
 Z22: Tổng trở kháng của lưới 2
 Em1 là tổng các nguồn sức điện động của lưới 1
 Em2 là tổng các nguồn sức điện động của lưới 2

 Cho mạch điện như hình vẽ. Tính I1, I2, I3, I4, I5, I6 ?

Các định lý cơ bản của mạch điện
 Nguyên lý xếp chồng
• Đáp ứng của nhiều nguồn kích thích tác động đồng thời
thì bằng tổng các đáp ứng tạo bởi mỗi nguồn kích thích
tác động riêng lẻ.

 Định lý Thevenin
• Có thể thay thế tương đương một mạng một cửa tuyến
tính bởi một nguồn áp bằng điệp áp trên cửa khi hở mạch
mắc nối tiếp với trở kháng Thevenin mạng một cửa.

 Định lý Thevenin
 Tính Vth: Điện áp nhìn từ 2 đầu ab khi tháo bỏ điện trở R
 Tính Zth: tổng trở nhìn từ hai đầu ab khi tháo bỏ điện trở R
Tháo bỏ điện trở R – Triệt tiêu tất cả các nguổn độc lập
(ngắn mạch nguồn áp và hở mạch nguồn dòng).
 Sử dụng cho mạch chỉ chứa các nguồn độc lập

 Định lý Norton
• Có thể thay thế tương đương một mạng một cửa tuyến
tính bởi một nguồn dòng bằng dòng điện trên cửa khi
ngắn mạch mắc song song với trở kháng Norton mạng
một cửa.

 Định lý Norton
 Tính IN: dòng ngắn mạch giữa 2 cực ab sau khi tháo bỏ
điện trở R
 Tính Zth: tương đương mạch Thevenin

Chương 3
MẠCH XÁC LẬP ĐIỀU HÒA

Mạch xác lập điều hòa
1. Quá trình điều hòa
2. Phương pháp biên độ phức
3. Quan hệ giữa U và I trên các phần tử R, L, C – Trở
kháng và dẫn nạp
4. Các định luật Ohm, Kirchoff dạng phức
5. Đồ thị vector
6. Công suất
7. Mạch công hưởng

Qúa trình điều hòa
 Tín hiệu điều hòa
 f(t) được gọi là tín hiệu điều hòa nếu biến thiên theo
quy luật sau
 ϕ: Góc pha ban đầu (-1800 ≤ ϕ ≤ 1800)
 Quá trình điều hòa là hàm tuần hoàn theo t với chu kỳ
T = 2π/ω

 Quá trình điều hòa là hàm tuần hoàn theo t
 Già sử có hai đại lượng điều hòa cùng tần số góc ω

 Ψ1 > Ψ2 : f1 nhanh (sớm) pha hơn f2 một góc ϕ
 Ψ1 < Ψ2 : f1 chậm (trễ) pha hơn f2 một góc ϕ
 Ψ1 = Ψ2 ± π: f1 và f2 ngược pha nhau
 Ψ1 = Ψ2 ±π/2: f1 và f2 vuông pha nhau
 Ψ1 = Ψ2 : f1 và f2 cùng pha nhau
Trị hiệu dụng
 Trị hiệu dụng I của một dòng điện i(t) biến thiên tuần
hoàn chu kỳ T bằng với dòng điện không đổi gây ra cùng
một công suất tiêu tán trung bình trên một điện trở R.

 Theo định nghĩa trên ta có
 Trị hiệu dụng I của dòng điện i(t)
 Quan hệ giữa trị hiệu dụng và biên độ

Phương pháp biên độ phức
 Số phức
Đơn vị ảo j
• a= ReA = Phần thực của A
• b=ImA = Phần ảo của A

 Biểu diễn hình học của số phức
 Trục x là trục thực (Re)
 Trục y là trục ảo (Im)
 Điểm A* (a,-b) đối xứng với A(a,b) qua trục thực

 Các phép tính số phức
 Biên độ và góc của số phức
 Biên độ của SP A là chiều dài của vectơ A:
 Góc của SP A là góc chỉ hướng của vectơ A

Các dạng số phức

 Mạch điện xác lập điều hòa là mạch có đáp ứng dòng và
áp cùng tần số, chỉ khác nhau về biên độ và góc pha ban
đầu.
 Các biến điều hòa được biểu diễn bằng biên độ phức
 Các biến điều hòa được biểu diễn bằng hiệu dụng phức

Quan hệ giữa U và I trên các phần tử
 Trên phần tử điện trở R
Cho dòng điện i(t)=Imcos(ωt+αR) qua điện trở R
Quan hệ giữa U và I trên R: uR = R.iR
 Tổng trở và góc

 Trên phần tử điện cảm L
Cho dòng điện i(t)=Imcos(ωt+αL) qua cuộn cảm L
Quan hệ giữa u và i trên L:
Tổng trở và góc: XL = ωL: Cảm kháng của phần tử điện cảm

 Trên phần tử điện dung C
Đặt giữa 2 đầu bản tụ: u(t)=Umcos(ωt+αC)
Quan hệ giữa u và i trên C:
Tổng trở và góc:

Các định luật Ohm, Kirchoff dạng phức
 Định luật Ohm
Trong đó: Z: trở kháng, Y là dẫn nạp
• Phần tử điện trở
• Phần tử điện cảm
• Phần tử điện dung

Các định luật Ohm, Kirchoff dạng phức
Tổng đại số các ảnh phức của các dòng điện tại một nút bất kỳ
thì bằng không
Tổng đại số các ảnh phức của các điện áp trên các phần tử dọc
theo tất cả các nhành trong một vòng bất kỳ thì bằng không

Đồ thị vector
 Là biểu diễn hình học quan hệ giữa các biên độ phức (hoặc trị
hiệu dụng phức) dòng và áp trong mạch điện theo định luật
Kirchoff.
 Mạch RLC nối tiếp

Đồ thị vector
 Mạch RLC song song
 Tổng trở và góc
 G = 1/R: Điện dẫn của R
 BL = 1/XL: Cảm nạp của L
 BC = 1/XC: Dung nạp của C

Đồ thị vector
 Tổng trở vector và tam giác tổng trở của tải
Tổng trở vector Z có độ lớn Z và hướng ϕ
Tam giác tổng trở có cạnh huyền Z và 1 góc bằng ϕ
R = Zcosϕ = ĐT tương đương (ĐTTĐ) của tải
X = Zsinϕ = ĐK tương đương (ĐKTĐ) của tải
Tải cảm

Đồ thị vector
Tải dung
Tải cộng hưởng

Công suất
Công suất tức thời : p(t) = u(t) * i(t)
Công suất tác dụng (công suất trung bình)

Công suất
• ϕ = Ψu - Ψi là góc lệch pha của điện áp so với dòng điện
• Công suất tác dụng P
• Công suất phản kháng Q
• Công suất biểu kiến S
Quan hệ giữa P, Q, S có thể được minh họa bằng đồ thị, gọi là
tam giác công suất

Công suất
• Công suất phức
• Bởi vì

Công suất
• Phối hợp trở kháng nguồn và tải mạch truyền công suất
cực đại
• Tìm giá trị của RL và XL sao cho P là lớn nhất?

Mạch công hưởng
• Tổng trở tương đương Z = R+jX
• Tổng dẫn tương đương Y = G+jB
• Điều kiện để công hưởng ⇔ X = 0 hoặc B = 0
Mạch công hưởng nối tiếp
Gồm R, L, C mắc nối tiếp, được kích thích bởi nguồn sức điện động
hình sin tần số ω có biên độ phức

• Trở kháng của mạch
• Module trở kháng
• Argument trở kháng
• Dẫn nạp của mạch

• Để xảy ra cộng hưởng
• Khi cộng hưởng
• Hệ số phẩm chất

• Mạch cộng hưởng song song
• Để cộng hưởng
• Tần số cộng hưởng

Giáo án 5

More Related Content

What's hot

Similar to Giáo án 5

More from Carot Bapsulo

Giáo án 5