GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN Chương 1: Những khái niệm mạch điện Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN §1-1 Mạch điện kết cấu hình học mạch §1-2 Các thơng số trạng thái trình lượng nhánh §1-3 Các thông số đặc trưng mạch §1-4 Các luật mạch điện-Các luật Kirhof §1-5 Phân loại toán mạch Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § 1-1 Mạch điện kết cấu hình học mạch Định nghĩa mạch điện Kết cấu hình học mạch Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § 1-1 Mạch điện kết cấu hình học mạch Định nghĩa mạch điện Kết cấu hình học mạch Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Định nghĩa mạch điện Từ ta định nghĩa mạch điện theo quan điểm lượng: Mạch mơ hình diễn tả phân bố khoanh vùng q trình lượng (và tín hiệu) điện từ thiết bị điện, đ ược ghép số hữu hạn vật dẫn q trình chuy ển hố, tích luỹ, truyền đạt, lượng (và tín hiệu) điện từ đ ược đ ặc trưng b ởi điện áp u(t) dịng điện i(t) phân bố theo thời gian t Mơ hình mạch mơ hình trường khác chỗ: mơ hình m ạch thơng số phân bố theo thời gian, cịn mơ hình trường thông số phân bố không gian theo thời gian, song chúng có quan h ệ khăng khít với thông qua biểuu = c: Edl thứ ∫ i = ∫ Hdl Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Kết cấu hình học mạch Mơ hình mạch có kết cấu hình khung, mặt hình học gồm yếu tố là: nhánh, nút, vịng, bù Trong đó; nhánh, nút A vịng yếu tố hình học mạch: a + Nhánh: Hình 1.1 b c d B Là đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy, khơng biến thiên theo toạ đ ộ không gian dọc theo nhánh biến thiên theo thời gian t (trên hình 1.1 là: nhánh 1,2,3,4) Ký hiệu số nhánh mạch điện chữ m=4 Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Kết cấu hình học mạch + Nút: Là điểm gặp từ ba nhánh trở lên (trên hình 1.1 nút A B) Số nút thường ký hiệu chữ n A a Hình 1.1 b c d B + Mạch vòng: Là lối khép kín qua nhánh hình 1.1 là: vịng a,b,c,d ) Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Kết cấu hình học mạch + Cây: phần mạch gồm nhánh (gọi cành) nối đủ nút theo kết cấu hở khơng có vịng Số lượng cành n-1 (trên hình 12a,b,c thể nét liền) a/ b/ c/ Hình1.2a,b,c + Bù cây: phần mạch lại bù với để tạo thành mạch hoàn chỉnh gọi bù Số lượng bù m –n+1 (trên hình 12a,b,c th ể hi ện nét đứt) Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § 1-2 Các thơng số trạng thái q trình lượng nhánh Dòng điện i(t): Điện áp u(t) Công suất điện từ p(t) Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § 1-2 Các thơng số trạng thái q trình lượng nhánh Dòng điện i(t): Điện áp u(t) Công suất điện từ p(t) Chương Mạch điện có dịng hình sin § 2-4 Phản ứng nhánh r-L-C nối tiếp kích thích dạng sin Quan hệ dòng điện, điện áp nhánh Tam giác tổng trở Chương Mạch điện có dịng hình sin § 2-4 Phản ứng nhánh r-L-C nối tiếp kích thích dạng sin Quan hệ dòng điện, điện áp nhánh Tam giác tổng trở Chương Mạch điện có dịng hình sin Quan hệ dòng điện, điện áp r L i nhánh ur Xét nhánh r-L-C nối tiếp hình 2-14: uL uC u C Hình 2-14 Theo luật Kirhof ta có: u = ur + uL + uC (2.17) Giả thiết dòng điện mạch i = I sin ωt , ta được: π π ) + x C I sin( ωt − ) = 2 π sin( ωt − ) u = u r + u L + u C = rI sin ωt + x L I sin( ωt + = U r sin ωt + U L sin( ωt + π ) + UC      ( U r ; 0° ) + U L  U L ; π  + U L  U C ; − π  = U( U; ψ u ) ⇔ U = Ur     2 2   2.18 Chương Mạch điện có dịng hình sin Quan hệ dịng điện, điện áp nhánh Đồ thị véc tơ thể hình 2-15 (vẽ cho trường hợp UL >UC)  UC  U UL-UC ϕ>  Từ đồ thị ta có:  UR I U = U r + ( U L − U C ) = ( rI ) + ( x L I − x L I ) = [  UL ] 2-15 = r + ( xL − xL ) I ⇒ quan hệ độ lớn (hiệu dụng) điện áp dòng điện: U = r +(x − x I L ) = r +x =z 2 C 2 (2.19) Chương Mạch điện có dịng hình sin Quan hệ dịng điện, điện áp nhánh - Góc lệch pha điện áp dòng điện: ϕ = arctg UL − UC x − xC x = arctg L = arctg Ur r r (2.20) Trong đó: x = xL – xC điện kháng, có đơn vị Ω z= r + x 2 tổng trở, có đơn vị Ω Vậy điện áp nhánh r- L – C nối tiếp có độ lớn gấp z l ần dòng ện nhánh, lệch pha với dịng điện nhánh góc ϕ, hay cặp số (z ;ϕ) đặc trưng cho phản ứng nhánh r- L – C nối tiếp đ ộ lớn góc pha Chương Mạch điện có dịng hình sin Quan hệ dịng điện, điện áp nhánh Tổng dẫn y: y= z - đơn vị: simen (s) Từ công thức ϕ: - Khi xL > xC ⇒ ϕ>0 điện áp vượt trước dịng điện - mạch có tính chất điện cảm - Khi xL < xC ⇒ ϕ 0⇒ ϕ > mạch mang tính chất cảm: Q > - sinϕ < 0⇒ ϕ < mạch mang tính chất dung: Q < c, Cơng suất tồn phần (biểu kiến) S Trong kỹ thuật dịng xoay chiều cịn dùng khái niệm cơng su ất cơng suất tồn phần (biểu kiến), định nghĩa tích UI: S = UI Đơn vị S quy định VA Chương Mạch điện có dịng hình sin Các loại công suất d, Quan hệ loại công suất P, Q, S xuất phát từ công thức: P = UI cos ϕ = S sin ϕ Q = UI sin ϕ = S sin ϕ Và ta có: S = P2 + Q ⇒ S = P2 + Q2 Và ta biểu diễn lượng P, Q, S ϕ tam giác vng, có cạnh huyền S, hai cạnh góc vng P Q, góc hợp c ạnh huyền S với cạnh góc vuông P ϕ, gọi tam giác công suất Tam giác công suất đồng dạng với tam giác tổng trở Chương Mạch điện có dịng hình sin Hệ số công suất + ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất cosϕ : Một nhánh có thơng số r, L, C xác định h ệ s ố công su ất cos ϕ xác định Cosϕ tiêu kỹ thuật quan trọng mặt lượng nhánh hay tải Hệ số cơng suất cao s ự m ất mát lượng sụt áp đường dây ít, hiệu su ất truy ền tải c đ ường dây cao hơn, nguồn phát sở dụng triệt để + Biện pháp nâng cao hệ số công suất cosϕ : Biện pháp đơn giản mắc song song với tải (thường có tính chất điện cảm) tụ điện chuyên dùng để nâng cao hệ số cơng su ất cosϕ (cịn gọi bù tụ điện tĩnh), hình 2-19a Chương Mạch điện có dịng hình sin Hệ số cơng suất Biện pháp đơn giản mắc song song id K it với tải (thường có tính chất điện cảm) u Tải tụ điện chuyên dùng để nâng cao hệ số cơng suất cosϕ (cịn gọi bù tụ điện tĩnh), Hình 2-19a   hìnhKhi chưa bù: K mở I t = I d chậm sau điện áp m ột góc ϕ , - 2-19a t hình 2-19b y  IC B ϕb ϕt  Id  It x C A Hình 2-19b iC C Chương Mạch điện có dịng hình sin Hệ số cơng suất y - Khi bù: Theo luật Kirhof dòng điện → → → Id = đường dây:I t + IC hợp với điện áp ϕb ϕt góc ϕb Từ đồ thị ta cos ϕ t  IC B ϕb ϕt , nâng cao hệ số cơng  Id  It x C A Hình 2-19b suấtTínhϕ ị số điện dung để nâng cao hệ số công suất từ cos ϕ lên cosϕ - cos tr t mong muốn: I Từ đồ thị ta có: c = AC = AB − CB = OB( tgϕt − tgϕb ) = OA cos ϕt ( tgϕt − tgϕb ) b U IC = = ωCU ta lại có: xC ⇒C= IC I cos ϕ t ( tgϕ t − tgϕb ) P = t = t ( tgϕt − tgϕb ) ωU ωU ωU ... tốn mạch Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § 1-1 Mạch điện kết cấu hình học mạch Định nghĩa mạch điện Kết cấu hình học mạch Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § 1-1 Mạch điện. .. kết cấu hình học mạch Định nghĩa mạch điện Kết cấu hình học mạch Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Định nghĩa mạch điện Từ ta định nghĩa mạch điện theo quan điểm lượng: Mạch mơ hình diễn.. .Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN §1-1 Mạch điện kết cấu hình học mạch §1-2 Các thơng số trạng thái q trình lượng nhánh §1-3 Các thơng số đặc trưng mạch §1-4 Các luật mạch điện- Các