Đang tải... (xem toàn văn)
đã nghiên cứu đề tài: “ Xây dựng hệ thống bài thí nghiệm cho học phần Lý thuyết mạch”.
LỜI NÓI ĐẦU Môn Lý thuyết mạch là một trong những bộ môn cơ sở ngành nằm trong khung đào tạo ngành Điện- Điện tử của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên. Bộ môn Lý thuyết mạch có khối lượng các đối tượng, các vấn đề cần nghiên cứu, giải quyết để áp dụng vào nhu cầu thực tiễn là tương đối rộng lớn và phức tạp, do đó môn lý thuyết mạch luôn chiếm một thời lượng lớn của chương trình học. Vì vậy để học tập, nghiên cứu cũng như tìm hiểu tốt nhất bộ môn Lý thuyết mạch thì một điều không thể thiếu không chỉ là nắm vững lý thuyết mà cần phải kiểm chứng nó thông qua các bài thực hành, thí nghiệm. Để có thể hiểu cặn kẽ được nội dung môn học đó. Đó là phương pháp tốt nhất khiến người học nắm bắt thật nhanh và thật chắc nội dung chính trong chương trình của môn học này. Để kiểm chứng các kiến thức lý thuyết của môn học nhóm đã nghiên cứu đề tài: “ Xây dựng hệ thống bài thí nghiệm cho học phần Lý thuyết mạch”. Qua thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trung Thành và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Điện- Điện tử, chúng em đã hoàn thiện đề tài. Đây là một đề tài rất hay và có tính ứng dụng cao trong học tập thí nghiệm của sinh viên. Nó sẽ là công cụ đắc lực hỗ trợ cho các thầy cô trong các bài giảng. Mặt khác nó cũng sẽ là một tài liệu rất hay và bổ ích cha các bạn sinh viên học tập và nghiên cứu môn học này. Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đồ án còn hạn chế và chưa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô trong khoa Điện - Điện tử, đặc biệt thầy Nguyễn Trung Thành và thầy Đỗ Quang Huy đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Chúng em xin kính chúc các thầy cô mạnh khỏe và thành công trong công việc! MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1. Tên đề tài 3 1.2. Lý do chọn đề tài: 3 1.3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu: 3 1.4. Mục đích nghiên cứu. 4 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu. 4 1.6. Phương pháp nghiên cứu. 4 1.7. Quy trình thực hiện đề tài: 4 PHẦN 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHIẾU THÍ NGHIỆM 6 BÀI 1: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DUNG CỦA MẠCH ĐIỆN 6 BÀI 2: XÁC ĐỊNH VỀ THÔNG SỐ ĐIỆN CẢM CỦA MẠCH ĐIỆN 12 BÀI 3: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TÍCH CỰC CỦA NGUỒN 17 BÀI 4: KIỂM CHỨNG NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG 21 BÀI 5: KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT KIRCHOFF 24 BÀI 6: KIỂM CHỨNG ĐỊNH LÝ NGUỒN TƯƠNG ĐƯƠNG 28 BÀI 7: MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN 31 BÀI 8: MẠCH RC VỚI TÍN HIỆU HÌNH SIN 33 BÀI 9: MẠCH RL VỚI TÍN HIỆU HÌNH SIN 38 BÀI 10: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH VÀ CHẾ ĐỘ XÁC LẬP TRONG MẠCH PHI TUYẾN 42 BÀI 11: MẠCH CỘNG HƯỞNG RLC 50 BÀI 12: XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CỦA MẠNG HAI CỬA 55 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 58 3.1. Kết luận. 58 3.2. Khuyến nghị. 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1. Tên đề tài “Xây dựng hệ thống bài thí nghiệm cho học phần Lý thuyết mạch” 1.2. Lý do chọn đề tài: Chúng ta đang bước vào thế kỷ 21, thế kỷ của những tiến bộ về khoa học kỹ thuật. Sư tiến bộ của khoa học kỹ thuật sẽ giúp thay đổi toàn bộ cuộc sống của chúng ta. Trong giai đoạn công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, Việt Nam muốn phát triển một cách vững mạnh thì phải chú trọng đến việc đầu tư cho giáo dục. Trong đó, nghành giáo dục cần phải nâng cao chất lượng lẫn số lượng đào tạo. Muốn nâng cao chất lượng giáo dục đòi hỏi chúng ta phải đầu tư, phát triển các mô hình dạy học. Mô hình dạy học giúp giảm chi phí đào tạo và nâng cao chất lượng giảng dạy. Học sinh có dịp làm quen với các mô hình giống với các hệ thống điều khiển trên thực tế, do đó có thể rút ngắn được khoảng cách giữa lý thuyết và thực tế. Do vậy các Trường học nói chung, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật nói riêng đang đầu tư, phát triển các công cụ dạy học mang tính chất mô phỏng nhằm giúp cho sinh viên lĩnh hội kiến thức một cách thấu đáo thông qua phương pháp trực quan. Qua đó, người học có thể phát triển và vận dụng các kiến thức đã học một cách hiệu quả nhất theo những yêu cầu cụ thể hiện nay trong những khu chế xuất, các nhà máy cũng như trong các lĩnh vực có liên quan về điện. Trước những yêu cầu thực tiễn trên nhóm sinh viên chúng em xin thực hiện đề tài mô hình dạy học: “Xây dựng hệ thống bài thí nghiệm cho học phần Lý thuyết mạch ”. 1.3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu. Với đề tài mang tính thực tiễn, vấn đề thực hiện việc thiết kế, thi công và xây dựng mô hình cũng như bài thực tập của nhóm hoàn chỉnh thật sự có những ứng dụng rộng rãi trong các trường Kỹ thuật. Đó là điều mà nhóm thực hiện mong muốn đạt được. Tuy nhiên thời gian, kiến thức có hạn cũng như những hạn chế khách quan khác nên đề tài không đi sâu vào nghiên cứu toàn bộ những kiến thức của môn Lý thuyết mạch mà chỉ tập chung vào nghiên cứu dựa trên chương trình môn học Lý thuyết mạch được soạn dành cho sinh viên Khoa Điện – Điện Tử trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên. 1.4. Mục đích nghiên cứu. Xây dựng được mô hình dạy học sử dụng các linh kiện thụ động, đơn giản bằng phương pháp trực quan giúp cho sinh viên khoa Điện – Điện Tử thí nghiệm. Chế tạo được hệ thống các phiếu thí nghiệm phù hợp hệ thống kiến thức lý thuyết, phù hợp với chương trình và mục tiêu của môn học. Từ đó giúp sinh viên hiểu sâu sắc hơn kiến thức lý thuyết đã được học trước đó. 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu. Sau khi xác định được yêu cầu của đề tài, chúng em đã tiến hành các nhiệm vụ sau: - Tìm hiểu nội dung, chương trình môn học Lý thuyết mạch. - Tiến hành phân tích nội dung trên cơ sở lý thuyết. - Xây dựng nội dung các bài thí nghiệm. - Tiến hành thí nghiệm các bo mạch đã thiết kế. - So sánh, đối chiếu và rút ra kết luận dựa trên kết quả thí nghiệm, cơ sở lý thuyết. - Xây dựng phiếu kết quả. 1.6. Phương pháp nghiên cứu. Trong quá trình làm đồ án chúng em đã áp dụng những phương pháp nghiên cứu sau: - Thảo luận theo nhóm để thống nhất ý kiến - Nghiên cứu cá nhân (theo nhiệm vụ đã phân công) - Thực hiện theo nhóm 1.7. Quy trình thực hiện đề tài: v Bước 1: Thảo luận nhóm để đưa ra: - Hướng giải quyết của đề tài - Phân công công việc - Dự kiến hoàn thành công việc v Bước 2: Thực hiện công việc được giao (cá nhân hoặc theo nhóm như đã thảo luận), nếu là thực hiện cá nhân cần phải trao đổi và kết hợp với các thành viên khác, nếu là thực hiện theo nhóm cần phải thảo luận và đưa ra hướng thống nhất. v Bước 3: Tiến hành quá trình thí nghiệm các nội dung đã đề ra. Tính toán, so sánh giữa lý thuyết với thực nghiệm và rút ra kết luận v Bước 4: Tổng kết lại những kết quả đã đạt được và hoàn thành đồ án. PHẦN II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHIẾU THÍ NGHIỆM BÀI 1: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DUNG CỦA MẠCH ĐIỆN I. Mục đích bài thí nghiệm. - Xác định thông số điện dung C của tụ điện. - Kiểm tra công thức tính điện dung tương đương của tụ điện mắc song song và nối tiếp. - Khảo sát tính chất lưu trữ năng lượng của tụ điện. - Xác định điện dung trên mạch phân áp. II. Chuẩn bị cho bài thí nghiệm. 1. Thiết bị cho bài thí nghiệm. TT Các thiết bị Số lượng Trị số 1 Đồng hồ đo 01 2 Bo lắp mạch thí nghiệm 01 3 Nguồn DC 01 4 Bộ dây nối mạch 01 5 Tụ điện phân cực C1 01 470μF 6 Tụ hóa C4, C5 01 1μF 7 Tu gốm C2, Tụ gốm C3 01 100nF, 470nF 2. Các yêu cầu đối với sinh viên. - Nắm được các công thức phản ứng của tụ điện với điện áp và dòng điện chạy qua. - Nắm được công thức hàm số điện áp phóng và nạp của tụ điện với mạch điện. 3. Chuẩn bị thí nghiệm của sinh viên. TT Yêu cầu Thực hiện 1 Viết công thức tính giá trị của điện dung cho tụ điện phẳng C=…………………………… 2 Viết biểu thức hàm số trong miền thời gian của dòng điện qua tụ theo điện áp đặt vào: i C (t) =……………………… 3 Viết biểu thức hàm số trong miền thời gian của điện áp trên tụ theo dòng điện chạy qua: u C (t) =……………………… 4 Viết biểu thức tính giá trị của tụ điện C là ghép nối tiếp của C1 và C2 C=…………………………… 5 Viết biểu thức tính giá trị của tụ điện C là ghép song song của C1 và C2 C=……………….…………… III. Nội dung thí nghiệm. 1. Thí nghiệm 1: Tính chất lưu trữ năng lượng của tụ điện. 1.1. Sơ đồ thí nghiệm. Hình 2.1.1: Tính chất lưu trữ năng lượng của tụ điện. 1.2. Cắm cầu nối X6-X7, cấp nguồn 9V DC vào đầu X2 và X5, dùng máy hiện sóng hiển thị dạng sóng trên tụ C1. Sau đó loại bỏ cầu nối X2 (không nối nguồn) và quan sát giá trị điện áp trong các thời gian khác nhau. Điện áp trên tụ điện thể hiện như thế nào? Giải thích hiện tượng? 2. Thí nghiệm 2: Tìm giá trị của tụ điện mắc nối tiếp. 2.1. Sơ đồ thí nghiệm: Lắp mạch như hình. Hình 2.1.2: Khảo sát tụ điện mắc nối tiếp 2.2. Dùng đồng hồ vạn năng, xác định điện dung tổng của tụ nối tiếp C4 với C5. Tụ điện Điểm đo Điện dung C4 X13-X16 C total =…………… C5 Điện dung tổng của hai tụ nối tiếp là hơn so với điện dung nhỏ nhất thành phần. 2.3. Điện dung tương đương của tụ C4 nối tiếp C5 xác định theo biểu thức: Hai tụ điện có thể xem như hai tụ điện phẳng với điện dung được tính theo biểu thức: Giải thích giá trị điện dung tương đương bằng công thức trên như thế nào? 3. Thí nghiệm 3: Tìm giá trị của tụ điện mắc song song. 3.1. Sơ đồ thí nghiệm: Cắm các cầu nối X8-X9 và X10-X11. 3.2. Dùng đồng hồ vạn năng, xác định điện dung tương đương: Tụ điện Điểm đo Điện dung C2 X8-X5 C total =…………… C3 Điện dung tương đương của hai tụ song song là các giá trị của các tụ thành phần. 4. Thí nghiệm 4: Xác định điện dung trên mạch phân áp RC. 4.1. Nội dung, phương pháp. Tụ điện là linh kiện phụ thuộc tần số và dung kháng tỷ lệ nghịch với tần số. Dung kháng tính theo công thức: ω là tần số góc angular frequency và xác định theo công thức: Mạch phân áp với điện trở R và một tụ điện C cũng phụ thuộc vào tần số. Ở tần số cao dung kháng của tụ giảm. Như vậy điện áp U C (f) cũng tỷ lệ nghịch với tần số. Đồ thị sau thể hiện đáp ứng tần số của mạch (R=1kΩ, C=1μF). Trục tần số theo tỷ lệ logarit, Trục biên độ theo tỷ lệ tuyến tính. Đáp ứng pha thể hiện ở hình vẽ dưới. Từ công thức trên và các điện áp đo được cho phép xác định điện dung của tụ điện. Biên độ (hoặc giá trị đỉnh đỉnh) của điện áp đầu vào và điện áp trên tụ điện được đo với một tần số xác định. Nếu biết giá trị điện trở, điện dung của tụ điện được xác định theo biểu thức: Tần số đo cần chọn tại những điểm có độ dốc cao trên đặc tuyến biên độ tần số. [các tần số cần chọn trong khoảng 100Hz đến 2kHz]. Độ lệch pha cũng có thể dùng để xác định điện dung theo công thức: Với φ=360 0 .f.Δt (đơn vị độ) Hoặc φ= 2Π.f.Δt (đơn vị radians) ∆t là khoảng cách thời gian giữa hai điểm không của tín hiệu xoay chiều 4.2. Sơ đồ thí nghiệm: Cắm cầu nối X8-X9 4.3. Nguồn máy phát 500 Hz, 1V/-1V vào chân X2 và X5; Máy hiện sóng kênh CH1 vào chân X2, X5; kênh Ch2 vào X9 - X5. Đọc các tín hiệu trên máy hiện sóng và chuyển các dao động đồ vào hình vẽ dưới đây. Đồng thời cũng ghi lại các thiết lập trên Máy hiện sóng vào các ô tương ứng. [...]... BÀI 7: MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN I Mục đích bài thí nghiệm - Làm quen phần mềm mô phỏng mạch điện - Hình thành kỹ năng mô phỏng mạch điện II Chuẩn bị cho bài thí nghiệm 1 Thiết bị cho bài thí nghiệm - Máy tính đã cài đặt phần mềm Matlab - Tài liệu thí nghiệm, giáo trình 2 Các yêu cầu đối với sinh viên - Xác định và đặt được các thông số cho các phần tử của mạch điện trong Matlap - Mô phỏng được các mạch... II 1 Chuẩn bị cho bài thí nghiệm Thiết bị và linh kiện thí nghiệm TT Các thiết bị Số lượng 1 Đồng hồ đo 01 2 Bo lắp mạch thí nghiệm 01 3 Nguồn thí nghiệm thay đổi giá trị 01 4 Điện trở 04 Trị số (1- 15 )kΩ Các 2 yêu cầu đối với sinh viên 3 Phát biểu được định lý nguồn tương đương Tính toán được giá trị nguồn tương đương theo lý thuyết Chuẩn bị thí nghiệm của sinh viên Phát biểu định lý nguồn tương... pháp giải mạch điện bằng cách áp dụng nguyên lý xếp chồng - Thực hành với mạch 3 nguồn II 1 Chuẩn bị cho bài thí nghiệm Thiết bị cho bài thí nghiệm TT Các thiết bị Số lượng 1 Đồng hồ đo 01 2 Bo lắp mạch thí nghiệm 01 3 Nguồn DC thay đổi được giá trị 03 4 Dây nối mạch 01 6 Điện trở 09 2 Trị số Các yêu cầu đối với sinh viên 9V (2-10)kΩ - Phát biểu được nguyên lý xếp chồng - Biết vận dụng nguyên lý xếp chồng... BÀI 2: XÁC ĐỊNH VỀ THÔNG SỐ ĐIỆN CẢM CỦA MẠCH ĐIỆN I Mục đích bài thí nghiệm - Xác định điện cảm mắc song song và nối tiếp - Xác định nội trở của cuộn cảm - Xác định điện cảm trên mạch phân áp RL II Chuẩn bị cho bài thí nghiệm 1 Thiết bị cho bài thí nghiệm TT Các thiết bị Số lượng Trị số 1 Đồng hồ đo 01 2 Osiloscop, máy phát hàm 01 3 Nguồn DC 01 4 Dây nối mạch 01 5 Điện cảm L1... chấp nhận được của thí nghiệm) BÀI 8: MẠCH RC VỚI TÍN HIỆU HÌNH SIN I Mục đích của bài thí nghiệm - Xác định giá trị dung kháng của tụ điện Xác định trở kháng của mạch RC - Quan sát sự phụ thuộc của góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch RC theo tần số tín hiệu II Chuẩn bị cho bài thí nghiệm 1 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm TT Các thiết... xếp chồng - Biết vận dụng nguyên lý xếp chồng để giải mạch điện có nhiều nguồn tác động 3 Sử dụng phương pháp lý thuyết để tính toán trước một mạch điện cụ thể Chuẩn bị thí nghiệm của sinh viên Phát biểu nguyên lý xếp chồng: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… III 1 Nội dung thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm: - Lắp mạch thí nghiệm như hình 2.1.5 - Điều chỉnh thông số nguồn và... BÀI 3: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TÍCH CỰC CỦA NGUỒN I Mục đích bài thí nghiệm - Xác định được thông số nguồn: Điện trở trong, suất điện động, dòng điện nguồn - Xác định thông số hệ số chuyển đổi K - Xác định công suất của tín hiệu trên tải thuần trở II Chuẩn bị cho bài thí nghiệm 1 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm TT Các thiết bị Số lượng Trị số 1 Đồng hồ đo 01 2 Bo lắp mạch thí nghiệm 01 3 Nguồn... luật Kirchoff Xác định giá trị đại số của điện áp và dòng điện, theo chiều dương quy ước II 1 Thực hành với mạch 3 nguồn Chuẩn bị cho bài thí nghiệm Thiết bị và linh kiện thí nghiệm TT Các thiết bị Số lượng 1 Đồng hồ đo 01 2 Bo lắp mạch thí nghiệm 01 3 Nguồn DC thay đổi được giá trị 01 4 Dây nối mạch 01 6 Điện trở 09 Trị số 2 (1-15)kΩ Các yêu cầu đối với sinh viên - Phát biểu được định luật Kirchoff... áp trên một mạch điện thực tế - Biết vận dụng định luật để giải mạch điện - Sử dụng phương pháp lý thuyết để tính toán trước một mạch điện cụ thể 3 Chuẩn bị thí nghiệm của sinh viên - Phát biểu định luật Kirchoff I: - Phát biểu định luật Kirchoff II: III 1 Nội dung thí nghiệm Sơ đồ mạch điện Hình... biểu định lý: BÀI 6: KIỂM CHỨNG ĐỊNH LÝ NGUỒN TƯƠNG ĐƯƠNG I Mục đích thí nghiệm - Xác định các thông số nguồn tương đương của một mạch điện thực tế theo các quy trình mô tả trong lý thuyết - Kiểm tra tính đúng của định lý nguồn tương đương và áp dụng trong tính toán mạch - Thực hành với mạch 2 nguồn . trong chương trình của môn học này. Để kiểm chứng các kiến thức lý thuyết của môn học nhóm đã nghiên cứu đề tài: “ Xây dựng hệ thống bài thí nghiệm cho học phần Lý thuyết mạch”. Qua thời gian nghiên. 55 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 58 3.1. Kết luận. 58 3.2. Khuyến nghị. 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1. Tên đề tài Xây dựng hệ thống bài thí nghiệm cho học phần Lý thuyết mạch” 1.2. Lý. dạy học: Xây dựng hệ thống bài thí nghiệm cho học phần Lý thuyết mạch ”. 1.3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu. Với đề tài mang tính thực tiễn, vấn đề thực hiện việc thiết kế, thi công và xây dựng