BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGOÂ CAO CÖÔØNG THÁNG 09-2007 LƯU HÀNH NỘI BỘ A B C Z Y n N S X 3 2 π 3 2 π 3 2 π 0 e(t) e A e B e C ωt LỜI MỞ ĐẦU Giáo trình môn học mạch điện 1 (Lý thuyết mạch 1) bao gồm các nội dung chính sau: Chương 1 : Các khái niệm cơ bản về mạch điện Chương 2 : Mạch xác lập điều hoà Chương 3 : Các phương pháp phân tích mạch Chương 4 : Mạch ba pha Chương 5 : Mạng hai cửa Giáo trình được biên soạn trên cơ sở kế thừa và chọn lọc từ các sách như “Mạch điện 1” của nhóm tác giả Phạm Thi Cư, Lê Minh Cường, Trương Trọng Tuấn Mỹ; “Điện kỹ thuật” của tác giả Phan Ngọc Bích và một số sách khác. Giáo trình “Mạch điện 1” được viết với mục đích giúp cho sinh viên ngành Điện - Điện tử học tập nghiên cứu môn học mạch điện 1. Giáo trình được trình bày khá chi tiết cơ sở lý thuyết và các ví dụ nhằm hướng sinh viên tự nghiên cứu các bài tập tại cuối mỗi chương. Tác giả chân thành cảm ơn Quý thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử, đặc biệt TS Phan Ngọc Bích, TS Hồ Ngọc Ba ù đã đọc phản biện và đóng góp nhiều ý kiến quý báu. Chân thành cảm ơn Phòng Quản lý Khoa học & QHQT và các bạn sinh viên Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ đã hỗ trợ tác giả hoàn thành bài giảng này. Tài liệu này được biên soạn lần đầu nên chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp của quý đọc giả để có thể sửa chữa, bổ sung thêm cho hoàn chỉnh. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện – Điện tư , Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ email: cuongfx@gmail.com . Chân thành cảm ơn. Tp, HCM tháng 02 năm 2005 Ngô Cao Cường MỤC LỤC CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1 1.1. GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA LÝ THUYẾT MẠCH: 1 1.1.1 Mạch điện và mô hình: 1 1.1.1.1 Cường độ dòng điện: 2 1.1.1.2 Điện áp: 2 1.1.1.3 Công suất : 3 1.1.2 Mô hình mạch dùng trong lý thuyết mạch điện, được xây dựng từ các phần tử mạch lý tưởng sau đây 3 1.1.3 Mô hình gần đúng các phần tử thực: 5 1.1.5 Cuộn dây ghép hỗ cảm 6 1.1.6 Máy biến áp lý tưởng 8 1.2. PHÂN LOẠI CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN 9 1.2.1 Phân loại theo loại dòng điện trong mạch 9 1.2.2 Phân loại theo tính chất các thông số mạch 9 1.2.3 Phân loại theo quá trình năng lượng trong mạch 9 1.2.4 Phép biến đổi tương đương 10 1.2.4.1 Biến đổi điện trở (hình 1-11a,b) 10 1.2.4.2 Biến đổi nguồn (hình 1-2a,b) 10 1.2.4.3 Biến đổi sao – tam giác (hình 1-13) 10 1.2.4.4 Biến đổi mạng một cửa (2 cực) không nguồn (hình 1-15): 12 1.2.4.5 Phép biến đổi Thévenin-Norton: 12 1.3. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 13 1.3.1 Đònh luật Kirchhoff 1 (K1) 13 1.3.2 Đònh luật Kirchhoff 2 (K2): 14 1.3.3 Đònh luật cân bằng công suất: 16 BÀI TẬP CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 17 ĐÁP SỐ – HƯỚNG DẪN CHƯƠNG I 20 CHƯƠNG II: MẠCH XÁC LẬP ĐIỀU HOÀ 21 2.1. QUÁ TRÌNH ĐIỀU HOÀ: 21 2.2. PHƯƠNG PHÁP SỐ PHỨC: 23 2.2.1 Số phức: 23 2.2.2 Biểu diễn dòng áp sin bằng số phức: 25 2.3 QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN TRÊN CÁC PHẦN TỬ R,L,C – TRỞ KHÁNG VÀ DẪN NẠP 26 2.3.1 Quan hệ áp – dòng trên R, L, C ở chế độ xác lập điều hoá: 26 2.3.1.1 Trên phần tử R: 26 2.3.1.2 Trên phần tử điện cảm L : 26 2.3.1.3 Trên phần tử điện cảm C: 27 2.3.2 Các đònh luật cơ bản của mạch điện phức 28 2.3.2.1 Đònh luật ohm phức: 28 2.3.2.2 Đònh luật Kirchoff phức: 29 2.3.3 các phép biến đổi tương đương trong mạch điều hòa: 31 2.3.3.1 biến đổi trở kháng: 31 2.3.3.2 biến đổi nguồn: 31 2.3.3.3 Biến đổi sao – tam giác: 31 2.3.3.4 Biến đổi Thévenin - Norton: 32 2.3.4 Trở kháng – Dẫn nạp: 32 2.3.4.1 Trở kháng: 32 2.3.4.2 Dẫn nạp: 33 2.4 CÔNG SUẤT 35 2.4.1 Công suất tác dụng và công suất phản kháng: 35 2.4.1.1 Phần tử điện trở R: 36 2.4.1.2 Phần tử điện cảm L: 36 2.4.1.3 Phần tử điện dung C: 37 2.4.2 Công suất phức và công suất biểu kiến: 37 2.4.3 Phát thu công suất và đònh lý cân bằng công suất: (hình 2-22) 38 2.4.4 Nâng cao hệ số cosϕ: 39 2.4.5 Đo công suất: 41 2.4.6 Phối hợp trở kháng giữa tải và nguồn: 43 2.5 MẠCH CỘNG HƯỞNG 44 2.5.1 Mạch cộng hưởng nối tiếp (cộng hưởng điện áp) 44 2.5.2 Mạch cộng hưởng song song (cộng hưởng dòng điện) 48 BÀI TẬP CHƯƠNG II: MẠCH XÁC LẬP ĐIỀU HOÀ 51 ĐÁP SỐ – HƯỚNG DẪN CHƯƠNG 2 55 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN 58 3.1. KHÁI NIỆM: 58 3.2. PHƯƠNG PHÁP DÒNG NHÁNH: 58 3.3. PHƯƠNG PHÁP THẾ NÚT: 60 3.3.1 Phương pháp thế nút 60 3.3.2 Các đònh lý biến đổi 63 3.3.2.1 Biến đổi nguồn áp thành nguồn dòng: 63 3.3.2.2 Đònh lý chuyển vò nguồn 64 3.3.3 Đònh lý Thevenin – Norton: 67 3.4 PHƯƠNG PHÁP DÒNG MẮT LƯỚI: 70 3.5 NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG 72 3.6 KHỬ HỔ CẢM 73 BÀI TẬP CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH 74 ĐÁP SỐ VÀ HƯỚNG DẪN CHƯƠNG III: 81 CHƯƠNG IV: MẠCH ĐIỆN BA PHA 86 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 86 4.2 CÁCH NỐI HÌNH SAO 87 4.2.1 Cách nối 87 4.2.2 Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối hình sao đối xứng 88 4.3. CÁCH NỐI HÌNH TAM GIÁC 90 4.3.1 Cách nối 90 4.3.2 Các quan hệ giữa đại lượng dây pha trong cách nối hình tam giác đối xứng.90 4.4. CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN BA PHA 91 4.4.1 Công suất tác dụng 91 4.4.2 Công suất phản kháng: 91 4.5. ĐO CÔNG SUẤT MẠCH BA PHA 93 4.5.1 Đo công suất mạch ba pha đối xứng 93 4.5.2 Đo công suất mạch ba pha không đối xứng 93 4.5.3 Đo công xuất phản kháng mạch ba pha đối xứng: 94 4.6. CÁCH GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA ĐỐI XỨNG 94 4.6.1 Nguồn nối sao đối xứng 95 4.6.2 Giải mạch điện ba pha tải nối hình sao đối xứng 95 4.6.3 Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác đối xứng 96 4.7. CÁCH GIẢI MẠCH BA PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG 98 4.7.1 Tải nối hình sao, có dây trung tính tổng trở Z O 98 4.7.2 Nếu xét đến tổng trở Z d của các dây dẫn pha 101 4.7.3 Khi tổng trở dây trung tính O Z = 0 101 4.7.6 Cách giải mạch điện ba pha nguồn tam giác tải nối hình sao KĐX: 104 4.8. PHƯƠNG PHÁP CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG 106 4.8.1 Khái niệm 106 4.8.2 Phân tích hệ thống ba pha không đối xứng thành các thành phần đối xứng 106 4.8.3 Tính chất của các thành phần đối xứng 109 4.8.4 Các bước của phương pháp các thành phần đối xứng 110 BÀI TẬP CHƯƠNG 4: MẠCH BA PHA 111 ĐÁP SỐ – HƯỚNG DẪN CHƯƠNG 4 116 CHƯƠNG V: MẠNG HAI CỬA 118 5.1 KHÁI NIỆM: 118 5.2 CÁC HỆ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MẠNG 2 CỬA: 118 5.2.1 Hệ phương trình trạng thái dạng Z: 118 5.2.2 Hệ phương trình trạng thái dạng Y: 120 5.2.3 Hệ phương trình trạng thái dạng H 123 5.2.4 Hệ phương trình trạng thái dạng G 124 5.2.5 Hệ phương trình trạng thái dạng A: 125 5.2.6 Hệ phương trình trạng thái dạng B: 126 5.3 CÁCH NỐI CÁC MẠNG HAI CỬA: 127 5.3.1 Nối dây chuyền: 127 5.3.2 Ghép nối tiếp : 128 5.3.3 Ghép song song: 128 5.3.4. Ghép cửa 1 nối tiếp, cửa 2 song song: 129 5.4 PHÂN LOẠI MẠNG HAI CỬA: 130 5.4.1 Mạng hai cửa tích cực và mạng hai cửa thụ động: 130 5.4.2 Mạng hai cửa tương hỗ: Điều kiện và đủ cho mạng tương hỗ là mạng thỏa một trong 6 điều kiện sau: 130 5.4.3 Mạng hai cửa đối xứng – tổng trở đặc tính: 131 5.5. CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MẠNG HAI CỬA: 131 5.5.1 Trở kháng vào cửa 1: 131 5.5.2 Hàm truyền đạt áp: 132 5.5.3 Hàm truyền đạt dòng: 132 5.5.4 Hàm truyền đạt công suất: 132 5.5.5 Trở kháng vào cửa 2: 132 BÀI TẬP CHƯƠNG V: MẠNG HAI CỬA 136 ĐÁP SỐ – HƯỚNG DẪN CHƯƠNG V 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Thò Cư – Trương Trần Tuấn Mỹ – Lê Minh Cường “Mạch điện 1”, Nhà xuất bản giáo dục 1996. 2. Phạm Thò Cư – Trương Trần Tuấn Mỹ – Lê Minh Cường “Bài tập Mạch điện 1”, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM. 3. Nguyễn Quân “Lý Thuyết Mạch 1” Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM. 4. Phan Ngọc Bích “Điện Kỹ Thuật” Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật. 5. G.Zeveke, P.Ionkin, A.Netushil, S.Strakhov “Analysis and Synthesis of Electric Circuits” MIR PUBLISHERS MOSCOW . VỀ MẠCH ĐIỆN 1 1. 1. GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA LÝ THUYẾT MẠCH: 1 1. 1 .1 Mạch điện và mô hình: 1 1. 1 .1. 1 Cường độ dòng điện: 2 1. 1 .1. 2 Điện áp: 2 1. 1 .1. 3 Công suất : 3 1. 1.2 Mô hình mạch. đương 10 1. 2.4 .1 Biến đổi điện trở (hình 1- 11a,b) 10 1. 2.4.2 Biến đổi nguồn (hình 1- 2a,b) 10 1. 2.4.3 Biến đổi sao – tam giác (hình 1- 1 3) 10 1. 2.4.4 Biến đổi mạng một cửa (2 cực) không nguồn (hình. nguồn (hình 1- 1 5): 12 1. 2.4.5 Phép biến đổi Thévenin-Norton: 12 1. 3. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 13 1. 3 .1 Đònh luật Kirchhoff 1 (K 1) 13 1. 3.2 Đònh luật Kirchhoff 2 (K 2): 14 1. 3.3 Đònh