Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích:Sau khi kết thúc mô đun này, người học hiểu thêm về các quy định của kỹ thuật điện và điện tử. Những quy định này là nền tảng cho việc nghiên cứu hay các ứng dụng chuyên ngành trong lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử. Thông qua đơn vị này, người học sẽ nắm vững hơn về các mạng điện một chiều phức tạp, độ nhạy của mạch RLC để xen kẽ dạng sóng và hiệu suất của các mạng nhiều cổng. Người học sẽ áp dụng các kiến thức được học để giải quyết các vấn đề có liên quan đến kỹ thuật điện và điện tử.
0 LILAMA TECHNICAL & TECHNOLOGY COLLEGE Address: Km 32 National Road 51, Long District Dong nai Province, Viet nam ĐT: 061 355 8700 Fax: 061 355 8711 GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ MÔN HỌC: 9209–02- 502 GIÁO TRÌNH Đơng Nai 2016 NGUN LÝ KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ MÔN HỌC: 9209–02- 502 Thời gian đào tạo: 95 (35 lý thuyết, 60 thực hành) Mục đích:Sau kết thúc mơ đun này, người học hiểu thêm quy định kỹ thuật điện điện tử Những quy định tảng cho việc nghiên cứu hay ứng dụng chuyên ngành lĩnh vực kỹ thuật điện điện tử Thông qua đơn vị này, người học nắm vững mạng điện chiều phức tạp, độ nhạy mạch RLC để xen kẽ dạng sóng hiệu suất mạng nhiều cổng Người học áp dụng kiến thức học để giải vấn đề có liên quan đến kỹ thuật điện điện tử Mục tiêu Sau kết thúc mơ đun này, người học có thể: Hiểu mạng chiều phức tạp Tiêu chí đánh giá Sau kết thúc mơ đun này, người học có khả năng: 1.1 Tạo mơ hình mạch tương đương cho mạch điện trở bán dẫn 1.2 Đánh giá giới hạn hiệu suất mạch chiều theo điều kiện thiết kế cho sẵn 1.3 Đánh giá hiệu suất mạch điều kiện biến Nội dung chi tiết Dòng điện giới hạn hiệu suất, truyền cơng suất Mạch điện chiều Mạch nối tiếp, mạch song song, mạch nối tiếp- song song Hiệu suất Đặc tính thành phần mạch điện, nguồn cung cấp điện, tín hiệu đầu vào, dung sai mạch Điều kiện nhiệt độ, điện áp, nguồn cung cấp điện, dòng điện, gợn song dòng điện, đổi bước dòng điện Mục tiêu Sau kết thúc mơ đun này, người học có thể: Hiểu độ nhạy mạch RLC luân phiên hình thức sóng Tiêu chí đánh giá Sau kết thúc mơ đun này, người học có khả năng: 2.1 Tạo mơ hình mạch RLC động 2.2 Phân tích đáp ứng tần số mạch RLC điều chỉnh 2.3 Phân tích yếu tố hiệu chỉnh hệ số cơng suất 2.4 Đánh giá hiệu ứng tạm thời mạch RLC 2.5 Đánh giá việc sử dụng thực tế hiệu ứng tạm thời Nội dung chi tiết Mạch RLC Mạch nối tiếp, mạch song song, mạch song song – nối tiếp Tần số Tần số điều chỉnh, tần số sóng hài, tần số hài phụ, tần số thứ hai, tần số thứ ba Mục tiêu Sau kết thúc mô đun này, người học có thể: Hiểu khái niệm lý thuyết điện từ Tiêu chí đánh giá Sau kết thúc mô đun này, người học có khả năng: 3.1 Phân tích điện trường tĩnh 3.2 Phân tích từ trường tĩnh 3.3 Đánh giá thời gian thay đổi điện trường từ trường 3.4 Giải vấn đề liên quan đến sóng điện từ đường dây truyền tải Nội dung chi tiết Điện trường tĩnh Lực điện tích điểm, Luật Coulomb, cường độ điện trường, điện trường số điện tích điểm, vectơ điện trường tĩnh điện Từ tính (lưỡng cực, vòng lặp cuộn dây), độ dẫn từ, vector từ trường, hiệu ứng từ trường dòng điện Thời gian thay đổi điện trường từ trường Luật Faraday (dòng có nguồn gốc hình thức tích phân), Định lý Stoke, phương trình Maxwell, ứng dụng mạch lĩnh vực lý thuyết Sóng đường dây truyền tải điện Đồng trục, hai dây đường dây truyền tải ắc quy, vô tuyến truyền thông, trở kháng đường dây tải điện, hệ số phản xạ, đường truyền có khe, biểu đồ smith, thơng số tán xạ Mục tiêu Sau kết thúc mô đun này, người học có thể: Biết cách phân tích hệ thống điện mơ hình hóa mạng hai cổng Tiêu chí đánh giá Sau kết thúc mơ đun này, người học có khả năng: 4.1 Giải thích thơng số sử dụng mơ hình hai cổng 4.2 Giải thích bắt nguồn đầu vào đầu phương trình tham số mơ hình Nội dung chi tiết Thơng số Z ( mơ hình trở kháng); Y (mơ hình dẫn nạp) h (mơ hình hỗn hợp); đại số ma trận Mục tiêu Sau kết thúc mơ đun này, người học có thể: Có thể phân tích hệ thống điện mơ hình hóa mạng hai cổng Tiêu chí đánh giá Sau kết thúc mơ đun này, người học có khả năng: 5.1 chuyển đổi giá trị mạch sử dụng thơng số từ mơ hình khác 5.2 giải vấn đề liên quan đến độ khuyếch đại mơ hình mạng hai cổng Nội dung chi tiết Thơng Số Z ( mơ hình trở kháng); Y (mơ hình dẫn nạp) h (mơ hình hỗn hợp); đại số ma trận Độ khuyếch đại: Tần số thấp; tần số điểm giữa; tần số cao CHƯƠNG QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH ĐIỆN KHÁI NIỆM Quá trình độ trình biến đổi dòng điện ban đầu thành giá trị xác lập Xét mạch điện hình vẽ: Trong đó: K khóa dùng đóng mở mạch điện Trước khóa K đóng i = gọi giá trị ban đầu Khóa K đóng thời gian dài dòng điện đạt đến giá trị xác lập là= E / R Quá trình biến đổi từ giá trị ban đầu đến giá trị xác lập gọi trình độ Mạch RL 2.1 Current growth in an L − R circuit Tại t = đóng khố K lại Tìm cường độ dòng điện i(t) chạy mạch điện Problem A relay has an inductance of 100mH and a resistance of 20Ω It is connected to a 60V, d.c supply determine the value of current flowing at a time equal to two time constants and the time for the current to grow to 1.5A Before the current/time characteristic can be drawn, the time constant and steady-state value of the current have to be calculated Time constant Problem 10 The winding of an electromagnet has an inductance of 3H and a resistance of 15Ω When it is connected to a 120V d.c supply, calculate: (a) the steady-state value of current flowing in the winding, (b) the time constant of the circuit, (c) the value of the induced e.m.f after 0.1s, (d) the time for the current to rise to 85 per cent of its final value and (e) the value of the current after 0.3s 2.2 Current decay in an L-R circuit Problem 12 A coil having an inductance of 6H and a resistance of R is connected in series with a resistor of 10 to a 120V d.c supply The time constant of the circuit is 300ms When steady-state conditions have been reached, the supply is replaced instantaneously by a short-circuit Determine: (a) the resistance of the coil, (b) the current flowing in the circuit one second after the shorting link has been placed in the circuit and (c) the time taken for the current to fall to 10 per cent of its initial value Mạch RC 3.1 Charging a capacitor Problem A 15μF uncharged capacitor is connected in series with a 47kΩ resistor across a 120V d.c supply determine the capacitor voltage at a time equal to one time constant after being connected to the supply, and also two seconds after being connected to the supply Also, find the time for the capacitor voltage to reach one half of its steady-state value To construct an exponential curve, the time constant of the circuit and steady-state value need to be determined Problem A 4μF capacitor is charged to 24V and then discharged through a 220kΩ resistor determine the value of capacitor voltage, resistor voltage and current 1.5s after discharge has started Problem A 20μF capacitor is connected in series with a 50k resistor and the circuit is connected to a 20V d.c supply Determine: (a) the initial value of the current flowing, (b) the time constant of the circuit, (c) the value of the current one second after connection, (d) the value of the capacitor voltage two seconds after connection and (e) the time after connection when the resistor voltage is 15V Problem A circuit consists of a 10μF capacitor connected in series with a 25 k resistor with a switchable 100 V d.c supply When the supply is connected, calculate (a) the time constant, (b) the maximum current, (c) the voltage across the capacitor after 0.5 s, (d) the current flowing after one time constant, (e) the voltage across the resistor after 0.1 s, (f) the time for the capacitor voltage to reach 45 V and (g) the initial rate of voltage rise 3.2 Discharging a capacitor When a capacitor is charged, and the switch is then moved to position B, the electrons stored in the capacitor keep the current flowing for a short time Initially, at the instant of moving from A to B, the current flow is such that the capacitor voltage vC is balanced by an equal and opposite voltage vR =iR Since initially vC= vR =V, then i = I =V/R During the transient decay, vC =vR Finally the transients decay exponentially to zero, i.e vC = vR =0 The equations representing the transient curves during the discharge period of a series connected C-R circuit are: Problem A capacitor is charged to 100V and then discharged through a 50k resistor If the time constant of the circuit is 0.8s, determine: (a) the value of the capacitor, (b) the time for the capacitor voltage to fall to 20V, (c) the current flowing when the capacitor has been discharging for 0.5s and (d) the voltage drop across the resistor when the capacitor has been discharging for one second 43 44 Bài tập Bài Cho mạch điện hình vẽ: Hình 80 Cho u(t) = 8cost(V) Tính cơng suất tòan mạch uR Hướng dẫn giải Biến đổi sơ đồ mạch điện sang sơ đồ phức Ap dụng phương pháp biến đổi tương đương ta có Z td j 0,2 0,6j 1,2 0,4j 1,3180 () I 80 6,2 18 (A) 1,318 I 6,2 18 0,5j 1 0,5j 1.I 2,7745,435(V) U R uR = 2.77cos(t+450 ) V Ptm 1,2.6,2 23 W Bài Một nguồn áp ba pha đối xứng cung cấp điện cho hai tải song song, Tải đấu hình đối xứng với tổng trở pha: Z1= 8-8j, Tải đấu hình tam giác đối tổng trở pha: Z2 = 24+24j Điện áp dây nguồn 240V Bỏ qua tổng trở đườngdây Tính dòng điện đường dây Hướng dẫn giải Z1 8j 2 - 45 Ω Tải : P1 3R I p 240 3600W 3.8 3.8 240 3600 Var Q1 3X I 3.8 3.8 Z 24 24j 24 245 Ω p Tải2 P1 3R I 240 3600W 3.24 24 Q1 3X I 240 3600 Var 3.24 24 p 2 p P =P1 +P2 =7200 W Q =Q1+Q2 =0 Var 45 S P Q 7200 VA Id S 3U d 17.32 A Problem A voltage wave has an amplitude of 800 V at the fundamental frequency of 50 Hz and its nth harmonic has an amplitude 1.5% of the fundamental The voltage is applied to a series circuit containing resistance Ω, inductance 0.369 H and capacitance 0.122 μF Resonance occurs at the nth harmonic Determine (a) the value of n, (b) the maximum value of current at the nth harmonic, (c) the p.d across the capacitor at the nth harmonic and (d) the maximum value of the fundamental current 46 Chương 5: MẠNG BỐN CỰC VÀ ỨNG DỤNG Hình 81 phương trình đặc tính Z U1 = Z11I1 + Z12I2 U2 = Z12I1 + Z22I2 Z11 = U1 I1 I2 z11 trở kháng vào hở mạch cửa Z21 = U2 I1 I () z12 trở kháng vào hở mạch cửa Z12 = U1 I I1 () z21 trở kháng truyền đạt hở mạch Z22 = U2 I I1 () z22 trở kháng truyền đạt hở mạch (5.1) 47 Hệ phương trình đặc tính Y I1 = Y11 U1 + Y12 U2 I2 = Y21 U1 + Y22 U2 (5.2) y11 dẫn nạp vào ngắn mạch cửa y12 dẫn nạp vào ngắn mạch cửa y21 dẫn nạp truyền đạt ngắn mạch y22 dẫn nạp truyền đạt ngắn mạch Ví dụ 1: Cho mạng hai cửa hình vẽ: I1 U1 I2 U2 Có thông số Z11 =Z22 = 10 Z12 =Z21 = cho U1 = 24 V a/ Tìm U2 hở mạch đầu có tải R =2 đầu b/ tìm I1 I2 ngắn mạch đầu Giải a/ Phương trình trạng thái U1= 10I1 +2I2 U2= 2I1 +10I2 Khi hở mạch không tải I2 = ; U1 = 24 V I1 = 24/10 = 2.4 A ; U2 = 2I1 = 4.8 A Khi có tải R = U2 = 2I2 24 = 10I1 +2I2 = 2I1 +12I2 I2 = -24/58 A ; U2 = 0.82 V b/ Khi ngắn mạch ngõ U2 = 24 = 10I1 +2I2 = 2I1 +10I2 I1 = 2.5 A ; I2 = - 0.5 A 48 I1 = 24/10 = 2.4 A ; U2 = 2I1 = 4.8 A Ví dụ 2: Cho mạng hai cửa hình vẽ: 4Ω I1 I1 2Ω ' 2Ω I2 b I1 U1 a U2 4Ω Xác định tham số Z Phương trình trạng thái U1= Z11 I1 +Z12 I2 U2= Z21 I1 +Z22 I2 p dụng phương pháp dòng mắt lưới 6I1 – 2I3 + 4I2 = U1 (1) 6I2 + 2I3 + 4I1= U2 (2) 8I3 -2I1 +2I2 = Thế I3 vào (1) (2) ta có 11 Z11 = = Z22 Z21 = = Z12 Ví dụ 3: Xác định thông số Z mạch : 0,05 U X I3 I1 I2 100Ω U1 50Ω I1 50Ω UX I2 U2 IX Nếu mắc cửa điện trở 5Ω, kích thích cửa nguồn áp U1 = 10V Tìm dòng điện chảy qua điện trở 5Ω Dùng phương pháp dòng mắc lưới (100 + 50)I1 + 50I2 + 100I3 = U1 50I2 + (50 + 50)I2 – 50I3 = U2 Trong : I3 = 0,05 UX UX = 50IX = 50(I1 + I2) I3 = 2,5(I1 + I2) U1 400I1 300I 49 U 75I1 25I Vậy : Z11 = 400Ω , Z12 = 300Ω , Z21 = – 75Ω , Z22 = – 25Ω Khi mắc cửa điện trở 5Ω U2 = – 5I2 I2 3U1 A 580 58 Ví dụ Cho mạng hai cửa hình vẽ: 4 4 44 4 Xác đònh thông số Y Phương trình trạng thái I1= Z11 U1 +Z12 U2 I2= Z21 U1 +Z22 U2 p dụng phương pháp nút 1 1 I1 U ( ) U U (1) 4 4 1 1 I U ( ) U U (2) 4 4 1 1 U ( ) U1 U 4 4 Thế U3 vào (1) (2) ta có Y11 =Y22 =1/6 1/ : Y12 =Y21 = -1/12 1/ 50 Mạch lọc thụ động LC loại k Lọc thông thấp Hàm truyền đạt điện áp Low-pass filters Cut-off frequency and nominal impedance calculations 51 nominal impedance Ro To determine values L and C given R0 and fc High-pass filters 52 Band-pass filters Band-stop filters Problem A band-pass filter is comprised of a low-pass T-section filter having a cut-off frequency of 15 kHz, connected in series with a high-pass T-section filter having a cut-off 53 frequency of 10 kHz The terminating impedance of the filter is 600Ω Determine the values of the components comprising the composite filter For the low-pass T- section filter: and the shunt arm inductance is 4.77mH The composite, band-pass filter is shown in Figure The attenuation against frequency characteristic will be similar to Figure where fCH =10 kHz and fCL =15 kHz Problem A filter section is required to pass all frequencies above 25 kHz and to have a nominal impedance of 600Ω Design (a) a high-pass T-section filter, and (b) a high-pass Πsection filter to meet these requirements 54 (a) A high-pass T-section filter is shown in Figure (a), where the series arm capacitances are each 2C (see Figure (a)), i.e 5.305 = 10.61 nF (b) A high-pass Π-section filter is shown in Figure (b), where the shunt arm inductances are each 2L (see Figure (b)), i.e 1.91 = 3.82 mH Problem Determine the cut-off frequency and the nominal impedance for the high-pass T-connected section shown in Figure Comparing Figure with the high-pass section of Figure (a), shows that: 55 Problem A filter section is to have a characteristic impedance at zero frequency of 600Ω and a cut-off frequency of MHz Design (a) a low-pass T-section filter, and (b) a low-pass Π-section filter to meet these requirements The characteristic impedance at zero frequency is the nominal impedance R0, i.e R0 = 600Ω; cut-off frequency fc = 5MHz = 106 Hz From equation (3), capacitance, A low-pass T-section filter is shown in Figure (a), where the series arm inductances are each L/2 (see Figure (a)), i.e 38.2/2=19.1H (b) A low-pass _-section filter is shown in Figure (b), where the shunt arm capacitances are each C/2 (see Figure (b)), i.e 106/2=53 pF Problem Determine the cut-off frequency and the nominal impedance for the low-pass Tconnected section shown in Figure 56 Comparing Figure with the low-pass section of Figure (a), shows that: 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Điện kỹ thuật Nguyễn Viết Hải - Nhà xuất lao động Xã Hội – Hà Nội – Năm 2004 [2] Cơ sở kỹ thuật điện Hoàng Hữu Thận Nhà xuất kỹ thuật Hà Nội – Năm 1980 [3] Giáo trình kỹ thuật điện Vụ trung học chuyên nghiệp dạy nghề - Nhà xuất Giáo Dục –Năm 2005 [4] Mạch điện Phạm Thị Cư (chủ biên) - Nhà Xuất Giáo dục - 1996 [5] Cơ sở lý thuyết mạch điện Nguyễn Bình Thành - Đại học Bách khoa Hà Nội - 1980 [6] Kỹ thuật điện đại cương Hoàng Hữu Thận - Nhà Xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp - Hà Nội - 1976 [7] Bài tập Kỹ thuật điện đại cương Hoàng Hữu Thận - Nhà Xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp - Hà Nội - 1980 ... NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ MÔN HỌC: 9209–02- 502 Thời gian đào tạo: 95 (35 lý thuyết, 60 thực hành) Mục đích:Sau kết thúc mơ đun này, người học hiểu thêm quy định kỹ thuật điện. .. đến sóng điện từ đường dây truyền tải Nội dung chi tiết Điện trường tĩnh Lực điện tích điểm, Luật Coulomb, cường độ điện trường, điện trường số điện tích điểm, vectơ điện trường tĩnh điện Từ tính... Dòng điện chậm sau điện áp góc , 90(i.e /2 rads) c Mạch điện xoay chiều điện dung So sánh biểu thức điện áp u dòng điện ta thấy: dòng điện điện áp có tần số song lệch pha góc Dòng điện