2. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường2
Đánh giá môn học
Điểm chuyên cần: 10%
Kiểm tra trên lớp: 20%
Thi cuối kỳ: 70%
3. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường3
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
5. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường5
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
6. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường6
Mạch điện và các phần tử mạch
Phần tử 2 cực
Phần tử 3 cực
Phần tử 4 cực
7. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường7
Mạch điện và các phần tử mạch
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)
8. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường8
Mạch điện và các phần tử mạch
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)
9. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường9
Mạch điện và các phần tử mạch
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
10. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường10
Mạch điện và các phần tử mạch
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:
11. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường11
Mạch điện và các phần tử mạch
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
12. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường12
Mạch điện và các phần tử mạch
Công suất và năng lượng trên điện trở
Điện trở tiêu thụ năng lượng
Năng lượng tiêu tán trên điện trở
13. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường13
Mạch điện và các phần tử mạch
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
14. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường14
Mạch điện và các phần tử mạch
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
15. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường15
Mạch điện và các phần tử mạch
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.
16. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường16
Mạch điện và các phần tử mạch
Các nguồn phụ thuộc
Giá trị của áp/dòng phụ thuộc vào dòng/áp ở vị trí khác của
mạch
17. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường17
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
18. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường18
Định luật cơ bản của mạch điện
Định luật Kirchoff 1
Định luật Kirchoff 2
20. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường20
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
21. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường21
Các phương pháp biến đổi tương đương mạch
Các nguồn sức điện động mắc nối tiếp
Các nguồn dòng điện mắc song song
22. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường22
Các phương pháp biến đổi tương đương mạch
Các phần tử điện trở mắc nối tiếp
Các phần tử điện trở mắc song song
23. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường23
Các phương pháp biến đổi tương đương mạch
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
24. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường24
Các phương pháp biến đổi tương đương mạch
Phép biến đổi sao – tam giác
25. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường25
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
26. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường26
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
27. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường27
Phương pháp thế nút
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)
28. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường28
Phương pháp thế nút
Viết dưới dạng ma trận
Đặt
Phương trình thế nút cho 2 nút còn lại
29. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường29
Phương pháp thế nút
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
30. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường30
Phương pháp thế nút
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.
31. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường31
Phương pháp thế nút
Cho mạch điện như hình vẽ. Tính IR?
32. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường32
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
33. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường33
Phương pháp dòng mắt lưới
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.
34. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường34
Phương pháp dòng mắt lưới
Thiết lập phương trình lưới
Thế (3) vào (1) và (2)
35. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường35
Phương pháp dòng mắt lưới
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
36. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường36
Phương pháp dòng mắt lưới
Cho mạch điện như hình vẽ. Tính I1, I2, I3, I4, I5, I6 ?
37. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường37
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.
38. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường38
Các định lý cơ bản của mạch điện
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.
39. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường39
Các định lý cơ bản của mạch điện
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
40. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường40
Các định lý cơ bản của mạch điện
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.
41. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường41
Các định lý cơ bản của mạch điện
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
43. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường43
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
44. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường44
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
45. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường45
Qúa trình điều hòa
Quá trình điều hòa là hàm tuần hoàn theo t
Già sử có hai đại lượng điều hòa cùng tần số góc ω
46. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường46
Qúa trình điều hòa
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.
47. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường47
Qúa trình điều hòa
Theo định nghĩa trên ta có
Trị hiệu dụng I của dòng điện i(t)
Quan hệ giữa trị hiệu dụng và biên độ
48. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường48
Phương pháp biên độ phức
Số phức
Đơn vị ảo j
• a= ReA = Phần thực của A
• b=ImA = Phần ảo của A
49. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường49
Phương pháp biên độ phức
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
50. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường50
Phương pháp biên độ phức
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
52. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường52
Phương pháp biên độ 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
53. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường53
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
54. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường54
Quan hệ giữa U và I trên các phần tử
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
55. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường55
Quan hệ giữa U và I trên các phần tử
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:
56. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường56
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
57. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường57
Các định luật Ohm, Kirchoff dạng phức
Định luật Kirchoff 1
Tổng đại số các ảnh phức của các dòng điện tại một nút bất kỳ
thì bằng không
Định luật Kirchoff 2
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
58. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường58
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
59. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường59
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
60. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường60
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
62. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường62
Công suất
Công suất tức thời : p(t) = u(t) * i(t)
Công suất tác dụng (công suất trung bình)
63. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường63
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
65. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường65
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?
66. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường66
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
67. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường67
Mạch công hưởng
• Trở kháng của mạch
• Module trở kháng
• Argument trở kháng
• Dẫn nạp của mạch
68. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường68
Mạch công hưởng
• Để xảy ra cộng hưởng
• Khi cộng hưởng
• Hệ số phẩm chất
69. Mạch điệnTh.S Nguyễn Lê Tường69
Mạch công hưởng
• Mạch cộng hưởng song song
• Để cộng hưởng
• Tần số cộng hưởng