Giáo trình Mạch điện - Nguyễn Thành Nam (Phần 2)

- Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 153 Chương 6 Quỏ trỡnh quỏ độ Bài 1: Khái niệm về quá trình quá độ trong mạch điện 1. Khái niệm về quá trình quá độ trong mạch điện Như ta đã biết, mạch điện tồn tại ở hai chế độ : - Chế độ xác lập: Mạch điện đi vào làm việc sau khi đóng nguồn với thời gian đủ lớn. Nói chung quá trình đi đến ổn định nên đáp ứng của chế độ này mặc dù cũng là nghiệm của hệ vi phân nhưng không phụ thuộc vào sơ kiện, đáp ứng có cùng tần số với kích thước - Chế độ thứ hai là chế độ quá độ, đây là giai đoạn tồn tại khi mạch mới được Đóng (cắt ) nguồn (chưa đi đến xác lập), nên rõ ràng nghiệm của quá trình tùy thuộc vào giá trị ban đầu là giá trị tại thời điểm đóng (mở) gọi là sơ kiện, nên đây là bài toán phương trình vi phân cho thỏa mãn sơ kiện. Ví dụ: Đóng khóa K vào mạch một chiều như hình vẽ. Ta xét xem có những quá trình gì xảy ra. Trước khi đóng khóa K(thời gian đủ lớn) coi là mạch ở trạng thái xác lập A, có phương trình là : E = I.(R + r), đây là phương trình cũ ứng với sơ đồ nguồn E cấp vào mạch R nối tiếp với r. Tại thời điểm to ( là mốc thời gian để đóng, mở) ta đóng khóa K làm kết cấu mạch thay đổi(nối tắt điện trở R), nên phương trình thay đổi có dạng : E = r.i + L.i’ Đây là phương trình tồn tại trong khoảng thời gian từ lúc đóng khóa K cho đến lúc mạch xác lập sau. Nghiệm i của phương trình này phụ thuộc vào giá trị dòng điện i tại thời điểm đóng khóa K. Rõ ràng đây là hệ phương trình của giai đoạn quá độ. Sau khi đóng khóa K với thời gian đủ lớn để mạch điện đạt đến chế độ xác lập mới, ta có phương trình là: E = Imới.r . Việc tính chế độ xác lập cũ và mới ta đã phân tích ở phần mạch xác lập , bây giờ cần phân tích nghiệm của giai Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 154 đoạn qua độ nữa thì sẽ lấp đầy qúa trình thời gian trong mạch điện từ lúc đóng (cắt) nguồn đến lúc xác lập. a. Định nghĩa về mặt toán học: Từ phân tích ở ví dụ trên ta thấy khi có sự thay đổi trong mạch (thay đổi cấutrúc, thông số hoặc kích thích) thì sơ đồ thay đổi, hệ phương trình mạch thay đổi và dẫn đến xảy ra quá trình quá độ trong mạch. Nên có thể nói : Quá trình nghiệm đúng hệ phương trình mới từ lân cận một thời điểm t0 nào đó là quá trình quá độ. Về mặt Toán học chúng ta đã biết bài toán quá trình thời gian là bài toán Cauchy - bài toán sơ kiện - Bài toán quá trình quá độ. Từ đây thấy sự khác nhau cơ bản giữa bài toán quá trình quá độ và bài toán quá trình xác lập là giải bài toán quá trình quá độ là giải hệ phương trình vi phân của mạch trong khoảng thời gian quá trình quá độ cho thỏa mãn sơ kiện, còn giải bài toán quá trình xác lập là giải hệ phương trình vi phân của mạch từ thời điểm quá trình đã đi vào xác lập không quan tâm đến sơ kiện. Gọi những thay đổi đặc tính, thông số, kết cấu để dẫn đến quá trình quá độ là những tác động đóng, mở.Trong KTĐ hình dung như đóng mở khóa K. Vậy mỗi động tác đóng mở kết thúc một quá trình cũ ứng với hệ phương trình cũ, sơ đồ cũ để chuyển sang một quá trình mới ứng với hệ phương trình mới, sơ đồ mới. - Mốc thời gian chuyển đổi đó gọi là thời điểm đóng mở, chọn ký hiệu to ( để tiện lợi hơn chọn to = 0) quá trình nghiệm đúng hệ phương trình mới từ khởi điểm nghiệm cũ tại to gọi là quá trình quá độ. Biểu diễn các quá trình cũ, quá trình mới và mốc thời gian (như hình vẽ). Việc đóng mở hoàn thành trong thời gian đủ ngắn (trong thời gian đó quá trình rất phức tạp). Do những tính chất cơ bản của quá trình mới – quá trình quá độ – thể hiện rõ ở thời gian đóng mở, cho nên coi quá trình đóng mở hoàn thành trong một lân cận đủ nhỏ quanh mốc thời gian to. Từ định nghĩa quá trình quá độ thấy rõ nghiệm quá trình quá độ chính là nghiệm của hệ phương trình vi phân mô tả mạch điện ở giai đoạn quá độ cho Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 155 thỏa mãn sơ kiện. Cho nên dưới một số kích thước chuẩn như hàm mũ, chu kỳ nếu thông số của hệ là thuận lợi thì xuất phát từ bộ sơ kiện, nghiệm quá trình có thể dần tới giá trị xác lập, hữu hạn. Lúc đó có thể định nghĩa quá trình quá độ là quá trình chuyển tiếp từ chế độ xác lập cũ sang chế độ xác lập mới (cũng có nhiều quá trình không chuyển đến xác lập mà tăng trưởng vô cùng lớn...) Và ta cũng có thể chọn sơ kiện sao cho x(+0), x’(+0) vừa khéo bằng xxl(+0), x’xl(+0) thì quá trình quá độ không xảy ra, mà tiến đến xác lập ngay. Từ đây có thể lý giải sự tồn tại của quá trình quá độ như sau: quá trình cũ(ứng với hệ phương trình cũ bậc n) tiến đến quá trình mới (ứng với hệ phương trình vi phân mới bậc n) biến x(t), do thay đổi liên tục, phải kha vi đến cấp(n-1), do đó quá trình phải biến thiên liên tục từ giá trị đầu x(+0), (giá trị này quyết định bởi trạng thái cũ và hệ phương trình cũ x(- 0). Song quá trình xác lập mới xxl(+0) lại không tùy thuộc quá trình cũ nên luôn có x (+0)  xxl(+0), do đó trong hệ cần có chuyển tiếp quá độ dần đến quá trình xác lập. Ví dụ: Đóng mạch r – C vào nguồn s đ đ E (như hình vẽ). Trước khi đóng khóa K có uC(- 0)= 0. Sau khi đóng K , áp trên tụ uC phải biến thiên từ uC (- 0)= 0 = uC(+ 0) đến uCXL(0)= E nên từ uC(0) = 0 đến uCXL(0)= E là quá trình quá độ. Ta có phương trình của giai đoạn quá độ là : Đổi sang biến số uC ta được: Giải phương trình vi phân biểu diễn quá trình quá độ trên ta được nghiệm tổng quát là: Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 156 Trong đó A là hằng số tích phân sẽ xác định khi biết sơ kiện uC(0), rõ ràng ứng với các sơ kiện khác nhau thì A khác nhau. Vẽ đường cong uC quá độ với sơ kiện uC (0) = 0 ( như hình vẽ). b. Định nghĩa về mặt vật lý: Mạch điện ta xét thuộc hệ thống năng động lượng , trong mạch có những kho năng lượng điện, từ (ứng với số hạng đạo hàm, tích phân, trong phương trình, ứng với L, C trong sơ đồ ), nên năng lượng phải tăng, giảm liên tục,không thể tăng giảm đột ngột vì công suất nguồn là hữu hạn( không có nguồn vô cùng lớn). Vì vậy cần có thời gian để năng lượng trong các kho phân bố lại dần từ trạng thái cũ sang trạng thái mới. Tức là ở một trạng thái, các kho có mức năng lượng nhất định, khi chuyển sang trạng thái khác cần có thời gian để phân bố lại năng lượng các kho ứng với chế độ mới. Thời gian đó chính là thời gian quá độ. c. Ta thấy quá trình quá độ ở các TBĐ mặc dù xảy ra trong thời gian rất ngắn( cỡ 10-3 s ), song ở chế độ này điện áp, dòng điện trên các phần tử có quy luật biến thiên rất phức tạp, có thể xuất hiện quá điện áp hoặc quá dòng điện. Cho nên cần phải xét chế độ này để hạn chế các tác hại và tính toán, thiết kế hệ thống bảo vệ...Ví dụ: có thể gặp quá trình quá độ khi mở máy các động cơ điện, khi sự cố đường dây truyền tải điện, khi sét đánh đường dây tải điện... lúc này ta cần phải hiểu biết quá trình quá độ để chấm dứt sớm quá trình quá độ, tính toán hệ thống bảo vệ khi có sự cố. Cũng có một số ít trường hợp quá trình quá độ là quá trình làm việc thường xuyên của thiết bị điện như các mạch tạo xung. 2. Phân loại bài toán quá trình quá độ. a. Theo nội dung: + Bài toán phân tích: Là bài toán QTQĐ biết kết cấu , thông số, kích thích. Cần giải ra nghiệm QTQĐ x(t), từ đó xét tính chất nghiệm để đánh giá quá trình. + Bài toán tổng hợp- hiệu chỉnh: Là bài toán xác định hiệu chỉnh cấu trúc, các hệ số, đặc tính phần tử sao cho quá trình có những tính chất, dáng điệu cần Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 157 thiết biết trước. b. Theo tính chất mạch điện: + Bài toán QTQĐ tuyến tính: Vận dụng tính chất xếp chồng của mạch tuyến tính để đưa ra các phương pháp tính QTQĐ mạch tuyến tính một cách thuận tiện tránh sa vào việc đơn thuần toán học giải hệ phương trình vi phân cho thỏa mãn sơ kiện. Các phương pháp như sau: - PP tích phân kinh điển: xqđ = xxl + xtd thực chất là sự xếp chồng nghiệm quá trình xác lập sau đóng mở với nghiệm tự do để được nghiệm quá độ. - PP TP Duhament. - PP Toán tử Laplace là phương pháp thay vì giải hệ phương trình vi phân thời gian thỏa mãn sơ kiện bằng giải hệ phương trình đại số ảnh toán tử Laplace có chứa sơ kiện. + Bài toán quá độ phi tuyến: Là bài toán giải hệ phương trình vi phân phi tuyến cho thỏa mãn sơ kiện. Ta đã biết với hệ phương trình phi tuyến không có phương pháp chung nào để giải mà chỉ có các phương pháp giải gần đúng cho từng bài toán QTQĐ cụ thể. 3. Các luật đóng mở a. Luật đóng mở 1: Phát biểu như sau: “ Tổng điện tích ở một đỉnh phải liên tục nói chung cũng như nói riêng ở thời điểm đóng mở “ Biểu thức theo biến q: Biểu thức theo biến uC: Khi bài toán chỉnh, không có vòng thuần dung thì: uC(+0) = uC(- 0) Vậy luật đóng mở 1 của bài toán chỉnh là : “ Điện áp trên tụ điện phải liên tục tại thời điểm đóng mở “. b. Luật đóng mở 2: Phát biểu như sau: “ Tổng từ thông móc vòng trong một vòng kín phải liên tục nói chung, cũng như nói riêng tại thời điểm đóng mở “. Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 158 Biểu thức theo biến : Biểu thức theo biến iL : Khi bài toán chỉnh không tồn tại tập cắt thuần L thì có: iL(+0) = iL(- 0). Nên luật đống, mở 2 của bài toán chỉnh là: “ Dòng điện qua cuộn cảm phải liên tục tại thời điểm đóng mở “ Bài 2: tính toán thông số trong quá trình quá độ 1. Phép biến đổi Lap-lace. a. Phép biến đổi Laplace thuận. Nếu hàm f(t) hàm biến thực thỏa mãn điều kiện Điriclet thì: Hàm f(t) như vậy gọi là hàm gốc. Các phép tính lên hàm gốc là đạo hàm, tích phân... phân bố trong không gian, gốc là hệ phương trình vi phân theo t. Hàm F(p) gọi là hàm ảnh Laplace của gốc f(t), F(p) là hàm biến phức trong đó p=  + j. Vậy phép biến đổi Laplace thuận chuyển (ánh xạ) hàm gốc thực f(t) thành hàm ảnh F(p) biến phức, phân bố trong không gian ảnh, tức là ta có quan hệ dóng đôi: f(t)  F(p) Biến đổi Laplace là biến đổi một phía, ảnh của nó không phụ thuộc vào hàm f(t) ở t 0 b. Phép biến đổi Laplace ngược. Có công thức Rieman – Mellin để tìm hàm gốc f(t) theo hàm ảnh F(p) như sau: Công thức trên được gọi là phép biến đổi Laplace ngược. Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 159 c. Các định lý, tính chất cơ bản của phép biến đổi Laplace. Các định lý ảnh gốc. + Tính chất tuyến tính: ảnh của tổ hợp tuyến tính các hàm fk(t) cũng là một tổ hợp tuyến tính của các ảnh Fk(p). + ảnh Laplace của đạo hàm gốc: Tìm ảnh Laplace của (t): Dùng phương pháp toán phân đoạn để thực hiện tích phân trên: Thay vào biểu thức tích phân ta được: Được ảnh Laplace của đạo hàm gốc : (p) = pF(p) – f(0) Phát biểu là: ảnh của đạo hàm hạng 1 lên gốc bằng tích p với ảnh hàm gốc đó trừ đi sơ kiện của gốc (giống ảnh phức của đạo hàm điều hòa bằng tích j với ảnh phức hàm điều hòa nào đó; có khác là ảnh phức gắn với bài toán xác lập Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 160 hình sin nên không quan tâm đến sơ kiện). Có thể nói phép đạo hàm lên gốc gióng đôi với phép nhân với p ảnh của gốc đó trừ đi sơ kiện: Chứng minh được f(0) = f(- 0) nên có: Từ công thức thấy sơ kiện bài toán có trong ảnh của đạo hàm gốc, tức là thông tin về sơ kiện có trong ảnh của đạo hàm và vì chỉ cần f(-0) nên không phân biệt bài toán chỉnh hay không chỉnh khi giải quá trình quá độ bằng phương pháp toán tử. Khi điều kiện đầu bằng 0 thì có : Vậy muốn xác định ảnh của đạo hàm gốc cần phải tính sơ kiện của bài toán. + ảnh của tích phân gốc : Ta có ảnh của tích phân hàm gốc bằng ảnh của gốc đó chia cho p, hay phép tích phân lên gốc (ứng) dóng đôi với phép chia ảnh của hàm gốc đó cho p. + Định lý dịch gốc (chậm trễ) : Được mô tả bằng biểu thức Phép dịch gốc thời gian ứng với phép nhân e-p. lên ảnh + Định lý dịch ảnh : Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 161 Được biểu diễn bằng biểu thức Phép nhân e.t lên gốc ứng với phép dịch ảnh một đoạn  lên mặt phẳng phức + Định lý đồng dạng : Mô tả bởi biểu thức + Định lý tích xếp : Mô tả bởi biểu thức + Định lý đạo hàm ảnh : Mô tả bởi biểu thức + Định lý tích phân ảnh : Mô tả bởi biểu thức + Định lý về các giá trị bờ : Giá trị ở t = 0, t =  d. Các dạng ảnh - gốc thường gặp Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 162 2. Phương pháp giải mạch Từ tinh thần phương pháp toán tử Laplace đã nêu ở mục trên, ta thấy có thể giải QTQĐ theo các bước : Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 163 1. Chuyển nguồn kích thích thời gian và hệ phương trình vi phân mô tả quá trình quá độ với sơ kiện thành hệ phương trình đại số ảnh toán tử có chứa sơ kiện. Việc làm này thực chất là vận dụng các tính chất của phép biến đổi Laplace để đại số hóa hệ phương trình vi phân. 2. Giải hệ phương trình đại số với ảnh toán tử bằng các phương pháp cơ bản đã học như phương pháp dòng nhánh, dòng điện vòng, thế đỉnh hoặc biến đổi tương đương để tính các nghiệm ảnh. 3. Tìm các nghiệm gốc tương ứng các nghiệm ảnh. Theo trình tự trên ta thấy cần phải lập hệ phương trình vi phân môt tả QTQĐ rồi mới đại số hóa nó thành hệ phương trình đại số với ảnh toán tử. Để tránh việc phải viết hệ phương trình vi phân và sử dụng được tính ưu việt của mô hình mạch là có thể vẽ ra các sơ đồ mạch để biểu diễn và từ đó lập ngay hệ phương trình đại số tính mạch, ta đưa ra khái niệm về sơ đồ toán tử Laplace mô tả QTQĐ của mạch điện. Việc dẫn ra sơ đồ toán tử này chính là đại số hóa trên sơ đồ để hệ phương trình viết theo sơ đồ này là hệ phương trình đại số. 3. Sơ đồ toán tử Chúng ta đã biết quan hệ giữa 2 biến u và i trên một vùng năng lượng - chính là định luật Ohm - nói lên phản ứng của vùng năng lượng đó. Vậy quan hệ giữa ảnh điện áp U(p) với ảnh dòng điện I(p) của vùng năng lượng chỉ rõ phản ứng toán tử của vùng năng lượng. Ta dẫn ra phản ứng của các vùng năng lượng được đặc trưng bởi các phần tử R, L, C a. Với điện trở R : Từ phương trình trạng thái theo thời gian là : uR(t) = R.iR(t) chuyển sang ảnh toán tử Laplace: Có phương trình trạng thái ảnh toán tử : Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 164 Vậy điện trở trong sơ đồ toán tử vẫn là R như biểu diễn hình học (như hình vẽ) hoặc có thể biểu diễn bằng điện dẫn R g 1  b. Với điện cảm L : Từ phương trình trạng thái theo thời gian Có phương trình ảnh toán tử : Sơ đồ thay thế mạch nghiệm đúng phương trình trên chính là sơ đồ toán tử của cuộn cảm L, có L.iL(-0) là lượng đã biết nó như nguồn áp gọi là nguồn sơ kiện. Nó là tin tức nói lên quá trình cũ tác động vào mạch sau đóng mở. (Biểu diễn ở hình vẽ trên ) Sơ đồ trên giống như sơ đồ nguồn áp Têvênin, như vậy có thể xác định sơ đồ nguồn dòng Norton tương ứng. Thật vậy giải phương trình trên IL(p) theo UL(p) ta có Trong đó p iL )0( đã biết như là nguồn dòng gọi là nguồn dòng sơ kiện, sơ đồ toán tử như hình vẽ sau: Vậy có thể biểu diễn L dưới dạng sơ đồ toán tử nối tiếp hay song song, chỉ cần ta Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 165 thay L bằng pL rồi nối tiếp với nguồn áp sơ kiện LiL(-0). Hay thay L bằng pL nối song song với nguồn dòng sơ kiện p iL )0( . (Lưu ý : chiều của các nguồn sơ kiện cùng chiều dòng IL(p)). c. Với điện dung C : Từ phương trình trạng thái thời gian : Chuyển sang dạng ảnh : Được phương trình trạng thái ảnh theo dòng điện là : Trong đó CuC(-0) là nguồn sơ kiện, sơ đồ toán tử như hình vẽ. Phương trình trạng thái ảnh theo điện áp là : Trong đó: P uC )0( là nguồn sơ kiện sơ đồ toán tử như hình vẽ sau: Để có sơ đồ toán tử của tụ C, ta thay C bằng 1/pC nối song song với nguồn dòng Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 166 CuC(-0). Hoặc thay C bằng 1/pC nối tiếp với nguồn áp sơ kiện P uC )0( ( Chú ý nguồn sơ kiện có chiều ngược chiều dòng IC(p) ) d. Với nhánh R - L - C : Khi các sơ kiện bằng không ta có quan hệ Ohm trên các vùng năng lượng : UR(p) = R.IR(p), UL(p) = pL.IL(p), UC(p) = IC(p)/pC. Nên sơ đồ toán tử nhánh R - L - C (như hình vẽ sau). Từ đó rút ra định luật Ohm dạng toán tử cho nhánh không nguồn R - L - C : Trong đó: R + pL +  pC 1 Z(p) gọi là tổng trở toán tử của nhánh (tương tự như tổng trở phức Z(j) trong mạch xác lập điều hòa khi thay j bằng p). Ngược lại )( 1 )( pZ pY  là tổng dẫn toán tử . Có được biểu thức : I(p) = Y(p).U(p) e. Với hai cuộn cảm L1, L2 có hỗ cảm với nhau : Mkl = Mlk = M như hình vẽ Biểu thức điện áp dưới dạng phân bố thời gian : Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 167 (Chú ý tùy cực tính và chiều dòng điện để áp hỗ cảm có dấu +). Chuyển sang dạng ảnh toán tử (như hình sau): đề cương ôn tập I- Lý thuyết: Câu 1: Tại sao vật dẫn lại có điện trở ?. Giải thích các dạng phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ (đối với vật dẫn bằng kim loại, là dung dịch điện ly). (20 phút.) Câu 2: Dòng điện cho phép của dây dẫn là gì ?. Tại sao cần bảo vệ quá tải cho mạch điện ?. Trình bày nguyên tắc bảo vệ bằng cầu chì. (25 phút) Câu 3: Lập bảng so sánh hai cách đấu song song và nối tiếp điện trở (định nghĩa, công thức xác định điện trở tương đương, dòng, áp chung và trên mỗi điện trở, công suất). Hai điện trở bằng nhau, khi đấu song song và đấu nối tiếp, trị số Rtd thay đổi như thế nào. (25 phút). Câu 4: So sánh hai cách đấu nguồn điện ( đấu song song và đấu nối tiếp). (20 phút). Câu 5: Thế nào là dòng điện xoay chiều hình sin ?. Phân biệt trị số tức thời, biên độ của lượng hình sin. Dòng điện biến đổi theo luật cosin có gọi là dòng điện hình sin không. ( 25 phút). Câu 6: Thế nào là pha? Góc pha đầu? Sự lệch pha? Hai lượng hình sin cùng pha có đặc điểm gì. Muốn hai lượng hình sin bắng nhau, phảI thoả mãn những điều kiện gì. (25 phút) Câu 7: Tại sao trong mạch thuần trở, dòng và áp lại đồng pha ? nêu định luật ôm, vẽ đồ thị hình sin mạch này. (25 phút) Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 168 Câu 8: Tại sao trong mạch thuần điện cảm, dòng điện chậm pha sau điện áp 900 . Nêu định luật Ôm và vẽ đồ thị véc tơ của mạch. (25 phút). Câu 9: Thế nào là hiện tượng cộng hưởng điện áp. Điều kiện để có cộng hưởng là gì?. ý nghĩa của hiện tượng cộng hưởng. ( 25 phút). Câu 10: Hệ số công suất là gì?. Tại sao cần nâng cao hệ số công suất? Cách nâng cao hệ số công suất dùng tụ điện. ( 25 phút). Câu 11: Phức tổng trở là gì? Cách xác định như thế nào? Phức tổng trở có gì khác với phức dòng điện ( hoặc điện áp). (20 phút) Câu 12: Phát biểu định luật Ôm và định luật Kiếchốp dưới dạng phức. Có nhận xét gì về các định luật này ở mạch điện xoay chiều so với ở mạch điện một chiều. ( 20 phút) Câu 13: Vẽ sơ đồ nối cuộn dây máy phát điện thành hình sao. Ghi rõ các đại lượng dây và pha. Quan hệ giữa các lượng dây và pha như thế nào? (20 phút) Câu 14: Có 6 bóng điện cùng loại đấu vào mạng điện 3 pha đối xứng, điện áp dây là Ud = 220 V. Hãy vẽ sơ đồ đấu dây các bóng đó trong trường hợp: a, Điện áp định mức các bóng đó là 127 V. b, Điện áp định mức các bóng đó là 110 V. ( 25 phút) Câu 15: Nêu vai trò của dây trung tính trong mạch điện 3 pha tải không đối xứng. (20 phút). II Bài tập Bài 1: (30 phút).Cho mạch điện như hình vẽ. Biết E = 6 V, r = 1,8 , R1 = 3 , R2 = 2, R3 = 3. Tìm: a, Cường độ dòng điện qua R3. b, Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B. c, Cường độ dòng điện qua R1, R2. Bài 2: (25 phút). Cho mạch điện như hình vẽ. Biết E = 2,8 V; r = 2 ; R1 = 3; R2 = 6; Hãy tính: a, Công suất tiêu thụ mạch ngoài. b, Công suất tiêu hao trong nguồn. c, Công suất phát của nguồn. R3 R1 R2 E, r I A B Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 169 Bài 3: (35 phút).Cho sơ đồ mạch điện. Biết R = 100 3, )( 1 HL   , )( 2 10 4 FC    i = 2 2 sin 100 t (A). a, Tính cảm kháng, dung kháng, tổng trở mạch. b, Viết biểu thức hiệu điện thế hai đầu toàn mạch. c, Tính công suất P, Q mạch tiêu thụ. Bài 4: ( 35 phút). Cho mạch điện, với: r = 30 ; )( 4,0 HL   ; R = 90  ; )( 50 FC    . i = ))( 4 100sin(2 At    a, Tính tổng trở toàn mạch. b, Viết biểu thức hiệu điện thế hai đầu toàn mạch. c, Tính công suất P, Q mạch tiêu thụ. Bài 5: ( 35 phút) Một đèn ống có điện trở thuần R = 16 , mắc nối tiếp với một chấn lưu có độ tự cảm )( 2 24,0 HL   , nội điện trở r0 = 12 . Đặt vào hai đầu mạch điện một hiệu điện thế xoay chiều: u = 120 2 sin100t (V). a, Tìm chu kỳ, tần số, tổng trở và trị hiệu dụng dòng điện trong mạch. b, Viết biểu thức, cường độ dòng điện tức thời theo t. Bài 6: ( 35 phút) R 1 R2 E, r I R L C I A B R L,r C I Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 170 Cho mạch điện như hình vẽ: Trong đó: R = 100 , L = 0,318 H, C = F  50 . uAB = 100 2 sin100 t (V). a, Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch. b, Viết biểu thức hiệu điện thế xoay chiều uAE, uEB. c, Tìm công suất P của đoạn mạch AB. Bài 7 (35 phút). Cho mạch điện như hình vẽ: Mạch điện xoay chiều hình sin có tần số 50 Hz, trong đó 4 bóng đèn giống hệt nhau, mắc song song nhau. Bộ bóng đèn mắc nối tiếp với một cuộn cảm L = )( 5 2 H  và điện trở hoạt động r0 = 5, Am pe kế chỉ 2 A. Nhiệt lượng toả ra trong toàn bộ mạch điện trong thời gian 10s là Q = 1200 J. Biết am pe kế và dây nối không ảnh hưởng đến cường độ dòng điện và sự phân phối điện trong mạch. a, Tính điện trở mỗi bóng đèn. b, Tổng trở mạch. c, Hệ số công suất mạch. Bài 8.(35 phút) Một cuộn dây có điện trở thuần R và độ tự cảm L. - Mắc cuộn dây vào mạng điện không đổi U = 12V, thì dòng điện qua cuộn dây là 0,3 A. - Mắc cuộn dây vào mạch điện xoay chiều f = 50 Hz và U = 200V thì cường độ hiệu dụng qua cuộn dây là 4 A a, Tìm R và L. b. Mắc cuộn dây vào mạch điện u = 282,8 sin 100 t (V). R L C I A B E L,r0 A U đèn Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 171 Tính công suất và hệ số công suất cuộn dây. Bài 9.(35 phút) Một mạch điện 3 pha có dây trung tính 380V/220V cung cấp điện cho 60 đèn sợi đốt, số hiệu định mức của mỗi đèn Udm = 220 V, Pdm = 75W. Số đèn phân đều cho 3 pha. a, Tính IA, IB, IC, I0, P khi tất cả các bóng đều bật sáng. b, Tính IA, IB, I0, P khi pha A có 10 đèn bật sáng pha B có 20 đèn bật sáng, pha C cắt điện. c, Tính điện áp đặt lên các đèn pha A, pha B khi pha A có 10 đèn sáng , pha B có 20 đèn sáng, pha C cắt điện, và dây trung tính bị đứt ở đầu nguồn. Bài 10: (35 phút) Phụ tảỉ 3 pha đối xứng, trở kháng mỗi pha có r = 8, x = 6, đặt vào nguồn điện có Ud = 220 V. Xác định dòng điện dây, công suất P, Q mạch tiêu thụ trong 2 trường hợp. a, Tải đấu sao. b, Tải đấu tam giác. Bài 11: (30 phút) Cho mạch điện 3 pha đối xứng, phụ tải nối hình tam giác, tổng trở các pha là:  )355( jZZZ CABCAB ( tức là RP = 5 ; XP = 5 3 ). Đặt vào điện áp dây Ud = 220 V. Hãy tính dòng điện dây, dòng điện pha, công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và vẽ đồ thị véc tơ. Bài 12: (40 phút) Nguồn điện 3 pha đấu sao, có sđđ pha đối xứng EA = EB = EC = 220 V, cung cấp cho tải 3 pha đấu sao có trở kháng lần lượt là ZA = rA = 1 , ZB = rB = 0,4 , ZC = rC = 2,5 , Tổng trở dây trung tính ZN = (0,3 + j0,4) . Xác định điện áp và dòng điện pha của tải. Bài 13: (30 phút). Tải 3 pha ZA = 3 +j4 (); ZB = 10 (),ZC = 8 +j6 (); Đấu hình sao , đặt vào điện áp 3 pha đối xứng. Ud = 380 V. Xác định dòng điện dây, công suất mạch tiêu thụ Giáo trình Mạch điện Nguyễn Thành Nam Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 172 Mục lục Nội dung Trang Lời giới thiệu 1 Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện Bài 1 Mạch điện và mô hình 3 Bài 2 Các khái niệm cơ bản trong mạch điện 11 Bài 3 Các phép biến đổi tương đương 13 Chương 2: Mạch điện 1 chiều Bài 1 Các định luật, và biểu thức cơ bản trong mạch 1 chiều 18 Bài 2 Các phương pháp giải mạch 1 chiều 30 Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sin Bài 1 Khái niệm về dòng điện xoay chiều 48 Bài 2 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 56 Bài 3 Giải mạch xoay chiều phân nhánh 70 Chương 4: Mạch điện 3 pha Bài 1 Khái niệm chung 92 Bài 2 Phương pháp nối hình sao 95 Bài 3 Phương pháp nối hình tam giác 99 Bài 4 Công suất mạch ba pha 101 Bài 5 Giải mạch điện ba pha đối xứng 103 Bài 6 Giải mạch điện ba pha không đối xứng 108 Chương 5: Giải mạch điện nâng cao Bài 1 Mạng ba pha bất đối xứng 112 Bài 2 Giải mạch điện xoay chiều có nhiều nguồn tác động 118 Bài 3 Mạng hai cửa 124 Chương 6: Quá trình