Kỹ thuật điện điện tử chương 2

• Định nghĩa được các thông số mạch điện hình sin mộtpha. • Trình bày được các công thức tính giá trị cực đại, giá trị hiệu dụng của các đại lượng hình sin. • Trình bày được các phương pháp giải mạch điện xoaychiều một pha: Phương pháp vector, phương pháp dùngsố phức. • Vận dụng được các phương pháp phù hợp để giải cácmạch điện xoay chiều.

Chương 2: MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN

MỘT PHA

2.1 Định nghĩa về dòng điện xoay chiều hình sin.

2.2 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng vector.

2.3 Dòng điện xoay chiều qua điện trở thuần R.

2.4 Dòng điện xoay chiều qua cuộn dây thuần cảm 2.5 Mạch điện xoay chiều thuần điện dung.

2.6 Mạch điện xoay chiều gồm R-L-C mắc nối tiếp.

2.7 Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức.

2.8 Phương pháp giải mạch xoay chiều.

2.9 Công suất.

2.10 Bài tập.

2.1 Định nghĩa dòng điện xoay chiều hình sin

2.1.2 Biểu thức tức thời của dòng điện

 Các thông số liên quan:

• Trị số tức thời của dòng điện: i , [A]

• Giá trị cực đại/ biên độ của dòng điện: Imax ,[A]

• Giá trị hiệu dụng của dòng điện: ,[A]

• Tần số góc: ω ,[rad/s]

Với f: tần số [Hz], T : chu kỳ [s]

• Góc pha ban đầu của dòng điện:

2.1.3 So sánh góc lệch pha

Để so sánh góc lệch pha (độ lệch pha); các tín hiệu dòng hay

áp cần thỏa các điều kiện sau:

• Cùng tần số f (hay cùng tần số góc ω)

• Các tín hiệu được biểu diễn cùng dạng sin (hay cos)

Ví dụ: Cho mạch xoay chiều với dòng nhánh tức thời là:

2.2 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng

vector.

NHẬN XÉT:

 Từ biểu thức trị số tức thời của dòng điện:

ta thấy với tần số đã cho, thì ta hoàn toàn xác định được trị

số tức thời của dòng điện nếu biết trị số hiệu dụng và phađầu

 Vector được đặc trưng bởi độ dài (độ lớn, module) và góc

(argument)

=> Từ đó, ta có thể dùng vector để biểu diễn dòng điện hìnhsin

2.2 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng

vector (tt)

 Quy ước:

- Độ dài của vector biểu diễn trị số hiệu dụng

- Góc của vector với trục Ox biểu diễn góc pha ban đầu

Ký hiệu:

Vector dòng điện: =

Vector điện áp: =

2.3 Dòng điện xoay chiều qua điện trở thuần R.

• Cho mạch điện như hình với

Theo định luật Ohm, ta có:

2.4 Dòng điện xoay chiều qua cuộn dây thuần cảm.

• Cho mạch điện như hình với

• Điện áp cảm ứng giữa hai đầu cuộn dây:

Với

Vậy cảm kháng của cuộn dây: ,đơn vị: Ohm [Ω]

• Kết luận: nhanh pha hơn một góc

2.5 Mạch điện xoay chiều thuần điện dung.

• Cho mạch điện như hình với

2.6 Mạch điện xoay chiều gồm R-L-C mắc nối tiếp.

• Cho mạch điện như hình, áp dụng ĐL Kirchhoff 2, ta có:

• Biểu diễn bằng vector:

• Với là góc lệch pha giữa u và i

2.6 Mạch điện xoay chiều gồm R-L-C mắc nối tiếp (tt)

Định luật Ohm cho mạch xoay chiều có R-L-C mắc nối tiếp:

Với : điện kháng của mạch

2.7 Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức 2.7.1 Số phức

2.7.2 Qui tắc biểu diễn các đại lượng điện hình sin

bằng số phức

• Module (độ lớn) của số phức là trị số hiệu dụng

• Argument (góc) của số phức là pha ban đầu

Ví dụ: Dòng điện ) được biểu diễn dưới dạng

số phức: 𝐦

 Sơ đồ phức:

2.8 Phương pháp giải mạch xoay chiều.

• Phương pháp đồ thị vector

• Phương pháp số phức

chiều, ta hoàn toàn có thể áp dụng các định luật cơ bản: Địnhluật Ohm, Định luật Kirchhoff 1,2

Ví dụ: Mạch xoay chiều R-L-C nối tiếp:

CS phản kháng của cuộn dây L:

CS phản kháng của tụ điện C:

CS phản kháng toàn phần toàn mạch là:

φ

2.9.1 Các thành phần công suất (tt)

• Công suất biểu kiến S đặc trưng cho năng lượng toànphần từ nguồn cung cấp cho toàn mạch

Ví dụ: Đối với mạch xoay chiều R-L-C nối tiếp:

Công suất biểu kiến S là thành phần công suất đặc trưngbằng cạnh huyền tam giác công suất:

• Quan hệ giữa các thành phần công suất:

φ φ , [VAR]

, [VA]

2.9.2 Hệ số công suất

• Mỗi máy điện đều được chế tạo với một công suất biểu kiếnđịnh mức (Sđm) Từ đó, máy có thể cung cấp một công suấttác dụng là P = Sđm.cosφ

• Do đó muốn tận dụng khả năng làm việc của máy điện vàthiết bị thì hệ số công suất phải lớn

• Nâng cao hệ số công suất sẽ tăng được khả năng sử dụngcông suất nguồn và tiết kiệm dây dẫn, giảm được tổn haođiện trên đường dây

2.9.2 Hệ số công suất (tt)

 Nâng cao hệ số công suất:

• Tải thường có tính cảm kháng nên làm cho cosφ giảmthấp Để nâng cao cosφ, ta dùng tụ điện C nối song songvới tải

• Nhận xét:

- Công suất tác dụng tiêu thụ trên tải không đổi

- Công suất phản kháng sẽ thay đổi

- Tóm lại sau khi lắp tụ C, công suất biểu kiến cấpcho tải tổng hợp sẽ thấp hơn công suất biểu kiến cấp đếntải trước khi lắp tụ C

2.9.2 Hệ số công suất (tt)

• Khi chưa bù (chưa có nhánh tụ điện), dòng điện trênđường dây I bằng dòng điện qua tải It , hệ số công suất củamạch là cosφt

• Khi có bù (có nhánh tụ điện), dòng điện trên đường dây Ibằng It + IC.

• Từ đồ thị ta thấy: dòng điện trên đường dây giảm, cosφtăng, φ giảm

I < It ; φ < φt ; cosφ > cosφt

 Câu hỏi:

1 Biểu thức tức thời của dòng điện hình sin? Tên gọi vàđơn vị của các đại lượng tương ứng?

2 Lưu ý khi biểu diễn đại lượng hình sin bằng vector?

3 Lưu ý khi biểu diễn đại lượng hình sin bằng số phức?

4 Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên điện trở, cuộn dây và tụ điện?

5 Chuyển đổi các thành phần điện trở, cuộn dây và tụ điện

từ sơ đồ mạch điện sang sơ đồ phức?

6 Các thành phần công suất? Đơn vị? Mối quan hệ giữacác thành phần công suất?

2.10 Bài tập (tt)

 BT 2.2: Cho mạch điện xoay chiều như hình Biết tổngcông suất tác dụng tiêu thụ trên các tải là 1100W Xác định:

a Áp hiệu dụng U cấp ngang qua hai đầu tải

b Dòng hiệu dụng I từ nguồn cấp đến tải

c Hệ số công suất của tải tổng hợp

Biết R1=3Ω , R2=10Ω , XL1=4Ω

ĐS: [70.7V, 19.2 A ,0.81]

2.10 Bài tập (tt)

 BT 2.3:

Cho mạch điện xoay chiều hình Biết:

Xác định dòng hiệu dụng qua điện trở 10 Ω ?

ĐS: [10 A]