Tài Liệu Thí Nghiệm Môn Học Lý Thuyết Mạch Bài 1. Mạch Điện Xoay Chiều 1 Pha.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – PHÂN HIỆU TẠI TP HCM BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM MÔN HỌC LÝ THUYẾT MẠCH Họ và tên sinh Nguyễn Hữu Thiện Lớp Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa K61 Mss[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – PHÂN HIỆU TẠI TP HCM

BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM

MÔN HỌC LÝ THUYẾT MẠCH

Họ và tên sinh : Nguyễn Hữu Thiện

Lớp: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa K61

Mssv: 6151030085

Nhóm: 02

TP HỒ CHÍ MINH - 2021

NỘI QUY THÍ NGHIỆM

1 Sinh viên (SV) đi thực hành thí nghiệm đúng giờ và đầy đủ, trang phục gọn gàng, sạch sẽ, mang giày đảm báo an toàn điện.

2 SV không có nhiệm vụ thì không được vào phòng thí nghiệm (PTN), nghiêm cấm mang vũ khí, các chất, thiết bị dễ cháy nổ, độc hại, thức ăn, nước uống vào PTN

3 Khi làm thí nghiệm phải giữ trật tự, không làm việc riêng, thực hành thí nghiệm một cách nghiêm túc, tuyệt đối tuân theo sự hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn (GVHD)

4 SV chỉ được phép đóng điện khi đã được GVHD cho phép, SV nào tự ý thao tác gây ra sự cố cháy nổ làm hỏng hóc các thiết bị, gây nguy hiểm đến tính mạng con người thì SV đó hoàn toàn chịu trách nhiệm

5 Tất cả các SV phải thực hiện nghiêm túc nội quy này

MỤC LỤC

BÀI 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP22

BÀI 1 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 1 PHA

A Mục đích thí nghiệm

- Thấy rõ phản ứng của một nhánh đối với chế độ điều hoà xác lập, đặc trưng là cặp số(z φ)

- Có khái niệm về đồ thị vectơ điện áp, dòng điện của nhánh R, L, C, R-L-C

- Làm quen với một số thiết bị điện xoay chiều

- Biết mô phỏng mạch điện tuyến tính 1 pha, tính toán theo lý thuyết và so sánh với môphỏng

+ Khảo sát, mô phỏng bài thí nghiệm gồm phần tử R

+ Khảo sát, mô phỏng bài thí nghiệm gồm phần tử L

+ Khảo sát, mô phỏng bài thí nghiệm gồm phần tử C

+ Khảo sát, mô phỏng bài thí nghiệm gồm phần tử R-L-C

B Nội dung các bài thí nghiệm

1 Khảo sát mạch thuần trở R

- Giúp SV hiểu rõ phản ứng của nhánh đối thuần trở đối với kích thích điều hòa

- Giúp SV hiểu rõ các thông số của dòng, áp xoay chiều

Bước 1: Lấy các phần tử cần thiết

- Đầu tiên các bạn kích vào mũi tên như chỉ dẫn “Component Mode” để lấy linh kiện

trong thư viện linh kiện như hình 1

Hình 1.

- Ấn vào chữ P

- Đánh tên linh kiện muốn tìm kiếm vào “ ô tìm kiếm linh kiện – Keywords” như hình 2.(Cụ thể:

+ Đánh chữ CAP - từ khóa của tụ điện

+ Đánh chữ RES - từ khóa của điện trở

+ Đánh chữ INDUCTOR - từ khóa của cuộn cảm)

- Ở đây ta sẽ lấy điện trở

- Sau khi hoàn thiện mạch điện ta nhấn chuột chọn các chế độ chạy mô phỏng như ởhình 3 để quan sát kết quả

- Thay đổi giá trị của điện trở, đo đạc và điền vào bảng sau:

TT dòng điện (A) điện áp (V)

1 Phân tích quan hệ áp dòng trên phần tử ?

2 Nhận xét về biên độ của điện áp và dòng điện ?

3 Vẽ dạng sóng của điện áp và dòng điện (analogue analysis/ Oscilloscope) ?

2.2 Khảo sát, mô phỏng bài thí nghiệm gồm phần tử R-L

6.6A

0

V

82.9V

2.6

4 A

0

b Kết luận:

1 Phân tích quan hệ áp dòng trên các phần tử ?

- Dòng nhanh pha hơn áp

2 Nhận xét về biên độ của điện áp và dòng điện ?

- Dòng có biên độ nhỏ hơn điện áp

3 Vẽ dạng sóng của điện áp và dòng điện?

2.3 Khảo sát, mô phỏng bài thí nghiệm gồm phần tử R-C

V

16.2V

3.1

1 A

0

b Kết luận:

1 Phân tích quan hệ áp dòng trên các phần tử ?

-Dòng điện cùng pha với điện áp

2 Nhận xét về biên độ của điện áp và dòng điện ?

- Điện áp có biên độ lớn hơn dòng điện

3 Vẽ dạng sóng của điện áp và dòng điện?

2.4 Khảo sát, mô phỏng bài thí nghiệm mạch R-L-C

1.40A

0

V

152V

185V

A

0

b Kết luận:

1 Phân tích quan hệ áp dòng trên các phần tử ?

- Điện áp nhanh pha hơn dòng điện

2.Nhận xét về biên độ của điện áp và dòng điện ?

- Điện áp có biên độ lớn hơn dòng điện

3 Vẽ dạng sóng của điện áp và dòng điện?

2.5 Đo công suất mạch điện 1 pha

được chọn là điện trở, điện cảm và điện dung

Sơ đồ mạch thí nghiệm

2 Mắc tải ZAB vào điểm A-B của mạch, lần lượt thay các tải như sau:

1 ZAB = R (tải R = 10 – 50 Ohm )

2 ZAB = XL = ωL ( tải L = 5 – 10 mH)

3 ZAB = XC = 1/ωC ( tải C = 5 – 10 mF)

4 ZAB = R + j( XL- XC ) (tải trở - cảm – điện dung mắc nối tiếp )

5 ZAB = R // XL ( tải trở mắc song song với tải cảm )

6 ZAB = R // XC ( tải trở mắc song song với tải điện dung )

7 ZAB = XL // XC ( tải cảm mắc song song với tải điện dung )

U (L)

U (C)

I (R)

I (L)

I

Tính Z=U/I

BÀI 2 KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN 3 PHA

A MỤC ĐÍCH

- Biết cách nối ba pha của phụ tải theo hình Y và ∆

- Nghiệm lại quan hệ dây và pha trong mạch ba pha nối hình Y và ∆

- Biết cách đo Công suất của mạch ba pha dựa vào U và I

B NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM

1 Cơ sở lý thuyết

1.1 Khái niệm về hệ thống nguồn điện 3 pha.

Định nghĩa: Nguồn điện xoay chiều ba pha là một hệ thống gồm 3 sức điện động một pha

có cùng biên độ, cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 1200 hay 1 chu kỳ Mạch điện ba pha gồmnguồn điện 3 pha, 3 đường dây truyền tải và tải 3 pha

- Phần quay (rotor) là một nam châm điện có cực N – S

- Khi quay, từ trường của rotor lần lượt quét qua các cuộn dây trên stator và cảm ứngthành các sức điện động sin cùng tần số, cùng biên độ, lệch pha nhau 1200

- Biểu thức tức thời của 3 sức điện động:

Pha A: e A = √2 E.sin( ω t)

Pha B: e B = √2 E.sin( ω t – 120 0 )

Pha C: e C = √2 E.sin( ω t + 120 0 )

1.2 Đặc điểm và phân tích mạch 3 pha xác lập đối xứng.

Mạch điện 3 pha đối xứng là mạch điện ba pha có nguồn đối xứng, tải đối xứng

1.2.1 Đặc điểm mạch ba pha đối xứng

a) Mạch 3 pha đối xứng nối hình Sao (Y):

- Mạch điện ba pha mắc hình sao là đấu ba điểm cuối X, Y, Z thành một điểm chung gọi

là điểm trung tính (điểm 0)

- Dây dẫn nối với các điểm đầu A, B, C gọi là dây pha

- Dây dẫn nối với điểm 0 gọi là dây trung tính hay dây trung hoà

- Nếu mạch chỉ có ba dây pha A, B, C gọi là mạch ba pha ba dây Còn nếu có cả dây trunghoà A, B, C, O thì gọi là mạch ba pha bốn dây

UA=Up

UAC=Ud

Hình 3.4: Mạch 3 pha đối xứng nối Y

- Dòng điện đi trong các cuộn dây pha gọi là dòng điện pha: I P

- Dòng điện đi trên các dây pha gọi là dòng điện dây: I d

- Dòng điện đi trong dây trung tính ký hiệu là: I 0

- Điện áp giữa hai đầu cuộn dây pha gọi là điện áp pha: U P

- Điện áp giữa hai dây pha gọi là điện áp dây: U d

Quan hệ giữa các đại lượng dây và pha

- Dòng điện đi trong cuộn dây pha chính là dòng điện đi trên dây pha tương ứng Suy radòng điện dây bằng dòng điện pha:

I d = I P

- Điện áp dây bằng hiệu hai điện áp pha tương ứng Hình trên vẽ đồ thị vectơ hệ điện áp

ba pha đấu sao đối xứng Từ hình vẽ ta thấy:

U AB , U BC , U CA ,

quan hệ với UA , UB, UC như sau:

˙UAB = ˙UA - ˙UB

˙UBC = ˙UB – ˙UC

˙UCA = ˙UC – ˙UA

U A

U B

U C

A C

Xét tam giác OAB ta thấy:

AB = 2.OA.cos30 0 = 2.OA.√3

2 = OA.√3

AB là điện áp dây Ud

OA là điện áp pha UP

- Về góc pha: Điện áp dây vượt trước điện áp pha tương ứng một góc 300

- Về trị số: Điện áp dây bằng 3 lần điện áp pha

U d = √3 Up

b, Mạch 3 pha đối xứng nối hình tam giác

Mạch ba pha mắc hình tam giác là lấy điểm cuối pha A đấu vào đầu pha B, cuối pha B vàođầu pha C và cuối cuộn pha C đấu vào đầu pha A tạo một mạch vòng hình tam giác và ba đỉnhtam giác nối với ba dây dẫn gọi là ba dây pha

Hình 3.6: Mạch 3 pha đối xứng nối tam giác

Quan hệ giữa các đại lượng điện áp, dòng điện dây và pha

Theo sơ đồ đấu tam giác

- Điện áp đặt vào đầu mỗi pha chính là điện áp dây:

U d = U p

- Theo định luật Kirchoff 1 tại ba đỉnh A, B, C:

˙IA = ˙IAB – ˙ICA

˙IB = ˙IBC – ˙IAB

˙IC = ˙ICA – ˙IBC

Dòng điện dây bằng hiệu hai dòng điện pha tương ứng Vẽ đồ thị vectơ dòng điện bapha đấu sao đối xứng Từ hình vẽ ta thấy:

IBC

ICA

AC

+ Về góc pha: Dòng điện dây chậm pha sau dòng điện pha một góc 300

+ Về trị số: Dòng điện dây bằng √3 lần dòng điện pha:

1.2.2 Phân tích mạch 3 pha đối xứng

Mạch điện 3 pha đối xứng có dòng điện các pha có trị số bằng nhau về độ lớn nhưnglệch pha nhau 1200 Khi giải mạch điện 3 pha đối xứng ta tách từng pha riêng rẽ để tính Ta

có một số trường hợp thường gặp

a Tải nối hình Y đối xứng

Khi không xét đến tổng trở đường dây pha:

- Điện áp đặt lên mỗi pha của tải là: Up = Ud/√3

- Tổng trở pha của tải: Zp = √R2p +X2p

- Dòng điện pha của tải: Id = U Z p

p = U d

√3 √R2p +X2p

- Góc lệch pha φ giữa Up và Ip: φ = arctagX R p

p

- Vì tải nối Y nên Id = Ip

Khi có xét đến tổng trở đường dây pha:

- Khi không xét đến tổng trở đường dây pha:

- Điện áp đặt lên mỗi pha của tải là: Up = Ud

- Tổng trở pha của tải: Zp = √R2p +X2p

- Dòng điện pha của tải: Id = U Z p

p = U d

√R2p + X2p

- Góc lệch pha φ giữa Up và Ip: φ = arctagX R p

p

- Vì tải nối Y nên Id = √3 Ip

- Khi có xét đến tổng trở đường dây pha:

Hình: 3.11

Biến đổi tương đương từ ∆ →Y rồi giải tương tự

- Tổng trở mỗi pha khi nối tam giác:

1.3 Đo công suất mạch 3 pha.

1.3.1.Công suất mạch ba pha đối xứng.

Đối với mạch ba pha đối xứng Do trị số dòng điện hiệu dụng, điện áp và góc lệch pha ở

ba pha như nhau nên Công suất của các pha cũng bằng nhau

- Công suất tác dụng ba pha

P3pha = 3.P1f = 3.UP.IP.cosφ = √3Ud Id cosφ = 3 Rp.I2

+ Nếu mạch ba pha đấu sao thì:

- Công suất phản kháng ba pha

Q3P = 3.UP.IP.Sinφ = √3Ud.Id.sinφ = 3 Xp I2

- Công suất biểu kiến ba pha

b Yêu cầu:

1 Vẽ dạng sóng ra của nguồn?

2 Đo các đại lượng điện áp, dòng điện dây và pha của tải và điền vào bảng sau:

2.2 Cho mạch điện và các số liệu như sau:

b Vẽ mạch mô phỏng trên phần mềm? Đo các giá trị và so sánh với giá trị tính ở câu a?

c Nhận xét kết quả mô phỏng và tính toán

Câu c: Các giá trị tính dựa trên lí thuyết gần đúng với giá trị đo được từ thí nghiệm mạch mô

3 c 22.1

A 7.28A 7.37A 14.7A 221V 218V 221V 379V 380V 384V 7.27KW

C, Vẽ dạng sóng và điện áp

BÀI 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP

A MỤC ĐÍCH:

Giúp SV củng cố những kiến thức về lý thuyết mạch cho sinh viên, có thể sử dụng cácphần mềm để tính toán nhanh và chính xác các bài toán mạch điện Từ đó giúp sinh viên thạophần mềm tính toán- Matlab để giải bài toán mạch tuyến tính ở chế độ xác lập

B NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM

1.1 Phương pháp dòng điện nhánh

Phương pháp dòng điện nhánh là phương pháp giải tích mạch điện với ẩn số là dòngđiện các nhánh

1.1.1 Cho mạch điện như hình vẽ:

Biết : E=20√2sin(10t+30); R1 = 20(Ω) ; R4 = 40 (Ω); L = 2,5 (H); C = 0,8 (F);J=1,41sin(10t+30)

Viết chương trình tính dòng điện trên mỗi nhánh bằng phương pháp dòng điện nhánh

1.2 Phương pháp dòng điện vòng

Phương pháp dòng điện là phương pháp giải tích mạch điện bằng cách thay các ẩn sốthực là dòng trong các nhánh bằng các ẩn số trung gian là dòng điện vòng giả định chạy trongcác vòng kín

1.2.1 Cho mạch điện như hình vẽ

Biết : R1 = 20(Ω) ; R2 = 10 (Ω) ; R3 = 50 (Ω) ; R4 = 40 (Ω) ; V1 = 10(V); V2 = 20 (V) Viết chương trình tính dòng điện trên mỗi nhánh bằng phương pháp dòng điện vòng.

1.3 Phương pháp điện thế nút

Phương pháp điện áp nút tìm dòng điện chạy trong các nhánh bằng cách thay các ẩn sốthực là dòng điện trên các nhánh bằng các ẩn số trung gian là điện áp của các nút

1.3.1 Cho mạch điện như hình vẽ:

Biết : R1 = 20(Ω) ; R2 = 10 (Ω) ; R3 = 50 (Ω) ; R4 = 40 (Ω) ; Is1 = 5(A); Is2 = 2(A)

Viết chương trình tính dòng điện trên mỗi nhánh bằng phương pháp điện áp nút?