Bài giảng Trang bị điện-điện tử trong máy công nghiệp - Chương I: Khái niệm về mạch điện - Phần II: Mạch điện xoay chiều 1 pha - Ngô Hà Quang Thịnh

Nội dung text: Bài giảng Trang bị điện-điện tử trong máy công nghiệp - Chương I: Khái niệm về mạch điện - Phần II: Mạch điện xoay chiều 1 pha - Ngô Hà Quang Thịnh

1. Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Đại Học Bách Khoa Khoa Cơ Khí Bộ Môn Cơ Điện Tử Môn Học: Trang Bị Điện-Điện Tử Trong Máy Công Nghiệp Chương I Khái Niệm Về Mạch Điện Phần II Mạch Điện Xoay Chiều 1 Pha TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
2. Định Nghĩa Và Biểu Diễn Dòng Xoay Chiều
3. Biểu Diễn Tức Thời Các tín hiệu điện áp, dòng điện, từ thông có quan hệ hàm sin theo thời gian t được biểu diễn dưới dạng hàm điều hòa theo thời gian V( t ) Vm sin( t ) Trong đó: Vm: biên độ của điện áp [V] ω: tần số góc của điện áp [rad/s] ϕ: góc pha ban đầu lúc t = 0 [rad] -180o < ϕ < 180o Chu kỳ T hay tần số f của dòng hay áp hình sin được xác định theo quan hệ T = 2π / ω f = 1 / T = ω / 2π Đơn vị đo của các đại lượng được xác định theo [T] = [s] [f] = [Hz] [ω] = [rad/s] TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
4. Biểu Diễn Bằng Vector Phase Xét điểm M chuyển động tròn đều với vận tốc góc là ω, bán kính quỹ đạo là R ▪ Tại thời điểm t=0, OM hợp với trục x góc φ (pha ban đầu) ▪ Tại thời điểm t, OM hợp với trục x góc α Ta có: α = ωt + φ Tọa độ của M trên hệ trục Descartes: xM = R cos(ωt + φ) yM = R sin(ωt + φ) Theo Fresnel, ta có thể sử dụng vector phase quay tròn trong không gian với vận tốc góc quay là ω để biểu diễn áp xoay chiều hình sin V=VMsin(ωt + φ) hay V=VMcos(ωt + φ) TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
5. Giá Trị Hiệu Dụng ▪ Đối với nguồn 1 chiều: → Xét diện tích ADC giới hạn bởi đồ thị PDC, trục hoành và các đường thẳng song song với trục tung trong phạm vi T. → Giá trị ADC đặc trưng điện năng cung cấp cho phần tử R bởi mạch một chiều trong khoảng thời gian T ADC = PDC T ▪ Đối với nguồn xoay chiều: → Xét diện tích AAC giới hạn bởi đồ thị PAC, trục hoành và các đường thẳng song song với trục tung trong phạm vi T. → Giá trị AAC đặc trưng điện năng cung cấp cho phần tử R bởi mạch xoay chiều trong khoảng thời gian T AAC = ʃP(t)dt TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
6. Tổng Hợp Tín Hiệu
7. Tổng Hợp Hai Tín Hiệu Hình Sin ► Phương pháp 1: Áp dụng giản đồ vec-tơ và định lý cosin 2 2 2 IIm m1I m 2 2I m 1 I m 2 cos ( 2 1 ) 22 IIIIIm m1 m 22 m 1 m 2 cos( 2 1 ) Góc pha ban đầu được tính theo quan hệ sau: IIsin sin tg mm2 2 1 1 IImm2cos 2 1 cos 1 TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
8. Dạng Mạch Cơ Bản
9. Mạch Thuần Cảm Cấp dòng hình sin tức thời I(t)=Imsin(ωt) qua cuộn dây có hệ số tự cảm L. Gọi V(t) là áp tức thời đặt ngang qua hai đầu cuộn dây di() t V( t ) L ( L I )cos( t ) ( L I )sin t dt mm2 Đặt Vm là biên độ của áp V(t), ta có VI VLILVLI()()()mm mm22 Đặt XL là điện kháng của cuộn dây, ta có XL L2 fL Điện áp đặt ngang qua hai đầu cuộn cảm sớm pha hơn dòng điện qua cuộn cảm một góc 90o TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
10. Mạch R, L, C Nối Tiếp & Song Song
11. Mạch R, L, C Ghép Nối Tiếp V 2 Tổng trở tương đương Z của toàn mạch: ZRXX2 I LC Gọi φ là góc lệch pha thời gian giữa dòng điện với áp cấp hai đầu mạch. Đại lượng cosφ là hệ số công suất của toàn mạch 1 L R XX cos tg LC C ZRR TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
12. Mạch R, L, C Ghép Nối Tiếp → Công suất tác dụng P: đặc trưng cho nhiệt năng sinh ra trên phần tử R trong một đơn vị thời gian, nói cách khác là công suất tiêu thụ trên phần tử R trong mạch xoay chiều. 2 P = VRI = RI = VIcosφ → Công suất phản kháng (cuộn dây và tụ điện): các thành phần công suất phản kháng vẽ theo phương thẳng đứng. 2 Công suất phản kháng QL của cuộn dây L: QL = VLI = XLI > 0 2 Công suất phản kháng QC của tụ điện C: QC = - VCI = - XCI < 0 2 Công suất phản kháng toàn phần: Q = QL + QC = (XL–XC) I = VIsinφ → Công suất biểu kiến S: đặc trưng cho năng lượng toàn phần từ nguồn cung cấp cho toàn mạch, thành phần công suất được biểu diễn bằng cạnh huyền tam giác công suất S = VI = ZI2 TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
13. Mạch R, L, C Ghép Nối Tiếp Hiện tượng cộng hưởng điện áp ► Thành phần điện áp UL và UC ngược pha nhau, nếu UL=UC thì mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện áp: UL = UC → XL = XC 2 2 Khi đó, Z = sqrt(R + (XL – XC) ) = R tgφ = (XL – XC) / R = 0 → φ = 0 ► Dòng điện trong mạch cộng hưởng điện áp đạt giá trị lớn nhất, ứng với điện áp nguồn I = U / Z = U / R ► Tỷ số q = UL / U = UC / U = XL / R = XC / R Gọi là hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng ► Công suất tức thời trên điện cảm và điện dung đối pha nhau PL = ULI = -PC = -UCI ► Khi PL > 0, PC 0, PC < 0: cuộn dây phóng điện, tụ điện tích lũy năng lượng (nạp điện) TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
14. Mạch R, L, C Ghép Song Song Xét mạch như hình bên. Áp dụng định luật Kirchhoff 1 tại nút A: IIIIRLC Biểu diễn vector I bằng phương pháp vector như hình bên. Trị số hiệu dụng dòng I: 2 22 22UUUU1 1 1 IIURLC(I I ) 2 RXXXXZLCLCR RX X Mô-đun tổng trở Z của toàn mạch: Z LC 222 XXRXXLCLC Dòng mạch chính I lệch pha so với điện áp U một góc: UU IIXX XXR tg CLCL LC IXXRLCU R TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
15. Mạch Ghép Nhiều Nhánh Song Song Trình tự dựng giản đồ vector phase cho mạch nhiều nhánh song song Bước 1: → Tách rời các nhánh song song (hay nhánh rẽ) thành từng mạch riêng → Xây dựng giản đồ vector phase cho mỗi nhánh → Khi xây dựng các giản đồ vector của từng nhánh rẽ, nên chọn dòng đi qua nhánh đó làm chuẩn Bước 2: → Thực hiện phép chập các đồ thị vector trong cùng một hình → Vector đặc trưng cho áp đặt ngang hai đầu nhánh rẽ trong các sơ đồ phải trùng nhau TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn
16. The End 31