Bài giảng Kỹ thuật điện - điện tử - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Chia sẻ: Mucnang222 Mucnang222 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:254

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tập bài giảng được biên soạn theo đề cương, chương trình chi tiết đã đươc Hội đồng khoa học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định thông qua. Tập bài giảng được viết thành hai phần với bốn chương. Cuối mỗi phần đều có phần câu hỏi và bài tập giúp sinh viên ôn tập và hệ thống kiến thức.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện - điện tử - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Th.s Trần Thị Kim Dung Th.s Vũ Thị Thắng TẬP BÀI GIẢNG Kü THUËT §IÖN-§IÖN Tö Nam Định, năm 2012
LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật điện là một lĩnh vực khoa học có ý nghĩa quan trọng trong việc đào tạo kỹ sư ngành công nghệ kỹ thuật nó có phạm vi nghiên cứu rất rộng nhằm cung cấp cho sinh viên các phương pháp phân tích mạch là cơ sở để thiết kế các hệ thống điều khiển. Chúng ta đang sống trong những năm đầu thế kỷ 21, đang chứng kiến sự phát triển nhanh chóng đến kinh ngạc của công nghệ thông tin mà cơ sở của công nghệ thông tin là kỹ thuật và công nghệ điện tử. Từ khi xuất hiện transitor năm (1948) công nghệ điện tử đã có những tiến bộ nhảy vọt, mang lại nhiều thay đổi to lớn và sâu sắc trong đời sống, trở thành công cụ quan trọng nhất trong cuộc cách mạng kỹ thuật ở trình độ cao. Để đáp ứng việc học tập của sinh viên hệ cao đẳng, đại học chuyên ngành Cơ khí, chúng tôi biên soạn tập bài giảng “Kỹ thuật điện - điện tử”. Tập bài giảng được biên soạn theo đề cương, chương trình chi tiết đã đươc Hội đồng khoa học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định thông qua. Tập bài giảng được viết thành hai phần với bốn chương. Cuối mỗi phần đều có phần câu hỏi và bài tập giúp sinh viên ôn tập và hệ thống kiến thức. Nhóm tác giả viết tập bài giảng đã sưu tầm tài liệu đang được sử dụng tại các trường trong ngoài nước, cũng như các đóng góp của các đồng nghiệp, cùng kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm. Tuy nhiên không tránh được thiếu sót. Chúng tôi mong nhận được các ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và các bạn quan tâm đến lĩnh vực này. Mọi ý kiến xin được gửi tới Bộ môn Cơ sở Kỹ thuật điện, khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định (Phường Lộc Hà thành phố Nam Định) Xin chân thành cảm ơn! Nam Định, tháng 12 năm 2012 CÁC TÁC GIẢ 3
MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 5 Chương 1: Những khái niệm cơ bản về mạch điện………………………..….. 6 1.1 Khái niệm chung…………………………………………………………….. 6 1.1.1 Định nghĩa về mạch điện…………………………….……………………. 6 1.1.2 Kết cấu hình học của mạch điện…………………………………………... 6 1.1.3 Các thông số cơ bản…………………………………………………….…. 7 1.2 Các định luật cơ bản………………………………………………………… 11 1.2.1 Định luật Ohm…………………………………………………………….. 11 1.2.2 Định luật Kirchhoff………………………………………………...……… 12 1.3 Phân loại mạch điện………………………………………………………… 13 1.3.1 Theo dòng điện trong mạch……………………………………………… 13 1.3.2 Theo tính chất các thông số R,L,C của mạch…………………………….. 13 Câu hỏi và bài tập chương 1 14 Chương 2: Kỹ thuật điện……………………………………………………… 15 2.1 Mạch điện xoay chiều một pha…………………………………………….... 15 2.1.1 Khái niệm………………………………………………………………….. 15 2.1.2 Mạch điện hình sin một pha cơ bản……………………………………….. 22 2.1.3 Hệ số công suất và các phương pháp nâng cao hệ số công suất…………... 38 2.1.4 Các phương pháp phân tích mạch điện……………………………………. 39 2.2 Mạch điện xoay chiều 3 pha………………………………………………… 53 2.2.1 Khái niệm chung…………………………………………………………... 53 2.2.2 Mạch ba pha đối xứng nối sao- sao (Y-Y).................................................. 54 2.2.3 Mạch ba pha đối xứng nối tam giác - tam giác (-)................................... 55 2.2.4 Mạch ba pha đối xứng đấu phức tạp............................................................. 56 2.2.5 Công suất mạch ba pha ................................................................................ 57 2.2.6 Phương pháp giải mạch điện xoay chiều ba pha đối xứng........................... 57 2.3 Máy điện.......................................................................................................... 64 2.3.1 Khái niệm chung về máy điện...................................................................... 64 2.3.2 Máy biến áp.................................................................................................. 67 2.3.3 Máy điện quay.............................................................................................. 72 2.4 Kỹ thuật đo lường............................................................................................ 82 2.4.1 Khái niệm chung về đo lường....................................................................... 82 2.4.2 Các dụng cụ đo cơ bản.................................................................................. 84 4
Trang 2.4.3 Đo các đại lượng điện................................................................................... 93 Câu hỏi và bài tập chương 2 103 Chương 3: Kỹ thuật điện tử................................................................................. 109 3.1 Vật liệu điện và linh kiện.................................................................................. 109 3.1.1 Vật liệu điện................................................................................................... 109 3.1.2 Linh kiện thụ động và linh kiện bán dẫn........................................................ 112 3.2 Mạch khuếch đại và mạch cấp nguồn............................................................... 156 3.2.1. Mạch định thiên TZT................................................................................... 156 3.2.2. Các mạch khuếch đại xoay chiều cơ bản..................................................... 162 3.2.3. Mạch khuếch đại công suất.......................................................................... 165 3.2.4. Mạch cấp nguồn........................................................................................... 170 Câu hỏi bài tập chương 3........................................................................................ 194 Chương 4: Kỹ thuật xung - số.............................................................................. 196 4.1 Kỹ thuật xung.................................................................................................. 196 4.1.1 Khái niệm...................................................................................................... 196 4.1.2 Các mạch tạo xung cơ bản............................................................................ 196 4.2 Kỹ thuật số....................................................................................................... 207 4.2.1 Khái niệm về hệ thống số............................................................................. 207 4.2.2 Đại số Boolean và các cổng lozic cơ bản..................................................... 211 4.2.3 Các phương pháp tối thiểu hàm lôzíc............................................................ 219 4.2.4 Các mạch Flip-Flop...................................................................................... 222 4.2.5 Các mạch ứng dụng...................................................................................... 229 Câu hỏi bài tập chương 4........................................................................................ 254 Tài liệu tham khảo.................................................................................................. 256 5
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Định nghĩa về mạch điện Là tập hợp các thiết bị điện được nối với nhau bằng dây dẫn tạo thành những vòng điện kín trong đó có dòng điện có thể chạy qua. * Mạch điện gồm ba phần cơ bản + Nguồn điện: Là thiết bị phát ra điện năng như máy phát điện là biến cơ năng thành điện năng, nguồn pin biến hóa năng thành điện năng, pin quang điện biến năng lượng bức xạ mặt trời thành năng lượng điện + Phụ tải: Chính là các thiết bị tiêu thụ điện năng biến điện năng thành các dạng năng lượng khác Ví dụ: Động cơ điện biến điện năng thành cơ năng; Bàn là điện biến điện năng thành nhiệt năng; Bóng đèn chiếu sáng biến điện năng thành quang năng; + Dây dẫn: Là bộ phận quan trọng làm nhiệm vụ dẫn điện từ nguồn đến tải thường làm bằng đồng, nhôm... + Ngoài ra còn có các thiết bị khác: - Thiết bị đóng cắt: Công tắc, ATM, cầu dao.... - Thiết bị đo lường: - Các loại đồng hồ đo các đại lượng điện - Thiết bị bảo vệ & báo tín hiệu Ví dụ : Mạch điện đơn giản hình1.1 K V Đ/C MF Đ Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện đơn giản 1.1.2 Kết cấu hình học của mạch điện - Nhánh: Nhánh chính là bộ phận của mạch điện gồm các phần tử nối tiếp với nhau trong đó có cùng dòng điện chạy qua. - Nút: Là chỗ gặp nhau của ít nhất ba nhánh trở lên. 6
- Vòng: Là lối đi khép kín qua các nhánh, hay là tập hợp các nhánh nối tiếp nhau tạo thành 1 vòng khép kín. - Mắt lưới: (Số vòng độc lập) là các vòng không chứa nhánh ở bên trong Ví dụ: cho sơ đồ mạch điện như hình 1.2 A B C R1 C V1 R2 V2 e L V3 F E D Hình 1.2: Sơ đồ kết cấu hình học của mạch điện Mạch điện hình 1-2 gồm: 3 nhánh: AF, BE, CD 2 nút: A (B ≡ C), F (E ≡ D) 3 mạch vòng 2 mắt lưới 1.1.3 Các thông số cơ bản 1) Nguồn điện áp - Nguồn sức điện động + Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp trên 2 cực của nguồn. Ut Ký hiệu: Mũi tên chỉ chiều mạch ngoài của nguồn có chiều từ nơi có thế cao đến nơi có thế thấp . + Nguồn sức điện động đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn điện đó. Ký hiệu: e(t) Mũi tên chỉ chiều mạch trong của nguồn có chiều từ nơi có thế thấp đến nơi có thế cao. Đơn vị: mV, V, KV 1mv = 10-3V 1v = 103mV 1Kv = 103V 2) Nguồn dòng điện 7
Nguồn dòng điện j(t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và duy trì một dòng điện cung cấp cho mạch ngoài . J(t) - Kí hiệu: >> - Dòng điện (i) về trị số bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích (q) qua tiết diện ngang của vật dẫn theo thời gian dq i= (1- 1) dt - Chiều dòng điện được quy ước cùng chiều với chiều chuyển động của các điện tích dương ngược chiều với chiều chuyển động của các điện tích âm (điện tử tự do). 3) Điện trở R i(t) R uR l R  . (1- 2) S  : là điện trở suất của của vật liệu làm dây dẫn (mm2/m) l : chiều dài vật dẫn (m) S: Tiết diện vật dẫn (mm2) - Khi cho dòng điện chạy qua vật dẫn (điện trở) sẽ sinh ra điện áp rơi trên điện trở UR = Ri (1- 3) - Công suất tiêu thụ dưới dạng nhiệt P = I2 R (w ; Kw) (1- 4) - Điện năng tiêu thụ trong thời gian t là A = Pt = I2Rt (Kw/h) (1- 5) - Cách đấu điện trở: eL + Đấu nối tiếp L iL + Đấu song song + Đấu hỗn hợp uL 4) Điện cảm L Khi cho dòng điện i chạy qua một cuộn dây có số vòng w sẽ sinh ra một từ thông móc vòng cuộn dây  = w. Điện cảm của cuộn dây là L được xác định:  w.  L (H)  (H) (1- 6) i i Nếu i biến thiên   biến thiên theo hiện tượng cảm ứng điện từ. Trong cuộn dây xuất hiện một suất điện động tự cảm có chiều chống lại từ thông sinh ra nó. Ký hiệu: SĐĐ tự cảm eL 8
d L. di  eL    (1- 7) dt dt  Cuộn dây xuất hiện một điện áp UL ngược với eL Ldi u L   eL  (1- 8) dt Công suất tức thời của cuộn cảm pL = uL. i (1- 9) Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây WL t 1 WL   PL dt  LI 2 (1- 10) 0 2 Kết luận: Điện cảm L đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng từ trường của cuộn dây gọi là một kho từ. 5) Tụ điện C Khi đặt một điện áp lên một tụ điện có điện dung C. Tụ điện C được nạp một điện tích q q = C. UC (1- 11) i C UC Nếu uC biến thiên sẽ có một dòng điện chuyển dịch qua tụ dq du i C C (1- 12) dt dt 1t u C   idt (1- 13) C0 Nếu tại thời điểm ban đầu t = 0 tụ đã được tích một điện tích ban đầu: 1t C 0 uC = idt + UC (0) (1- 14) Công suất tức thời trong tụ duC pc = uC i = uC C (1- 15) dt Năng lượng tích luỹ trong điện trường của tụ điện t 1 WC =  pdt  C. U 2C (1- 16) 0 2 Kết luận: Tụ điện C đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng điện trường của tụ điện gọi là kho điện. 6) Hỗ cảm M 9
Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng xuất hiện điện áp trong một cuộn dây do dòng điện biến thiên trong cuộn dây khác tạo nên. M * * 21 11 i1 W1 i2 W2 Hình 1.3: Hai cuộn dây có hỗ cảm Hai cuộn dây W1 và W2 có liên hệ hỗ cảm với nhau. Từ thông hỗ cảm trong hai cuộn dây do dòng điện i1 tạo nên là: 21 = Mi1 (1- 17) 21 là từ thông hỗ cảm trong cuộn dây 2 do cuộn dây 1 gửi sang M là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây d12 Mdi1 Nếu i1 biến thiên => U 21   (1- 18) dt dt Tương tự nếu cho dòng i2 vào cuộn dây W2 thì điện áp hỗ cảm trên cuộn dây W1 do dòng i2 sinh ra là: d12 Mdi2 U12   (1- 19) dt dt Ký hiệu: M L1 L2 * * 7) Các đại lượng đặc trưng của mạch điện + Dòng điện Dòng điện về trị số bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q qua tiết diện dq ngang một vật dẫn theo thời gian: i (1- dt 20) Chiều quy ước là chiều chuyển động của các điện tích dương trong điện trường + Điện áp Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi là điện áp U AB  A  B (1- 21) A: Thế tại điểm A. B: Thế tại điểm B Chiều điện áp là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp + Công suất 10
Trong mạch điện một nhánh hoặc một phần tử có thu hoặc phát năng lượng P = UI >0 Nhánh nhận năng lượng P = UI
Với E có chiều ngược chiều dòng điện lấy dấu (-). m EK 1 K Biểu thức: I (1- 24) R n Ví dụ với mạch điện như hình 1-6 E1 R1 R2 i + - R4 E2 R3 + - Hình 1.6 Mạch điện khép kín có nguồn Biểu thức tính dòng điện như sau E1  E 2 I R1  R2  R3  R4 1.2.2 Định luật Kirchhoff 1) Định luật Kirchhoff một (K1) Phát biểu: + Tổng đại số các dòng điện tại một nút triệt tiêu (Hay: Tại một nút tổng dòng vào bằng tổng dòng ra) Với dấu qui ước: Dòng đi vào nút lấy dấu dương, dòng đi ra nút lấy dấu âm m Biểu thức: I K 1 K 0 (1- 25) Ý nghĩa: Nói lên tính chất liên tục của dòng điện, trong một nút không có hiện tượng tích luỹ điện tích, có bao nhiêu điện tích đến nút thì có bấy nhiêu điện tích rời khỏi nút. Ví dụ với một nút của mạch điện như hình 1-7 i1 i2 i3 i8 A i4 i7 i5 i6 Hình 1.7: Sơ đồ dòng điện tại một nút Ta có thể viết i1 + i2 + i5 + i8 = i3 + i4 + i6 + i7 12
2) Định luật Kirchhoff hai (K2) Phát biểu: Đi theo một vòng khép kín theo một chiều tuỳ ý tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử bằng tổng đại số các sức điện động có trong mạch vòng, trong đó những sức điện động và dòng điện có chiều cùng với chiều vòng thì lấy dấu dương, ngược lại thì mang dấu âm. h l Biểu thức:  I K .RK   Ei K 1 i 1 (1- 26) VD: Cho mạch điện như hình 1. 8. Hãy viết phương trình K1 K2 I1 I2 A I3 R1 R2 I R3 II E1 E2 B Hình 1.8: Mạch điện gồm hai nút ba nhánh K1 tại A: I1 + I 2 - I3 = 0 K2 : Vòng I: -E1 = -I3R3 - I1R1 Vòng II: E2 = I3R3 + I2R2. 1.3 Phân loại mạch điện 1.3.1 Theo dòng điện trong mạch 1) Mạch điện một chiều Mạch điện có dòng điện một chiều chạy qua gọi là mạch điện một chiều. Dòng điện có trị số không thay đổi theo thời gian gọi là dòng điện không đổi 2) Mạch điện xoay chiều Mạch điện có dòng điện xoay chiều chạy qua gọi là mạch điện xoay chiều. 1.3.2 Theo tính chất của các phần tử trong mạch 1) Mạch điện tuyến tính Tất cả các phần tử trong mạch đều là các phần tử tuyến tính, nghĩa là các thông số R,L,C, M là hằng số, không phụ thuộc vào dòng điện, điện áp trên chúng. 2) Mạch phi tuyến tính Mạch điện có chứa ít nhất một phần tử phi tuyến gọi là mạch phi tuyến. Thông số R,L,C, M của phần tử phi tuyến thay đổi phụ thuộc vào dòng điện chạy qua, điện áp đặt lên chúng. 13
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1 1) Các thông số đặc trưng của mạch điện là gì, ý nghĩa của nó. 2) Quan hệ dòng và áp trong các phần tử của mạch điện. 3) Phát biểu các định luật Kirchoff viết biểu thức và nêu ý nghĩa của nó. 4) Bài tập1: Vẽ mạch điện gồm đầy đủ các phần tử R, L, C có ba nút và năm nhánh. Viết phương trình của định luật Kirchoff 1 và định luật Kirchoff 2 cho mạch điện trên. 5) Bài tập 2: Vẽ mạch điện gồm đầy đủ các phần tử R, L, C và M có ba nút và năm nhánh. Viết phương trình của định luật Kirchoff 1 và định luật Kirchoff 2 cho mạch điện trên. 6) Bài tập 3: Vẽ mạch điện gồm đầy đủ các phần tử R, L, C và M có bốn nút và bảy nhánh. Viết phương trình của định luật Kirchoff 1 và định luật Kirchoff 2 cho mạch điện trên. 7) Bài tập 4: Đặt một điện áp 120V vào điện trở, sẽ có dòng điện 0,5A qua mạch. Tìm trị số điện trở. 8) Bài tập 5: Một bếp điện có điện trở 24Ω, đặt vào mạch điện có dòng điện 5A qua bếp. Tìm điện áp đặt vào bếp? Giả sử cần giảm dòng điện đi 5 lần thì điện trở bếp phải là bao nhiêu nếu điện áp đặt vào mạch là không đổi? Tính công suất bếp trong cả hai trường hợp? 14
Chương 2: KỸ THUẬT ĐIỆN 2.1. Mạch điện xoay chiều một pha 2.1.1. Khái niệm 1. Định nghĩa Dòng điện xoay chiều là dòng điện biến đổi cả chiều và trị số theo thời gian (Hình 2.1a) Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin (Hình 2.1b) u, i u, i t 0  2 0  2 t T T Hình 2.1: Các dạng tín hiệu xoay chiều a) Dạng tín hiệu xoay chiều b) Dạng tín hiệu xoay chiều hình sin * Nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều hình sin - Sức điện động xoay chiều hình sin được tạo ra bởi máy phát điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha + Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 1 pha gồm 2 bộ phận chính: - Phần tĩnh (stato):  Lõi thép là các lá thép kỹ thuật điện ghép với nhau tạo thành hình trụ rỗng mặt trong của hình trụ có phay rãnh để đặt dây quấn  Dây quấn bao gồm các vòng dây điện từ - Phần quay (rôto) là một nam châm điện. Hệ thống được chế tạo sao cho trị số từ cảm ở khe hở không khí (giữa Rôto & Stato) phân bố theo quy luật hình sin. Nghĩa là khung dây ở bất kỳ vị trí nào cũng chịu tác dụng của từ cảm B = Bmsin (2-1)  là góc tạo bởi mặt phẳng khung dây với mặt phẳng trung tính 0 0’ Bm trị số cực đại của từ cảm. + Khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp với tốc độ  , từ trường của rotor sẽ cắt dây quấn phần ứng stator. Theo định luật cảm ứng điện từ thì sức điện động xuất hiện trong mỗi cạnh của khung dây stator là: 15
ec = Blv (2-2) Tại thời điểm ban đầu T (t = o) khung dây nằm trên mặt phẳng 00’ Tại thời điểm t 0 thì khung dây ở vị trí  = t Do đó: B =Bm .sint Thay vào biểu thức (2-2) ta có et = Bmlvsint Mà mỗi vòng dây có 2 cạnh nên sức điện động của vòng sẽ là: ev = 2.Bm lvsint (2-3) Nếu khung dây có (w) vòng thì sức điện động của khung sẽ là: e = 2wBm lvsint Đặt Em = 2wBm lv Thì : e = Em sint ở 2 đầu khung dây ta lấy được sức điện động biến thiên theo qui luật hình sin có đồ thị (hình 2.2) N e, u +Em  = 2t  t  = 2t 2 0 1/2T O O’ -Em T S Hình 2.2: Nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều một pha Sức điện động này có tần số Pn f= (2-4) 60 P: Là số đôi cực n: Là tốc độ phần ứng (tốc độ quay của Rôto) f: Tần số 2. Các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều hình sin Ta có quan hệ hàm hình sin i = I m sin (t + i ) (2-5) a. Chu kỳ: Là khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp lại quá trình biến thiên cũ Ký hiệu: T Đơn vị: giây ( S ) b. Tần số: 16
Số chu kỳ mà dòng điện thực hiện trong một giây gọi là tần số 1 Ký hiệu: f f T Đơn vị: Hz (hécz) 3 1kHz = 10 Hz 6 1MHz = 10 Hz Quan hệ: f & T 1 1 f= T= T f c. Trị số tức thời Là giá trị ứng với mỗi thời điểm i,u i1 = Im1sin(t1+i) Im Im1 t 0 t1 2 -Im T Hình 2.3: Biểu diễn trị số tức thời của dạng tín hiệu xoay chiều hình sin Tại thời điểm t 1 thì giá trị tức thời là: i 1 = I m sin( t 1 +i) (2-6) d. Biên độ Là giá trị lớn nhất của đại lượng hình sin i = Im sin ( t +i) e = E m sin(t +e) u = U m sin(t +u) =>I m , E m , U m là biên độ của đại lượng hình sin e. Góc pha (t +) gọi là góc pha, đặc trưng cho lượng biến thiên các đại lượng hình sin Tại thời điểm t = 0 thì góc pha =  -> Nên  gọi là góc pha đầu 17
: Là tốc độ góc hay tần số góc 2π  = 2πf  ( rad /s ) T - Nếu 2 đại lượng hình sin mà có góc pha đầu khác nhau thì 2 đại lượng hình sin đó lệch pha nhau i1 = Im sin(t + 1 ) i2 = Im sin(t + 2 ) i i1 i2 t 0 i2 Hình 2.4: Biểu diễn góc pha của các tín hiệu xoay chiều hình sin - Nếu 2 đại lượng hình sin mà có góc pha đầu bằng nhau thì 2 đại lượng hình sin đó trùng pha nhau i,u i = Imsin(t + 1) u u = um sin(t + 1) i t 0 Hình 2.5: Biểu diễn sự trùng pha của các tín hiệu xoay chiều hình sin - Nếu 2 đại lượng hình sin lệch đi một góc 1800 thì hai đại lượng đó ngược pha nhau. i,u i u 0 t 18
Hình 2.6: Biểu diễn ngược pha của các tín hiệu xoay chiều hình sin g. Pha và sự lệch pha - Lượng (t +) đặc trưng cho dạng biến thiên của lượng hình sin được gọi là góc pha hoặc là pha. Khi khung dây quay được một góc 2  thì lượng hình sin biến thiên hết một chu kỳ T = 2  2 1 = = 2f Với =f T T Như vậy một lượng hình sin sẽ được hoàn toàn xác định nếu biết: + Biên độ Im , U m , E m + Tốc độ góc  hoặc chu kỳ T hoặc tần số f + Góc pha đầu  - Sự lệch pha: Hai khung dây giống nhau lần lượt có các góc pha đầu 1 và 2 e1 = Em sin(t +1) e2 = Em sin(t +2) e N e1e 2 2 t 1 0 1 T O O’ 2  S Hình 2.7: Biểu diễn pha của các tín hiệu xoay chiều hình sin Nhìn vào đồ thị ta thấy e1 và e2 biến thiên tương tự nhau nhưng e1 luôn chậm sau e2 một khoảng thời gian hay một góc nào đó như đạt cực đại chậm hơn, về không chậm hơn Lượng sai khác đó chính là hiệu hai góc pha của e1 và e2 được gọi là góc lệch pha giữa chúng ký hiệu   =(t +1) - (t +2) = 1 - 2 (2-7) - Nếu  = 1 - 2 0 tức 1 > 2 khi đó e1 vượt pha trước e2 hay e2 chậm pha sau e1 19
- Nếu  < 0 tức 1 < 2 khi đó e1 chậm pha sau e2 - Nếu  = 0 tức 1 = 2 khi đó e1 và e2 trùng pha nhau - Nếu  =  tức e1 dương e2 âm và ngược lại ta nói e1 và e2 ngược pha nhau (đối pha nhau) h. Trị số hiệu dụng Trị số tức thời chỉ đặc trưng cho tác dụng của lượng hình sin cho từng thời điểm. Để đặc trưng cho tác dụng trung bình của lượng hình sin trong mỗi chu kỳ về mặt năng lượng người ta dựa vào khái niệm về trị số hiệu dụng Định nghĩa: Trị số hiệu dụng của một dòng điện xoay chiều là giá trị tương đương với dòng điện một chiều khi đi qua cùng một điện trở trong khoảng thời gian một chu kỳ của dòng xoay chiều, chúng cùng toả ra một nhiệt lượng như nhau Ký hiệu : I, U, E (chữ in hoa) Quan hệ giữa trị hiệu dụng trị biên độ Im Um Em I= ; U= ; E= (2-8) 2 2 2 => I m = 2 I; U m = 2 U; Em = 2E 3. Cách biểu diễn các đại lượng xoay chiều hình sin a) Biểu diễn bằng biểu thức toán học Muốn biểu diễn đại lượng hình sin bằng hàm hình sin thì ta phải biết đủ ba đại lượng: Biên độ, tần số và góc pha đầu i = Imsin(t + i) (A) e = Em sin(t +e) (V) u = um sin(t +  u) (V) b) Biểu diễn bằng đồ thị hình sin Muốn biểu diễn đại lượng hình sin bằng đồ thị hình sin thì ta phải biết đủ ba đại lượng: Biên độ, tần số và góc pha đầu Cách biểu diễn Lấy trục hoành làm trục thời gian (t) hay trục tần số góc (t) trục tung biểu diễn giá trị tức thời và chỉ cần vẽ cho một chu kỳ + Nếu góc pha đầu  = 0 thì điểm bắt đầu chu kỳ từ gốc 0 + Nếu góc pha đầu  > 0 thì điểm bắt đầu chu kỳ dịch về bên trái một đoạn bằng góc pha đầu là  + Nếu góc pha đầu < 0 thì điểm bắt đầu chu kỳ dịch về bên phải một đoạn bằng góc pha đầu là  20
i,e,u i,e,u i,e,u t t t 0  0 0  =0 >0 0 x x 0 0 