Bài giảng Lý thuyết mạch điện 2: Chương 5b - TS. Trần Thị Thảo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Lý thuyết mạch điện 2: Chương 5b - Mạch điện phi tuyến ở chế độ xác lập với nguồn chu kỳ" được biên soạn với các nội dung chính sau đây: Khái niệm; Phương pháp tuyến tính quanh điểm làm việc; Một số bài toán cơ bản. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng tại đây!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Lý thuyết mạch điện 2: Chương 5b - TS. Trần Thị Thảo

Phần 3: Mạch điện phi tuyến ➢ Các phần tử phi tuyến và các hiện tượng cơ bản trong mạch điện phi tuyến ▪ Khái niệm mô hình mạch phi tuyến ▪ Tính chất mạch phi tuyến ▪ Các phần tử phi tuyến ➢ Mạch điện phi tuyến ở chế độ xác lập ▪ Một chiều (Nguồn DC) ▪ Xoay chiều (Nguồn AC) ▪ Chu kỳ (Nguồn DC+AC) ➢ Mạch điện phi tuyến ở chế độ quá độ ▪ Khái niệm ▪ Các phương pháp cơ bản Lý thuyết mạch điện 2 1
Chương 5: Mạch điện phi tuyến ở chế độ xác lập với nguồn chu kỳ ❑ Khái niệm ❑ Phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc ❑ Một số bài toán cơ bản Lý thuyết mạch điện 2 2
Khái niệm ❑ Áp dụng cho trường hợp nguồn kích thích gồm hai thành phần: ▪ Một chiều (DC) ▪ Xoay chiều (AC) ▪ Thành phần DC rất lớn so với biên độ của thành phần AC (10 lần) ❑ Bỏ qua tính tạo tần của mạch phi tuyến ❑ Phương pháp giải mạch thường dùng ▪ Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc Lý thuyết mạch điện 2 3
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc ▪ Thay thế đặc tính phi tuyến của một phần tử phi tuyến bằng đoạn thẳng tuyến tính tại điểm làm việc của phần tử phi tuyến đó ▪ Sử dụng hệ số động của phần tử phi tuyến u (i ) q(u )  (i) Rd = ; Cd = ; Ld = i u i ▪ Các bước thực hiện: -Cho thành phần DC tác động, xác định điểm làm việc của phần tử phi tuyến và các hệ số động của phần tử phi tuyến xung quanh điểm làm việc đó. - Cho thành phần AC tác động, giải mạch đã tuyến tính hóa. Lý thuyết mạch điện 2 4
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc ▪ Ví dụ 1: e(t ) = 15 + 2 sin100tV; L = 0,1H; i (t ) = ? i(t) L I(A) 15 0,3 Dien ap (V) 10 0,2 R 5 e(t) R 0,1 0 0 5 10 15 Thoi gian (s) 0 - Cho thành phần DC tác động: 5 10 15 20 U(V) E(0)=15V I(0) L U R (0) = E (0) → I R (0) = 0,1 A I(A) 0,3 Điểm làm việc của điện trở 0,2 R E(0) R U U Rd = = 0,1 I I I I R( 0 ) U 0 16 − 13,6 2,4 5 10 15 20 U(V) = = = 60  0,12 − 0,08 0,04 Lý thuyết mạch điện 2 5
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc i(t) L - Cho thành phần AC tác động: e1 (t ) = 2 sin100t V e1(t) Rd R Thay điện trở phi tuyến R bằng điện trở tuyến tính hóa Rd = 60  Rd Mạch xoay chiều với Rd gồm các phần tử tuyến tính → có thể giải bằng phức hóa mạch E1 Rd I (1) + j LI (1) = E1 → I (1) = Rd + j L Lý thuyết mạch điện 2 6
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc i(t) L E1 Rd I (1) + j LI (1) = E1 → I (1) = Rd + j L 1 0o e1(t) Rd I (1) = = 0,0162 -j 0,0027=0,016 -9,46 o 60 + j10  i (1) (t ) = 0,016 2 sin(100t -9,46o ) A - Tổng hợp kết quả: e(t) 15 i (t ) = 0,1 + 0,016 2 sin(100t -9,462 ) A o 10 5 0 I = I + I = 0,1 + ( 0,016 ) = 0,101 A 0 5 10 15 2 2 2 2 0 1 i(t) PR = PR 0 + PR1 = 15.0,1 + 60.( 0,016 ) = 1,516 W 2 0.1 0.05 0 0 5 10 15 Lý thuyết mạch điện 2 7
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc L2(i) ▪ Ví dụ 2: i(t) R1 e(t ) = 80 + 4 2 sin100tV = E0 + e1 (t ); e(t) UR2(i) R1 = 40; L 2 ( i ) = 2i + 3, 35i 3 ; i (t ) = ? UR2(V) 0 30 40 47 62 70 I(0) R1 I(A) 0 0,25 0,5 0,75 1 1,5 E0 UR2(i) - Cho thành phần DC tác động: R1 I (0) + U R 2 ( I (0) ) = E0  40 I (0) + U R 2 ( I (0) ) = 80 → I (0)  0, 78 A Lý thuyết mạch điện 2 8
R1 I (0) + U R 2 ( I (0) ) = E0  40 I (0) + U R 2 ( I (0) ) = 80 → I (0)  0, 78 A UR2(V) 0 30 40 47 62 70 Dò: I(A) 0 0,25 0,5 0,75 1 1,5 U R1( k ) = R1I ( k ) I (k ) →  (k )  U R1( k ) + U R 2( k ) = E0( k ) I(0) R1 U R 2 E0 UR2(i) U = 40.0,5 = 20V (1) I (1) = 0,5A →  (1)  E0(1) = U R1(1) + U R 2(1) = 60V R1 U R 2 = 40  U (2) = 40.0,75 = 30V I = 0,75A →  (2)  E0(2) = U R1(2) + U R 2(2) = 77V (2) R1 U R 2 = 47 U R1(3) = 40.1 = 40V I (3) = 1A →  (3)  E0(3) = U R1(3) + U R 2(3) = 102V U R 2 = 62 80 − 77 I= (1 − 0, 75) + 0, 75 = 0, 78A 102 − 77 Lý thuyết mạch điện 2 9
UR2(V) 0 30 40 47 62 70 I(A) 0 0,25 0,5 0,75 1 1,5 Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc  L 2 ( i ) = 2i + 3,35i 3 80 − 77 L2(i) I= (1 − 0, 75) + 0, 75 = 0, 78A i(t) R1 102 − 77 Điểm làm việc: e(t) UR2(i)  L 2 Ld = = 2 + 10, 05 ( 0, 78 ) = 8,11 H 2 i I (0) I(0) R1 U 62 − 47 Rd =  = 60  I I (0) 1 − 0, 75 E0 UR2(i) I(A) 2 U(V) R2 80 1,5 60 U 1 M M 40 I 0,5 20 U 0 U(V) I I(A) 0 20 40 60 80 80-40I 0,5 1 1,5 2 80-40I Từ bảng→ đồ thị để tìm hệ số động chính xác hơn Lý thuyết mạch điện 2 10
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc - Cho thành phần AC tác động: . ZLd R1 E1 = 4 0 V;  = 100 rad / s o Rd = 60; Ld = 8,11 H E1 . Rd . E1 4 0o I (1) = = = 0, 0049 − 83o Rd + R1 + Z L 100 + j811 → i (1) (t ) = 0, 0049 2 ( sin100t − 83o ) A - Tổng hợp kết quả i (t ) = 0, 78 + 0, 0049 2 ( sin100t − 83o ) A Lý thuyết mạch điện 2 11
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc ▪ Ví dụ 3: i(t)  (i) R L 1 E0 = 20 V; e(t ) = 2 sin100t V; R1 = 8 ; q(u) U R 2 (i) = 10i + 0,5i 3 ; L (i) = 0,5i + 0, 05i 3 ; E0 UR2(i) e(t) q(u) = 0,5u − 0, 001u ; uR 2 (t ) = ? 3 - Cho thành phần DC tác động: I0 R1 UC0 E0 UR2(i) R1 I (0) + U R 2 (I (0) ) = E0  8 I (0) + 10 I (0) + 0, 5 ( I (0) ) = 20  I (0) = 1,08 A 3 I R 2 (0) = I L (0) = I (0) uR 2 (0) = U C (0) = E0 − R1 I L (0) = 20 − 8.1,08=11,36 V Lý thuyết mạch điện 2 12
E0 = 20 V; e(t ) = 2 sin100t V; R1 = 8 ; Tuyến tính hóa xung quanh R 2 = điểm làm việc U (i) 10i + 0,5i 3 ; L (i) = 0,5i + 0, 05i 3 ; q(u) = 0,5u − 0, 001u 3 ; uR 2 (t ) = ? L(i) Điểm làm việc: i(t) R1 q(u) U R 2 Rd = 10 + 1,5 (1,08 )  11,75 ; 2 E0 UR2(i) iR 2 I R 2( 0 ) e(t)  Ld = = 0,5 + 0,15 (1,08 ) = 0,675 H; 2 iL I L( 0 ) I0 R1 q Cd = = 0,5 − 0, 003 (11,36 ) = 0,1129 F 2 u UC ( 0 ) UC0 E0 UR2(i) Lý thuyết mạch điện 2 13
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc - Cho thành phần AC tác động:→Phức hóa I1 ZLd R1 Dùng phương pháp thế nút: A ZCd E1 Rd . Z Cd A = E1 1 1 1 B + + Z Cd Rd R1 + Z Ld U R 2 (1) =  A → uR 2 (1) (t ) 2 sin100t V - Tổng hợp: uR 2 (t ) = U R 2 + u R 2 (t ) = 11,36+ 2 sin100t V (0) (1) Lý thuyết mạch điện 2 14
Diode với tín hiệu (biến thiên) nhỏ Lý thuyết mạch điện 2 15
Diode với tín hiệu nhỏ Từ đặc tuyến V-A của diode, xác định điện trở động r0 và tìm điểm làm việc Q R Q(VD0,ID0) VD VD-RID Lý thuyết mạch điện 2 16
Diode với tín hiệu nhỏ vd = Vm sin t Mạch tương đương xoay chiều (bỏ qua điện trở của hai vùng bán dẫn P-N) → Biên độ của điện thế ngang qua diode: r0 VD1 = Vm → vD1 = VD1 sin t R + r0 Tổng hợp: v = VD 0 + VD1 sin t Lý thuyết mạch điện 2 17
Transistor (tham khảo) Khuếch đại E chung Lý thuyết mạch điện 2 18
Transistor (tham khảo) Lý thuyết mạch điện 2 19
Bài tập 1 L R2 = 35 ; R3 = 25 ; L=0,25 H; R1 R2 C R3 E1 =50V (một chiều); e2(t)=3sin(100t+60o) V E1 e2 Tụ điện C có đặc tính: q(u) = 0,5.10-3u+0,2.10-5u3 Điện trở R1 có đặc tính: u(i)=10i+0,02i3 Tính công suất phát của các nguồn? Tìm biểu thức theo thời gian của điện áp trên C? R2 R3 Một chiều: i + uR1 ( i ) = E1 L R2 + R3 R1 R2 C R3  0, 02i 3 = 50 − 24,58i E1 → i0 = 2, 027A Hệ số động: R2 R3 uc 0 = i0 = 29,56 V u R2 + R3 R1d = = 10 + 0, 06i02 = 10, 25  i i0 PE1 = E1.i0 = 101,356 W q Cd = = 0, 0057 F u uc 0 Lý thuyết mạch điện 2 20