Tải bản đầy đủ (.pdf) (12 trang)

Mạch điện 1 ( ĐH kỹ thuật công nghệ TP.HCM ) - Bài tập chương 3 pdf

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (266.53 KB, 12 trang )

Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 74
BÀI TẬP CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH
Bài 3.1:
Cho mạch điện như hình 3.1. Tìm dòng điện qua tất cả các nhánh và công
suất trên từng phần tử – Kiểm chứng lại nguyên lý cân bằng công suất trong mạch.
Bài 3.2:
Cho mạch điện như hình 3.2. Sức điện động của nguồn e(t)=100cos(8t)V.
Tìm biểu thức xác lập điện áp i(t) và i
c
(t).








Bài 3.3:
Cho mạch điện như hình 3.3a và 3.3b. Viết hệ phương trình để giải mạch
điện theo phương pháp dòng mắt lưới (chỉ viết hệ phương trình, không cần giải).










Bài 3.4
: Tìm dòng điện trong các nhánh ở mạch hình 3.4 dùng phương pháp thế nút.
Bài 3.5:
Tính dòng trong các nhánh ở mạch hình 3.5. Nghiệm lại sự cân bằng công
suất tác dụng, công suất phản kháng trong mạch. Cho
)V(E
0
050∠=

(hiệu dụng).










Bài 3.6:
Tính dòng trong các nhánh ở mạch hình 3.6. Nghiệm lại sự cân công suất
tác dụng, công suất phản kháng trong mạch .
Bài 3.7:
Tìm u
1
(t) ở mạch hình 3.7




16V
1Ω 1Ω


4A
24V

I
1

I
4

I
5

I
2
I
3


Hình 3.
4

2
I


j


10Ω
-
30Ω
+
-j5
1
I


I

E

Hình 3.
5

Hình 3.1
I
1
12Ω

15A




12Ω

I

2
I
3
I
0
6A
j
ωM
+

Hình 3.3
a

E
1

Z
1

j
ωL
1

j
ωL
2
Z
4
Z
2


I
1

I
2

I
3

+

E
2
Z
3

Z
5
10
Ω


0,00625F

e(t)

20
Ω


i(t)
Hình 3.2
1,25H
i
c
(t)
j
ωM
+

Hình 3.3
b

E
1

Z
1
j
ωL
1

j
ωL
2

Z
3

Z

2

I
1
I
2
I
3

+

E
2

Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 75









Bài 3.8:
Tìm u(t) và i(t) ở mạch hình 3.8.










Bài 3.9:
Xác đònh u(t) trên mạch hình 3.9.
Bài 3.10:
Tìm giá trò tức thời của điện áp v trong mạch hình 3.10.










Bài 3.11:
Xác đònh công suất cung cấp cho mạch do nguồn
0
050∠=Ε

V(hiệu dụng
phức) và công suất tiêu tán trên các mạch điện trở ở hình 3.11.
Bài 3.12:
Tìm công suất cung cấp bởi nguồn và công suất tiêu thụ trên các điện trở
ở mạch hình 3.12 dùng phương pháp dòng mắt lưới.








Hình 3.
6

)(050
0
V∠

(Hiệu dụng)
j



-
j


I

1

I

3


I

2

)(050
0
V∠

(Hiệu dụng)
4cos2t
(A)
+
u
1
-
0.5H
0.5F
sin 2t(A)
1
Ω
1H
2u
1
(A)
Hình 3.7
3
Ω

u(t)

1/18F
-
+
+
+
u
x

0
5cos(6 45 )
()
t
V


-
3
x
u

-
F
36
1
H
2
1
F
36
1

Hình 3.
9

Hình 3.1
0

V
+

3cos4t(V)

8cos4t(A)
-
+
-
1/6F
2sin4t(A)
Hình 3.12
j

-j5Ω

+

-
2
Ω
)(010
0
V∠

-j2
Ω
(hiệu dụn
g
)
j



Hình 3.1
1

E


-j2Ω


-j2
Ω
-
+
Hình 3.
8
u
0,5H
0,25H
1
Ω
+

1F
-
0,5Ω
5cos2t(V)
5cos2t(A)
i
0,5F
Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 76
Bài 3.13:
Xacù đònh công suất cung cấp bởi từng nguồn

Ε
1,

Ε
2
ở mạch hình 3.13.
Cho biết hiệu dụng phức

Ε 1
=


Ε
2
= 10

90
0

(V)
Bài 3.14:
Tìm v(t) ở mạch hình 3.14.












Bài 3.15:
Tìm dòng trên các nhánh ở mạch
điện hình 3.15 bằng:
a) Phương pháp thế nút.
b) Phương pháp dòng mắt dưới.






Bài 3.16:
Xác đònh dòng trên các nhánh ở mạch hình 3.16 dùng:
a) Phương pháp thế nút.
c) Phương pháp dòng mắt dưới.

Bài 3.17:
Ở mạch hình 3.17, tìm

Ε
2
để dòng qua trở 4Ω bằng 0. Khi đó tính

U
ad
,

U
bd
.










Bài 3.18:
Tìm u(t) trong mạch hình 3.18 biết e(t) = cos100t (V).
j

1
E


+
-j2
Ω

+


-
-
Hình 3.13

2
E

4cos2t(A)
10
Ω
1/4F
6cos2t(A)
6cos2t(A)
5H
-
Hình 3.14
3H
v(t)
+

8
Ω

2
Ω
1H
V6
1
I


A8
V2

0,125Ω
0,25Ω

A12

4
I


6
I


5
I


2
I



3
I


Hình 3.1
5
+
i
5

i
2

i
6

i
1



6V
i
4

i
8


+
i
3

i
7

-
4V

4
13
29
i
Hình 3.1
6
-
d
-
j
2
Ω
2
E


b

-


a
+
Hình 3.17

+
-j2Ω
)(050
0
V∠
Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 77
Bài 3.19:
Trong mạch ghép hỗ cảm hình 3.19. Xác đònh điện áp rơi trên phần tử
R=5
Ω. Nếu đảo ngược cực tính của 1 cuộn dây trong hai cuộn ghép hỗ cảm, hãy
xác đònh lại điện áp này. Nhận xét các kết quả.








Bài 3.20:
Cho mạch như hình 3.20. Biết hệ số ghép hỗ cảm k = 0,5.
a)
Xác đònh trở kháng vào Z
V
của mạch.

b)
Đảo cực tính một trong hai cuộn dây. Tính lại câu a.

Bài 3.21:
Xét mạch hình 3.21. Tần số làm việc là ω( rad/s).
a)
Cho

U
2
= 1. Tính

U
1
(jω).
b)
Xác đònh hàm truyền đạt áp K
u
(jω) =

U
2
/

U
1
. Tính và vẽ các đường đặc
tính biên tần
uΚ và đặc tính pha tần
Φ

(ω) = arg(K
u)
. Xác đònh tần số cắt.
Nhận xét.
c) Xác đònh u
2
(t) khi u
1
(t) = 4 cost V.







Bài 3.22:
Cho mạch điện như hình 3.22. Tìm sơ đồ thay thế Thevenin và xác đònh
dòng điện i trên điện trở R= 4
Ω
Bài 3.23:
Cho mạch điện như hình 3.23. Tìm sơ đồ thay thế Thevenin và xác đònh
điện áp v
0
trên điện trở R= 4Ω.









Bài 3.24:
Xác đònh giá trò của R để công suất trên R đạt cực đại, tìm giá trò công
suất đó?
j

*
U
+
-
k=0,8
j
10
Ω

3
Ω
+
-j4
Ω

)(050
0
V∠
*
-
Hình 3.19


.
*
u(t)
10Ω
5
Ω

-
+
e(t)
*
Hình 3.18
-
+
0,2H
0,2H
10Ω
0,1 H
2kΩ
Hình 3.2
0

*
Zv
-j1kΩ
-j1k
Ω

*
j

2kΩ
j
2k
Ω

U
2

1F
Hình 3.2
1
-

2H
-
+
+
1F
1
Ω

U
1
.
.
3
Ω
6
Ω
12V

4A
12
Ω
4
Ω
a
b
i
H
ì
nh 3.2
2

2A
V
1
/
4(A)
2
Ω
4
Ω
V
0
2
Ω
V
1
a
b

Hình 3.23
Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 78
Bài 3.25: Cho mạch điện đã được phức hóa theo trị hiệu dụng như hình 3.25. Tìm Z
để nó nhận được cơng suất cực đại. Tính P
max
đó.










Bài 3.26:
Cho mạng một cửa trên hình 3.26. Tìm sơ đồ tương đương Thévinin cho
mạng một cửa a-b đã cho?
Đáp án : U = 6V, Rth = 2K
Ω
Bài 3.27:
Cho mạng một cửa trên hình 3.27. Tìm sơ tương đương Thévenin cho
mạng một cửa a-b đã cho? Đáp án : U = 48/7V, Rth = 15/7K
Ω








Bài 3.28
:
Cho mạng một cửa trên hình 3.28.
a)
Tìm sơ tương đương Thévenin cho phần mạch bên trái a-b?
b)
Với kết quả câu a, xác đònh giá trò RL để nó nhận công suất cực đại? Xác
đònh công suất max đó?
Đáp án : a) U = 10V, Rth = 6K
Ω

Bài 3.29:
Cho mạch điện hình 3.29.
a. Tìm sơ đồ tương đương Thevenin và sơ đồ Norton của mạng 1 cửa A-B.
(1đ)
b. Mắc giữa 2 cực A và B một điện trở R. Xác định giá trị của R để cơng suất
truyền trên R là cực đại. Tính giá trị P
max
đó. (1đ)










3V

i
1
1A
6i
1
(V)

V
1
/2(A)
R
v
1
Hình 3.2
4
Hình 3.25

I
Z
I
A
B
12∠0
0

(V)
+


-j3Ω

Hình 3.2
9
10A
1
Ω
6
Ω
R
i

+
3i
A
B

Hình 3.2
7

2k
Ω
2mA
4k
Ω
a
2k
Ω
6V

6k
Ω


b

Hình 3.2
6

3V
6k
Ω

a
2mA

1k
Ω

2k
Ω

b
Hình 3.2
8
a
4k
Ω
2m
A

6k
Ω
3k
Ω
3V
RL
b
Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 79
Bài 3.30:
Mạch điện hình 3.30 được kích thích bởi 1 nguồn dòng DC là J = 8A và 1
nguồn áp hình sin e(t) = 15 cos2t V. Xác đònh i(t) ở xác lập và công suất tiêu thụ
trung bình trên điện trở 3
Ω









Bài 3.31:
Xác đònh u(t) ở xác lập trong mạch hình 3.31.
Cho biết e(t) = 17sin10t + 14,14sin20t (V).
Bài 3.32:
Dùng sơ đồ tương đương Thévenin hoặc Norton để tính công suất tiêu
hao trên trở kháng (2+j4)
Ω của mạch hình 3.32.













Bài 3.33:
Xác đònh trở kháng Z
t
ở mạch hình 3.33 để công suất truyền đến Z
t
cực
đại.
Bài 3.34:
Dùng đònh lý Thévenin tìm I ở mạch hình 3.34,.Cho R
L
=7Ω










Bài 3.35:
Dùng đònh lý Thévenin hoặc Norton tìm tỷ số

U /E ở mạch hình 3.35a và
hình 3.35b.


Hình 3.3
0
-

0,5Ω

e(t)
0,25F
i(t)
0,25F
+
J
1H
u(t)
-
40Ω
+
-
4H
Hình 3.3
1


5000uF
1H
12V
40Ω
+
e(t)
10Ω
+
-
j
4
Ω
-
(hiệu dụn
g
)
b
a
+
Hình 3.3
2
-j5Ω
(hiệu dụn
g
)
j

-
5

Ω
3
Ω
)(0100
0
V∠
+
2
Ω
)(9060
0
V−∠

*
-
j

*
a
Hình 3.33
+
b
j
10Ω

E
Zt
j



2i
1
(V)


i
+
R
L

-
10A
i
1
Hình 3.3
4
Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 80










Bài 3.36:
Cho mạch điện như hình 3.36, xác đònh mạch tương đương Thevenin tại

hai đầu a-b và xác đònh giá trò Z
X
để công suất truyền đến nó đạt cực đại.


































a
R2
-
U
0
R1
E
R3
I
b
+
+
-
αI
Hình 3.35b
Z
x
A
j

-
j



4
Ω
2∠60
0
(A)
2I
x
(A)
B

I
x
Hình 3.36
I
b
R2
+
I
-
R1
E
Hình 3.35
a

+
-
a
U
O
a

Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 81

ĐÁP SỐ VÀ HƯỚNG DẪN CHƯƠNG III
Bài 3.4: I
1
=5A; I
2
=4A; I
3
=2A; I
4
=-7A; I
5
=6A.
Bài 3.5:
)A(,I);A(,I 70794744363474
0
1
0
2
∠=−∠=



)A(,I 138832
0
∠=




)Var(Q);Var(Q);Var(Q
.WP;WP;WP
CLf
f
1008020
8060140
103
−==−=
=
==
ΩΩ

Bài 3.6: )A(,I);A(,I);A(,I
17445177213591735586
0
3
0
2
0
1
−∠=∠=−∠=







≈=≈= )Var(QQ;)W(PP

thufthuf
262269
Bài 3.7: u
1
(t)=1cos(2t+143
0
1)(V)
Bài 3.8:
)V)(tcos()t(u 4363252
0
+= ; )A)(tcos(,)t(i 4318236
0
+=
Bài 3.9:
)V)(tcos()t(u 8736625
0
−=

Bài 3.10:
)V)(tcos(,)t(v 1353469
0
−=
Bài 3.11: P
f
=354(W)
P
5
Ω

=8,92(W); P

3
Ω

=76,3(W); P’
5
Ω

=256,8(W); P
2
Ω

=11,14(W)
Bài 3.12: P
f
=37(W); P
2
Ω

=27,82(W); P
3
Ω

=6,75(W); P

=2,25(W)
Bài 3.13: P
e1
=11(W); : P
e2
=9,33(W).

Bài 3.14: v(t)=10cos(2t+36
0
9)(V)
Bài 3.15:
a) viết phương trình thế nút, chọn
ϕ
4
=0
Hệ phương trình như sau:
1321
12
250
1
1250
1
250
1
1250
1
I
,,,,
−=






ϕ−







ϕ−






+ϕ (1)
321
8
1250
1
1250
1
I
,,
−=






ϕ+







ϕ− (2)
331
12
1
1
250
1
250
1
I
,,
+−=






+ϕ+







ϕ− (3)


1321
124812 I

=ϕ−
ϕ
−ϕ (1)

321
888 I−=ϕ+ϕ− (2)

331
1254 I+−=ϕ+ϕ− (3)
Mặt khác ta có:

)V(6
1
=ϕ (4)

)V(2
32
=ϕ−ϕ
(5)
Từ hệ 5 phương trình (1),(2),(3),(4) và (5) với 5
ẩn số ta tìm được:

)V(6
1

=ϕ ; )V(6
2
=ϕ ; )V(4
3

I
1
=4(A); I
3
=8(A); )A(
,
I 0
1250
21
2
=
ϕ−ϕ
= ; )A(I 4
1
3
4
−=
ϕ

=
V6
1
I



A8
V2

0,125Ω
0,25Ω

A12

4
I


6
I


5
I


2
I


3
I



c

d

e
f
Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 82
)A(
,
I 8
250
13
5
−=
ϕ−ϕ
= ; )A(II 412
56
=
+
=
b) Phương pháp dòng mắt lưới
Chọn ba dòng mắt lưới như hình sau. Gọi u
J
là điện áp hai đầu nguồn dòng 8A.
02312502501250
21
=
+
−−+
mm
I,I),,( (1)

0612501250
12
=+−−
Jmm
uI,I, (2)
021
3
=+−
Jm
uI
(3)
Mặt khác ta có:
8
32
=−
mm
II (4)




Từ 4 phương trình (1),(2),(3) và (4) với 4 ẩn số ta có như sau:
I
m1
=4(A); I
m2
=4(A); I
m3
=-4(A) và u
J

=6(V)
Suy ra
I
1
=I
m2
=4(A); I
2
= I
m1
– I
m2
= 0(A); I
3
= I
m1
–I
m3
=8(A); I
4
=I
m3
=-4(A);
I
6
= I
m1
= 4(A); I
5
=I

6
– 12= -8(A).
Bài 3.16:
i
1
=22(A); i
2
=-38(A); i
3
=-4(A); i
4
=-26(A); i
5
=-32(A); i
6
=20(A); i
7
=-58(A); i
8
=16(A).
Bài 3.17:
)V(,E 201132626
0
2
∠=

;
22(A)(V)i1(,UU
bdad
=∠== 20685718

0


Bài 3.18: u=6cos100t (V)
Bài 3.19:
(V),U 91240643
0
−∠=


Nếu đảo ngược cực tính một cuộn:
(V),U 11121519
0
−∠=


Bài 3.20: a) Z
V
= 2kΩ ; b) Z
V
= 2-j0,8 kΩ .
Bài 3.30: Dùng nguyên lý xếp chồng của mạch điện tuyến tính.
* Cho nguồn dòng DC tác động, triệt tiêu nguồn áp hình sin.
Ở xác lập DC, phần tử điện cảm xem như bò ngắn mạch, phần tử điện dung xem
như hở mạch.
Từ hình 1 suy ra:
)A(,*
*
*)(I
DC

23
3
1
32
32
8 −=
+
−=
Công suất tiêu thụ trên điện trở 3Ω.
)W(,I*P
DCDC
72303
2
==
* Cho nguồn áp hình sin tác động, triệt tiêu nguồn dòng DC (hở mạch)
Phức hoá sơ đồ mạch ta được hình 2.
Dùng phép biến đổi tương đương.
)(j
jj
)
j
(
j
)j//()j( Ω=


=− 2
21
21
21

)(j
jj
)
j
)(
j
(
)j//()j(
Ω−=
++−
+−
=+− 22
222
222
222
V6
1
I


A8
V2

0,125Ω
0,25Ω

V3

4
I



6
I


)I(

2
I


3
I


c
d
e

f
)II(

)III(

u
J
AJ 8=



DC
I

Hình 1

Hình 2
-

j


)V(
0
015∠
-
j

AC
I

-
j

+
j

Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 83
)A(
jj

I
AC
0
0
03
2223
015
∠=
−++

=


Suy ra i
AC
(t)=3cos(2t)(A)
Công suất tiêu thụ trung bình trên điện trở 3
Ω do thành phần hình sin là:
)W(,*P
AC
513
2
3
3
2
=







=

Xếp chồng kết quả:
i(t) = I
DC
+ i
AC
(t) = -3,2 + 3 cos(2t) (A)
P = P
DC
+ P
AC
= 30,72 + 13,5 = 44,22(W)
Bài 3.31: u(t)= 2+3,4sin(10t-36
0
87) +2,24sin(20t-108
0
4) (A)
Bài 3.32: Trước tiên xác đònh sơ đồ tương đương Thévenin nhìn từ 2 cực a và b.
Tính
hm
U

:

j
j
jj

I
18
60100
5543
90600100
00
1

+
=
−++
−∠−∠
=


Suy ra
00
1
0100
18
6010043
010043 ∠+

+
+

=∠++−=
j
)
j

)(
j
(
I)j(U
hm


= 101,54 – j72,3 (V)










Tính trở kháng thévenin Z
th
:

)(,j,
j
j
jj
)
j
)(
j

(
Z
th
Ω+=

+
=
−++
−+
= 151234
18
535
5543
5543

Tính công suất tiêu hao trên 2+j4 (Ω )

Từ hình 2 suy ra
)A(,
j,j,
,j,
jZ
U
I
th
hm
0
754215
421581234
37254101

42
−∠=
+++

=
++
=



P= 2*(15,42)
2
= 475,6 (W)
Bài 3.33:
Z
t
= 1,398-j2,73 Ω
Bài 3.34:
Tìm mạch tương đương Thévenin cho mạng một cửa hình 1.

Tính
hm
U

:








j

-
(hiệu dụng)
b
a
+
Hình 1
-j5Ω
(hiệu dụng)
-
5
Ω

)(0100
0
V∠

+
)V(
0
9060 −∠
hm
U


j


-
I



hm
U

+
Z
th
a
b
Hình 2

4
Ω


i
ng
10A
i
1

Hình
2

2i
1

(V)
+
-
6
Ω
2i
1
(V)

4
Ω

i=0
+
-
10A
i
1

Hình
1

i
1

ϕ
Chương III: Các phương pháp phân tích mạch
Trang 84
Áp Dụng phương pháp thế đỉnh trên hình 1.
6

2
10
6
1
4
1
1
i
−=







(1)
Ta lại có:
062
11
=+−ϕ− ii (2)
Từ (1) và (2) suy ra i
1
= 5(A)
Dẫn đến U
hm
= 6i
1
= 30(V)


Ta có
)A(
)(
*
i 5
624
410
1
=
+−+
=
suy ra
)V(U
hm
30
=


Tính I
ng:

Khi ngắn mạch ta được hình 2. Dùng phép biến đổi ta được hình 3.

4
240
4
1
6
1
4

1
1
i+
=






++ϕ (3)

1
6i=ϕ (4)
Từ (3) và (4) ta có
7
120


Suy ra
7
30
47
120
==
*
i
ng
(A)
Vậy

)(
i
U
Z
ng
hm
th
Ω== 7

Sơ đồ thay thế Thévenin như hình 4:

)A(
U
i
hm
7
15
77
30
77
=
+
=
+
=


Bài 3.35:
a) Mạch hình 3.35a:
12

2
0
1 R)(R
R
E
U
α−+
=

b) Mạch hình 3.35b:
[]
231
320
1 R)(RR
RR
E
U
α−+
α

=
Bài 3.36:
Khi hở mạch, tính U
hm
:
x
I

2602
4

1
0
−∠=






ϕ
(1)
x
I.

4=ϕ (2)
(1) và (2) suy ra:
)V();A(I
x
3
608
3
602
00



=


0

00
904
3
602
2
3
608
42 −∠



=−−ϕ= .)j(IU
xhm



)V(,,U
hm
0
00
7917333
3
3016
3
608
−∠=
−∠


=







4
Ω


i
ng
40(V)
i
1

Hình
3
2i
1
(V)
+
-
ϕ

7
Ω

30(V)
i

Hình
4

A
1
-
j




2∠60
0
(A)
2I
x
(A)
B
1
I
x
Hình 3.3
6

ϕ
A
1
-
j





2∠60
0
(A)
2I
x
(A)
B
1
I
x
Hình 3.36
ϕ
I
ng
Chửụng III: Caực phửụng phaựp phaõn tớch maùch
Trang 85
Khi ngaộn maùch:

)A(
jj
)j(*
I
ng
0
0
00
1

1052
4524
608
4
602
44
44
=


=




=


)A(
j
)j(*
I
x
0
0
00
152
4524
308
4

602
44
44
=


=



=


)A(II
xng
0
2
195222 ==


)A(,,III
ngngng
000
21
5511163195221052 =+=+=



)(,,
,,

,,
I
U
Z
ng
hm
th
=


==
0
0
0
34185041
5511163
7917333



Vaọy
)(,,ZZ
th
*
X
+==
0
34185041




×