LECTURE NOTES ON ELECTRICAL & ELECTRONIC TECHNIQUE

LECTURE NOTES ON
ELECTRICAL & ELECTRONIC TECHNIQUE


file:///D:/__TCBinh_Laptop_Y0809/_COURSEs_Y0809S1/1_Electrica...

LECTURE NOTES ON
ELECTRICAL & ELECTRONIC TECHNIQUE
By Nguyen Nhu Phong
1. Electric Circuits
2. Electric Machines
3. Electronic devices & systems
4. Small Signal Amplifiers
5. Power Amplifiers
6. DC Signal amplifiers
7. Sine-wave Oscillators
8. Pulse Circuits
9. Digital Circuits
10. Power Supply Circuits

About the Lecture notes

1 of 1

9/23/2008 11:53 PM


Mạch Điện

1/20

KTĐ & ĐT

CHƯƠNG 1
MẠCH ĐIỆN

•
•
•
•
•

Khái niệm.
Cấu trúc mạch điện.
Các đại lượng cơ bản.
Dòng điện hình sin.
Mạch điện 3 pha.

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

2/20

KTĐ & ĐT

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN
•

Các phần tử mạch điện.
−
Nguồn điện: tạo điện năng.
−
Tải: eg. Động cơ, bếp điện . . .
−
Phần tử trung gian: eg.
Đường dây, biến áp.

•

Cấu trúc mạch điện.
−
Nhánh.
−
Nút.
−
Vòng.
−
Mắt lưới.
Các đại lượng cơ bản:

•

i

A

B
u

dq
dt

−

Dòng điện:

i=

−
−

Điện áp:
Công suất:

U = U AB = U A − U B
P =U × I

−

t0

Điện năng: W = ∫ Pdt.
t

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

3/20

KTĐ & ĐT

CÁC PHẦN TỬ MẠCH
A

e

+

U

R

i

G
B

•
•

•

iR
uR

iL
L

uL

iC
C

iC

−

Nguồn áp:
e
Nguồn dòng: i
Điện trụỷ:
R

(V)
(A)
()

U R = R ì iR
U2
P = Rìi =

R
2

ã

Cuoọn caỷm: L
di
UL = Lì L
dt
1
2
WL = ì LiL
2

(H)

ã

Tuù ủieọn:

(F)

C
dU
iC = C × C
dt
1
2
WC = × C × U C
2

GVC. ThS. Nguyeãn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

4/20

KTĐ & ĐT

DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN
•

Lý do khảo sát.
−
Bản chất hình sin của thế giới.
−
Phân tích mạch dễ dàng.
−
Năng lượng dễ sản xuất, truyền tải, phân phối.

•

Các đại lượng đặc trưng.
U
Um

Usin(ωt)

0

π

2π

ωt

θ
Umsin(ωt+θ)

U = U M sin(ωt + θ ) = U 2 sin(ωt + θ ) .
Tần số góc (rad/s).
Um :
T :
Chu kỳ (s)
T = 2π / ω .
F :
Tần soá (Hz)
f = 1 / T = ω / 2μ .
θ :
Goùc pha
− 180 0 ≤ θ ≤ 180 0

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

5/20

KTĐ & ĐT

BIỂU DIỄN MẠCH HÌNH SIN BẰNG VEC TÔ
i (t ) = I 2 sin(ωt + α )

ij

I

I

I1

α

0

I = I2 + I2

I2

ij

Tổng 2 hàm sin biểu diễn bởi tổng 2 vec tơ tương ứng.
iR

iR
UR

R

iL

UL

U R = R × iR

UR

UL

di L
dt
U L = X L × IL
UL = L×

L

+900

XL =ω×L

iL

iC

iC
−90

UC

duC
dt
UC = X C × IC
iC = C ×

0

C
UC

XC =

i
UR
U

UC

UL

U = UR +UL +UC

U =Z×I

U

Z =

UL

i
GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

R2 + X

2

X = XL − XC

α
UC

1
ωC

ϕ = Arctg

UR

1999

X

R
KTHTCN - ÑHBK


Mạch Điện

6/20

KTĐ & ĐT

CÔNG SUẤT TRONG MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN
i

TẢI
U

α>0

i

r ur ⎧U = U 2 sin(ω t + ϕ )
⎪
ϕ = ( I ,U ) ⎨
⎪i = I 2 sin(ω t )
⎩
i
S
α<0

U

Tải cảm (trễ)
Tải dung (sớm)
•
Công suất trung bình / taực duùng/ thửùc.
P = U ì I ì cos
(w)
ã
Coõng suaỏt phaỷn khaựng:
Q = U ì I ì sin( )
(Var)
ã
Coõng suaỏt hửừu bieỏn / toaứn phan.
S =U ì I
(V.A)
ã
Taỷi thuù ñoäng:
− 90 0 ≤ ϕ ≤ 90 0 → P ≥ 0
−
ϕ ≥0→Q≥0
−
Tải cảm:
−

Tải dung:

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

α
P

Tam giác công suất

ϕ ≤0→Q≤0

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

7/20

KTĐ & ĐT

HỆ SỐ CÔNG SUẤT
•
•

P
= cos ϕ
S
Tổn hao đường dây:
HSCS =

I

UP

U

P
cosϕ

Rd

⎛
⎞
P
Pth = Rd × I 2 = Rd × ⎜
⎟
⎜
⎟
⎝ U × cos ϕ ⎠
•
Hiệu suất tải điện:
P
P
y % = × 100% =
× 100(%)
PP
P + Pth
VD: P = 11Kw, U = 220 (V), Rd = 0.2 (Ω)
•
cosϕ = 1:
P
11 × ϖ 3
I=
=

= 50 ( A)
U cos ϕ 220 × 1
Pth = Rd × I 2 = 0.2 × 50 2 = 500 (ω )
PP = 11 × 10 3 + 500 = 11.500 (ω )
11.000
× 100 = 5.7%
11.500
cosϕ = 0.5
I = ... = 100( A)
y=

•

Pth = ... = 2,000(W )
PP = ... = 13,000(W )
Y = ... = 84.6%

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

8/20

KTĐ & ĐT

NÂNG CAO HSCS (Cosϕ)
i1

P,Q1
iC

C

P,Q

QC

U

TẢI

cosϕ1

Cosϕ

C : cos ϕ → cosϕ1
Q1 = Q + QC

ϕ1

ϕ

u
i1
ic

→ Ptgϕ1 = Ptgϕ − ωU 2
→C =

i

P
(tgϕ − tgϕ1 )
ωU 2

VD:

f = 50 Hz ,
P = 5kW
U = 220V ,
cos ϕ = 0.75 treã,
cos ϕ1 = 0.95
→ ϕ = 41.40 → Q = Ptgϕ = 4.410 (Var )

→ ϕ1 = 18.20 → Q1 = Ptgϕ1 = 1.646 (Var )
→ QC = Q1 − Q = −2.767 (Var )
QC
QC
=
= 182( μ F )
ωU 2 2π fU 2
P
= 30.3 A
I=
U cos ϕ

P
I1 =
= 23.9 A
U cos ϕ1
Dòng giảm
:
23.9/30.3 = 0.789
Tồn hao giảm :
(0789)2 = 0.622
→C =

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

9/20

KTĐ & ĐT

ÔN LẠI SỐ PHỨC
Đơn vị số ảo: " j ": j 2 = −1
Số phức:
A = a + jb (dạng vuông)

•

•
Im
jb

A

⎧a = Re ( A)
⎨
⎩b = Im ( A)

r
θ
a

Re

a = r cosθ , b = r sin θ → A = r (cosθ + j sin θ ) (dạng lượng giác)
Euler :
cosθ + j sin θ = e jθ
→ A = re jθ
(dạng mũ)
jθ
(dạng cực)
e ≡ ∠θ → A = r∠θ
⎧r = a 2 + b 2 ≡ A
⎪
⎨
⎪θ = arctg (b / a) ≡ arg( A)
⎩
Tính số phức:

A = a + jb = r1∠θ1 , B = c + jd = r∠θ 2
A + B = (a + c) + j (b + d )

•

A − B = (a − c) + j (b − d )
AB = (ac − bd ) + j (bc + ad ) = r1r2 ∠(θ1 + θ 2 )
A ac + bd
bc − ad r1
= 2
+j 2
= ∠(θ1 − θ 2 )
B c + d2
c + d 2 r2

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

10/20

KTĐ & ĐT

BIỂU DIỄN MẠCH HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC
•

i

I
.•

Z

U

p phức:

•

•

u = U 2 sin(ωt + θ ) → U = U ∠θ
•

Dòng phức: i = I 2 sin(ωt + α ) → I = I ∠α
Tổng trở dòng phức:

•
•

•

Z≡

U

•

=

U∠θ U
U
= ∠(θ − α ) = ∠ϕ .
I∠α
I
I

I
Z ≡ Z∠ϕ ≡ R + jX
U
→ Z = = R2 + I 2 ,
I
R = Z cos ϕ ,
R : ZR = R

X
R
X = Z sin ϕ

ϕ = Arctg

L : Z L = jωL = jX L = X L ∠900
1
= − jX C = X C ∠ − 900
jωC
Công suất phức:

C : ZC =
• •*

•

S ≡ U I = U ∠θ × I ∠ − α = UI ∠(θ − α ) = UI ∠ϕ
•

→ S = UI cos ϕ + jUI sin ϕ = P + jQ
•
⎧
⎪ P = Re S
•
⎪
⎪
→ ⎨Q = Im S
⎪
•
⎪S = S
⎪
⎩

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK

Mạch Điện

11/20

KTĐ & ĐT

VD:
•

I

•

I1

Z1

Z

•
I 2 Z 1 : P1 = 10 KW , cosϕ1 = 0.9 treã
Z 2 : P2 = 5 KW , cosϕ 2 = 0.95 sớm
2
→ cosϕ ?

•

S 1 = P + jQ1 = P + jP tgϕ1 = P + jP tg (arccos cos ϕ1 ) = 10,000 + 4,843
1
1

1
1
1
•

S 2 = P2 + jP2 tg (arccos cos ϕ 2 ) = 5000 − j1643
•

•

•

S = S 1 + S 2 = 15,000 + j 3,200
3,200
Q
= arctg
= 12.040 > 0
15,000
P
→ cos ϕ = 0.98 treã

→ ϕ = arctg

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK

Mạch Điện

12/20

KTĐ & ĐT

VD:
i
ic

iM
U

PM

M

U = 200∠0 0 , 50HZ
PM = 1KW , cosϕ M = 0.8

cosϕM

cos ϕ = 0.95 → C ?

cosϕ
•

S M = PM + jPM tg (arccos(cos ϕ M )) = 1,000 + j ì 750
ã

S = PM + jPM tg (arccos(cos ϕ )) = 1,000 + j × 329
•

•

•

•

•∗

S = S − S M = − j × 421 = U × I C
•*

→ IC =

•

SC
•

= − j ì 2.105

U
ã

I = j ì 2.105
ã

ZC =

U
ã

= − j × 95 → X C = 95Ω

IC
1
1
→C =
=
= 33.5( μF )
ωX C 2πfX C

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ÑHBK


Mạch Điện

13/20

KTĐ & ĐT

GIẢI MẠCH SIN Ở XÁC LẬP
Phương pháp:
•

Chuyển mạch thực → mạch phức.
•
Giải mạch phức.
•
Đổi kết quả sang dạng thực.
VD:
i

1.5v

•

1v

u
1
H
3

1.5

I

1
H
6

U = 40∠0 j 1

1

•

−j 2

Z
U = 40 2 sin 3t (V ) → i ?
Z = 1.5 + ⎡ j1 // ( 1 − j2 ) ⎤ = 2 + j ì 1.5 = 2.536.90


ã

U
40 00
I = =
= 16 ∠ − 36.90
0
Z 2.5∠36.9
→ i = 16 2 sin(ωt − 36.90 ) (A)
•

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

14/20

KTĐ & ĐT

MẠCH ĐIỆN BA PHA

Ưu điểm:
−
Công suất tức thời không đổi.
→ Máy phát điện việc tốt hơn.
−
Trọng lượng dây dẫn, ít hơn khi tải cùng công suất.
Ký hiệu 2 chữ số:
•
•
•
− U ab = U a − U b

•

•

•

→

•

U ab = −U ab
•

•

U ab = U + U cb
•

−

•

•

I ab → I ab = − I ba

Nguồn điện 3 pha:
•
⎧U = U 2 sin ωt → U = U ∠0 0
ax
P
P
⎪ ax
•
⎪
0
0
⎨U by = U p 2 sin(ωt − 120 ) → U by = U p ∠ − 120
⎪
•
⎪U c 2 = U p 2 sin(ωt − 2400 ) → U cz = U p ∠ − 240 0
⎩

Nguồn 3 pha nối sao (Y)
x, y , z ≡ n
a

•

•

n

c

b

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện
•

15/20

KTĐ & ĐT

Điện áp pha:

U
•

U = U P ∠0 0

•

-1200

U an

•

U = U P ∠ − 120 0

-1200

•

U = U P ∠ − 240 0

•

U bn
•

•

U ca

•

U ab Điện áp dây:

U cn

•

•

•

•

•

U = U an + U nb = U an − U bn
•

→ U ab = U P 3∠30 0
•

•

U bc = U P 3∠-90 0

U an

•

U ca = U P 3∠-2100

•

U bn

•

U bc
•

•

•

→ (U ab ,U bc ,U ca ) : 3 pha cân bằng, thứ tự thuận.
Ud = UP 3

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

16/20

KTĐ & ĐT

Nguồn 3 pha nối tam giác:

•

a

•

y

U ca

x

c

a

Ud = U p

•

U ab

b
z

•

U bc

A

b
c
A

ZA

Z CA
ZC

C

Z AB

ZB

B

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

C

Z BC

1999

Tải

Y
cân
bằn
g
Z A = ZB = ZC = ZP
B

KTHTCN - ÑHBK


Mạch Điện

17/20

KTĐ & ĐT

HỆ THỐNG Y – Y CÂN BẰNG
•

U an

a

A

b

B

a

Zp

A

•

U bn

Zp

Z

•

U cn

c

C

b

Zp

p

B

Z P = Z P ∠ϕ

•

•

•

I na = I aA = I AN =

•

U an
•

=

U P ∠0 0 U P
=
∠ − ϕ = Id ∠ − ϕ = I P∠ − ϕ
Z P ∠ϕ Z P

=

U P ∠ − 120 0
= I d ∠(−ϕ − 120 0 ) = I P ∠(−ϕ − 120 0 )
Z P ∠ϕ

UP
•

•

•

I nb = I bB = I BN =

•

U bn
•

ZP
•

•

•

I nc = I cC = I CN = I d ∠( −ϕ − 240 0 ) = I P ∠(−ϕ − 240 0 )
•

U cn

•

PP = U d I d cos ϕ

I cC

ϕ
•

I bB

ϕ

•

ϕ

U an
•

I aA

•

P = 3PP = 3U P I P cos ϕ
U d = 3U P , I d = I P → P = 3U d I d cos ϕ
⇒ Q = 3U d I d sin ϕ
S = 3U d I d

U bn

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ÑHBK

Mạch Điện

18/20

KTĐ & ĐT

VD
Tải: P = 900W , cosϕ = 0.9 treã, U d = 200V
→ Id = IP =
ZP =

P
= 2.89 ( s )
3U d cos ϕ

UP Ud / 3
=
= 40 (Ω )
IP
Id

ϕ = arccos(0.9 ) = 25.8 0
→ Z P = 40 ∠ 25.8 0
•

•

•

•

I Nn = I aA + I bB + I cC = 0

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

19/20

KTĐ & ĐT

HỆ THỐNG Y - Δ CÂN BẰNG
•

U an

a

A

•

•

U bn

Zp
b

B

•

U an = U pn ∠00 ,
•

I AB

ϕ

Zp
c

I AB

ϕ

Zp

•

U cn

U AB

•

•

U ab

C

•

I aA

•

U AB = U D ∠300

•

U AB U D ∠300 U D
=
=
=
∠(300 − ϕ ) = I P ∠(300 − ϕ )
ZP
Z P ∠ϕ
ZP

•

I BC = I P ∠(−900 − ϕ ),

•

I CA = I P ∠(−2010 − ϕ )

Ud UP
=
ZP ZP
•
•
•
Dòng dây:
I aA = I AB − I CA = 3I P ∠(−ϕ )

Với: I P =

•

•

I bB = 3I P ∠(−120 0 − ϕ ), I cC = 3∠(−240 0 − ϕ )
⇒ I d = 3I P
•

P = 3 P P = 3U P I P cos ϕ = 3I P RE Z P = 3I P RP
UP = Ud , IP =

2

2

Id
⇒ P = 3U d I d cos ϕ
3
Q = 3U d I d sin ϕ
S = 3U d I d

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Mạch Điện

VD:

20/20

•

KTĐ & ĐT

U an = 200∠00 , Z P = 4 + j 3(Ω)
→ U Pn = 200(V ), U p = U d = U pn 3 = 200 3(V )
Ip =

Up
Zp

=

200 3
4 +3
2

2

= 40 3( A)

I d = I p 3 = 120( A)
2
P = 3I p RP = 3 × (40 3) 2 = 57.6(W )

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK


Máy Điện

1/35

KTĐ & ĐT

CHƯƠNG 2
MÁY ĐIỆN

•
•
•
•
•
•

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

Khái niệm.
Các định luật cơ bản.
Máy biến áp.
Máy điện không đồng bộ.
Máy điện đồng bộ.
Máy điện 1 chiều.

1999

KTHTCN - ĐHBK


Máy Điện

2/35

KTĐ & ĐT

MÁY ĐIỆN
•

•

Máy điện:
− Thiết bị điện từ.
− Biến đổi cơ năng ↔ Điện năng.
− Biến đổi các đại lượng điện.
Phân loại:
− Máy biến áp.
− Máy điện không đồng bộ.
o Động cơ không đồng bộ.
o
Máy phát không đồng bộ.
− Máy điện đồng bộ.
o Động cơ.
o Máy phát.
− Máy điện một chiều.
o Động cơ.
o Máy phát.

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ÑHBK


Máy Điện

3/35

KTĐ & ĐT

CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
TRONG MÁY ĐIỆN
1_

Định luật cảm ứng điện từ – Lenz.
a_ Từ thông ϕ xuyên qua vòng dây biến thiên.
dϕ
dψ
e = −N
=−
: Suất điện động cảm ứng.
dt
dt
+
N: Số vòng dây.
ψ = Nϕ : Từ thông móc vòng.

ϕ

e

b_
v
e +

Thanh dẫn chuyển động trong từ trường.
e = l × v × B : Suất điện động cảm ứng.

l, v : Chiều dài, vận tốc thanh dẫn.
B B : Từ cảm (Mật độ từ thông).
v ⊥ B ⇒ e = lvB
( v , B , e ) : Tam diện thuận.

2_
i

Định luật điện từ – Laplace.
F = li × B : lực thuận từ.
B i : dòng qua thanh daãn.
+
F

i ⊥ B ⇒ F = B ⋅i ⋅l
(i , B, F ) : Tam diện thuận

GVC. ThS. Nguyễn Như Phong

1999

KTHTCN - ĐHBK