Bài giảng Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn

+ 2 nguồn bị điều khiển. 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . u Z i Z i u Z i Z i      u1(t) i1(t) Z11 e1= Z12.i2 e2= Z21.i1 i2(t) Z22 u2(t)  Xét bộ Y: 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . i Y u Y u i Y u Y u      j1= Y12.u2 i1(t) Y11 u1(t) j1 Y22 u2(t)j2 i2(t) j2= Y21.u1 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 43 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính V. Mạng hai cửa phi hỗ  Sơ đồ 2 trở kháng + 2 nguồn bị điều khiển.  Xét bộ H: 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . u H i H u i H i H u       Xét bộ G: 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . i G u G i u G u G i      H22 u2(t)j2 i2(t) j2= H21.i1 u1(t) i1(t) H11 e1= H12.u2 e1 j1= G12.i2 i1(t) G11 u1(t) j1 e2 i2(t) G22 u2(t) e2= G21.u1 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 44 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính V. Mạng hai cửa phi hỗ  Sơ đồ 3 trở kháng + 1 nguồn bị điều khiển.  Xét bộ Z: 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . u Z i Z i u Z i Z i      21 12 ZZ Z   1 11 1 12 2 2 12 1 22 2 . . . . u Z i Z i u Z i Z i      1.Z i Sơ đồ hình T u1(t) i2(t) Zd1 Zd2 Zn i1(t) u2(t)1 .e Z i  tính được Zd1, Zd2, Zn theo công thức: 12 2 22 12 1 11 12 21 12 n d d Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z        2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 45 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính V. Mạng hai cửa phi hỗ  Sơ đồ 3 trở kháng + 1 nguồn bị điều khiển.  Xét bộ Y: 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . i Y u Y u i Y u Y u      21 12 YY Y   1 11 1 12 2 2 12 1 22 2 . . . . i Y u Y u i Y u Y u      1.Y u Sơ đồ hình π  tính Yn1, Yn2, và Yd theo công thức: 12 2 22 12 1 11 12 21 12 1 Y Y ( ) . ( ) d n n Y Y Y Y Y Y Y Y Y j t Y u t            i1(t) Yn1u1(t) Yn2 u2(t) Yd i2(t) ( )j t 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 46 LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN 1 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính I. Khái niệm. II. Mô hình toán học của mạng hai cửa - Phương pháp tính bộ số. III. Tính chất mạng 2 cửa tuyến tính tương hỗ. IV. Hàm truyền đạt dòng - áp. Tổng trở vào mạng hai cửa. Vấn đề hòa hợp nguồn và tải bằng mạng hai cửa. V. Mạng hai cửa phi hỗ. VI. Khuếch đại thuật toán. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán 1. Khái niệm 47  Khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier – OP AMP) là một phần tử phức hợp của mạch điện, có 2 cửa ngõ, cho phép thực hiện các phép toán: cộng, trừ, nhân, chia, vi phân, tích phân Các chân tín hiệu của OP AMP:  Đầu vào đảo (2)  Đầu vào không đảo (3)  Đầu ra (6)  Nguồn cung cấp (4, 7) 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính 48 VI. Khuếch đại thuật toán 2. Sơ đồ tương đương.  Ri: Điện trở vào.  Nguồn áp bị điều khiển A.Vd RO: Điện trở ra  Điện áp ra: VO = A.(V2 – V1) A: hệ số khuếch đại vòng hở (open loop gain) Thông số Giá trị thực Giá trị lý tưởng Hệ số khuếch đại vòng hở, A 105 - 108 ∞ Điện trở vào, Ri 10 6 - 1013 Ω ∞ Ω Điện trở ra, R0 10 - 100 Ω 0 Ω Nguồn cung cấp, Vcc 5 - 24 V -- Chế độ làm việc của OP APM 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính 49 VI. Khuếch đại thuật toán 3. Khuếch đại thuật toán lý tưởng.  OP AMP lý tưởng:  Hệ số khuếch đại vòng hở A = ∞  RO = 0  Ri = ∞ 4 3 7 GND - + V2 =V1 i2 = 0 i1 = 0 - + - + - + Vd V1 V0  Tính chất cơ bản của OP AMP lý tưởng:  Dòng điện tại cửa vào bằng 0: i1 = i2 = 0  Điện áp vi sai giữa 2 cửa vào bằng 0: V2 = V1 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính 50 VI. Khuếch đại thuật toán 3. Khuếch đại thuật toán lý tưởng.  Ví dụ: Cho OP AMP lý tưởng. Tính hệ số khuếch đại điện áp VO/VS. Tính dòng điện i0 nếu VS = 1V 4 3 7 741 R2 R1 i0 - + VS V0 40kΩ 5kΩ 20kΩ 01 i1 = 0 i2 = 0 V1 V2  Vì OP AMP là lý tưởng, ta có    V V V R R R 0 0 1 1 1 2 9   S S V V V V 0 0 9 9    V V i R R 0 0 0 3 1 2 20.10  i1 = 0 R1 mắc nối tiếp với R2  Vậy ta có:  Áp dụng luật K1 tại nút 0:     SV V V i mA 1 0 0 9 0,65 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính 51 VI. Khuếch đại thuật toán 4. Khuếch đại đảo.  Áp dụng luật K1 tại nút 1:  Do OP AMP lý tưởng: V1 = V2 R2 R1 4 3 7 741 - + Vi V0 1 V1 V2 i1 i2   i R V V R 2 0 1     i V V V V i i R R 1 1 0 1 2 1 2      i i V V R V V R R R 0 2 0 1 2 1  Chú ý:  Hệ số khuếch đại phụ thuộc vào điện trở nối ngoài OP AMP. V R A R 2 1  Đặc điểm nhận dạng mạch KĐ đảo:  Tín hiệu đưa vào chân đảo  Phản hồi âm  Mạch KĐ đảo thường dùng trong bộ biến đổi dòng - áp. + -R1 - + V0 - + Vi  f i R V R1 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 52 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán  Áp dụng công thức của mạch khuếch đại đảo     iR V i A R 1 3 1 0 0,5 50 10.10 R2 R1 4 3 7 741 - + Vi V0 10kΩ      i R V V V R 2 0 1 25 . .0,5 1,25 10 Ví dụ: Tính điện áp VO và dòng điện chảy qua điện trở R1 và R2 nếu vi = 0,5V 25kΩ  Dòng điện chảy qua điện trở R1  Dòng điện chảy qua điện trở R2       R V i A R 0 2 3 2 0 1.25 50 25.10 4. Khuếch đại đảo 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 53 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán - + 6 V 4. Khuếch đại đảo  Áp dụng luật K1 tại nút 3: Ví dụ: Tính giá trị điện áp VO 4 3 7 R1 R2 4V V0      O O V V V VV V R R 3 33 3 1 2 6 6 4 10  Vì khuếch đại thuật toán lý tưởng, ta có V3 = V4 = 4V 10kΩ 4kΩ      O O V V V 46 4 1 4 10 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 54 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán  Khuếch đại thuật toán không đảo là mạch khuếch đại cung cấp hệ số khuếch đại dương: - + Vi V0 i1  Tín hiệu điện áp vào Vi được cấp tại chân không đảo của OP AMP.      V V V i i R R 3 3 0 1 2 1 2 0 5. Khuếch đại không đảo 4 3 7 R2 R1 i2  Mạch có phản hồi âm.   iV V V3 4    i i V V V R R 0 1 2         i R V V R 2 0 1 1 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 55 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán  Chú ý: - + Vi V0 = Vi  Nếu R2 = 0 hoặc R1 = ∞  hệ số khuếch đại bằng 1 5. Khuếch đại không đảo  Mạch lặp điện áp (voltage follower, hoặc unity gain amplifier) 4 3 7  Tính chất:  Trở kháng vào lớn  Dùng nối tầng để cách ly 2 phần của mạch điện (buffer). 4 3 7 First stage Second stage Mạch lặp điện áp dùng để cách ly giữa 2 tầng của mạch điện  Giảm thiểu sự ảnh hưởng giữa 2 tầng khác nhau của mạch điện, tránh sự ảnh hưởng qua lại giữa các tầng. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 56 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán - + 6 V 5. Khuếch đại không đảo  Áp dụng tính chất tuyến tính:  VO1 là điện áp do nguồn 6V tạo ra  VO2 là điện áp do nguồn 4V tạo ra Ví dụ: Tính điện áp V0 4 3 7 R1 R2 4V V0 O O OV V V1 2  Tính VO1: Ta có mạch khuếch đại đảo      O R V V R 2 1 1 10 6 6 15 4 10kΩ 4kΩ  Tính VO2: Ta có mạch khuếch đại không đảo                O R V V R 2 2 1 10 1 4 1 4 14 4 1 2 1O O OV V V V    Tổng hợp nghiệm: 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 R4 R1 R2 R3 57 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán - + 3V 5. Khuếch đại không đảo Ví dụ: Tính điện áp V0 V0 2kΩ 4kΩ 8kΩ 5kΩ 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 58 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán 5. Khuếch đại không đảo Ví dụ: Tính iS, v1, v2, il. So sánh với trường hợp nguồn và tải nối trực tiếp.  Mạch lặp điện áp không tiêu tốn công suất của nguồn vS  Mạch lặp điện áp truyền tín hiệu, công suất từ nguồn đến tải nhưng không gây tổn hao (dòng điện trên tải được cấp bởi OP AMP).  Cách ly nguồn và tải  Áp dụng tính chất OP AMP lí tưởng: 1 20; ;     S S S l l v i v v v i R 1 2;       S l S l S l S l S v R i i v v v R R R R 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 R3 R2 RfR1 59 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính - +  Mạch cộng điện áp là mạch OP AMP trong đó điện áp đầu ra là tổng của các giá trị điện áp đầu vào theo các giá trị trọng số. V3 V0           a O a a a f V V V V V V V V i i i i R R R R 1 2 3 1 2 3 1 2 3  Vì khuếch đại thuật toán lý tưởng Va = 0           f f f O R R R V V V V R R R 1 2 3 1 2 3 V2 V1 i1 i2 i3 i 0 0 i  Mạch cộng điện áp là một mạch khuếch đại đảo với nhiều đầu vào  Áp dụng luật K1 tại nút 0 ta có: a VI. Khuếch đại thuật toán 6. Mạch cộng điện áp 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 R2 RfR1 60 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính - + Ví dụ: Tính giá trị V0 và i0  Áp dụng luật K1 tại cửa ra của OP AMP, ta có:                   f f O R R V V V V R R 1 2 1 2 10 10 .2 8 5 2,5 2V 1V  Áp dụng công thức tính của mạch cộng điện áp 2,5kΩ 10kΩ 2kΩ VO 5kΩ b a i0          O a O b V V V V i mA0 8 8 4,8 10 2 10 2 VI. Khuếch đại thuật toán 6. Mạch cộng điện áp 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 R1 R2 R3 R4 61 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính - +  Mạch khuếch đại vi sai là mạch OP AMP cho phép khuếch đại điện áp vi sai giữa hai đầu vào và triệt tiêu các tín hiệu đồng pha giữa chúng. Vb V0                       R RR R R R R V V V V V V R R R R R RR R 1 22 3 2 2 2 0 2 1 0 2 1 1 3 4 1 1 13 4 1 1 1  Vì OP AMP lí tưởng Va = Vb            a a a V V V V R R V V V R R R R 1 0 2 2 0 1 1 2 1 1 1 V2 V1 0 0  Áp dụng luật K1 tại nút a: Va b b b V V V R V V R R R R 2 4 2 3 4 3 4       Áp dụng luật K1 tại nút b VI. Khuếch đại thuật toán 7. Mạch khuếch đại vi sai 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 62 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính - +  Nếu và V1 = V2VO = 0 (triệt tiêu các tín hiệu vào đồng pha) Vb V0     R V V V R 2 0 2 1 1  Nếu R2 = R1, và R3 = R4 V2 V1 0 0 4 3 7 R1 R2 R3 R4 Va  R R R R 1 3 2 4  Khi đó ta có:  V V V0 2 1  Nhận xét:  Mạch khuếch đại vi sai có thể sử dụng để thiết kế mạch trừ điện áp  Mạch khuếch đại vi sai thường được dùng trong các mạch khuếch đại đo lường (Instrumentation Amplifier (IA)) VI. Khuếch đại thuật toán 7. Mạch khuếch đại vi sai (bộ trừ điện áp) 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 63 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Thiết kế mạch OP AMP với 2 đầu vàoV1 and V2 trong đó V0 = -5V1 + 3V2  Áp dụng công thức mạch khuếch đại vi sai:  Cách 1: Sử dụng 1 OP AMP      R R V V V R R 2 2 0 2 1 1 1 5  Biến đổi:           V V V V V0 1 2 2 1 3 5 3 5 5  Mặt khác:                             R RR R V V V V V R RR R R R 1 22 2 0 2 1 2 1 1 13 3 4 4 11 1 5 5 5 1 1                   R R R RR R 3 3 4 43 4 1 1 35 2 1 5 1  Chọn:        R k R k R R k 1 2 3 4 10 ; 50 20 VI. Khuếch đại thuật toán 7. Mạch khuếch đại vi sai 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 64 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Thiết kế mạch OP AMP với 2 đầu vàoV1 and V2 trong đó V0 = -5V1 + 3V2  Mạch khuếch đại đảo:  Cách 2: Sử dụng 02 OP AMP  khuếch đại đảo + mạch cộng điện áp.  aV V23  Mạch cộng áp:   aV V V0 15  Kết hợp 2 mạch khuếch đại: V0 = 3V2 - 5V1 V0 Va V2 V1  Lựa chọn thông số thiết kế:  R k1 10 ; 4 3 7 R1 3R1 5R1 5R1 4 3 7 R1 VI. Khuếch đại thuật toán 7. Mạch khuếch đại vi sai 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 R4 R1 R1 R3 4 3 7 R3 4 3 7 R2 R2 65 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Tính điện áp V0 của mạch khuếch đại đo lường  Mặt khác:    a b a b V V i V V V V R 1 2 4 ; ;  Vì OP AMP là lý tưởng, dòng điện i chỉ chảy qua 3 điện trở   V V i R R01 02 3 4(2 )  Do đó: V0 VO2 V2 V1  Ta có công thức:   V V i R 1 2 4 VO1 0 A2 A1 Vb Va A3 0 i           R R V V V R R 2 3 0 2 1 1 4 2 1 VI. Khuếch đại thuật toán 7. Mạch khuếch đại vi sai 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 R1 R1 R3 4 3 7 4 3 7 R2 R2 66 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Tính giá trị i0 trong mạch khuếch đại đo lường 8,01V 8V 20kΩ i020kΩ 40kΩ 10kΩ40kΩ VI. Khuếch đại thuật toán 7. Mạch khuếch đại vi sai 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 8. Mạch tích phân 67 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính VI. Khuếch đại thuật toán  Mạch tích phân là mạch OP AMP có đầu ra quan hệ tích phân với tín hiệu vào.  Nhận xét:  Mạch tích phân thường có điện trở phản hồi để giảm hệ số khuếch đại một chiều và tránh trạng thái bão hòa (saturation)  Mạch tích phân hoạt động trong vùng tuyến tính, tránh trạng thái bão hòa 4 3 7 GND R1 C vi - + v0 + - iR iC R Ci i  Áp dụng luật K1 tại nút 3:     i R C v dv i i C R dt 0      t iv t v v t dt RC 0 0 0 1 ( ) (0) ( )    t iv t v t dt RC 0 0 1 ( ) ( ) 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 GND R C 68 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính  Mạch vi phân là mạch OP AMP trong đó đầu ra của mạch khuếch đại tỉ lệ tuyến tính với sự biên thiên của tín hiệu vào.  Nhận xét:  Nhìn chung, đầu ra của mạch vi phân là không ổn định do nó biến thiên tỉ lệ với độ biến thiên của tín hiện vào.  Do sự không ổn định, mạch vi phân ít được ứng dụng trong thực tế. vi - + v0 + - iC iR R Ci i  Áp dụng luật K1 tại đỉnh a:      iR C v dv i i C R dt 0   i dv v t RC dt 0 ( ) a 8. Mạch vi phân VI. Khuếch đại thuật toán 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 GND R1 C R2 69 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Tính điện áp ra của mạch vi phân. - + v0   RC 3 6 35.10 .0,2.10 10  Áp dụng công thức của mạch vi phân:: vi 5kΩ0,2μF t (ms) 4 0 2 vi 64 8  Trong khoảng 0 < t < 4ms hoặc 4 < t < 8ms, điện áp ra có dạng            i t t ms t ms v t t ms t ms 2 0 2 ,4 6 8 2 2 4 ,6 8               i O mV t ms t msdv v RC dt mV t ms t ms 2 0 2 ,4 6 2 2 4 ,6 8 t (ms) -2 0 2 vi 64 8 2 8. Mạch vi phân VI. Khuếch đại thuật toán 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 3 7 R4 R1 R2 R3 4 3 7 70 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Tìm V0 và i0 trong mạch điện  Xét tại đầu ra của tầng 2:  Mạch điện gồm 2 tầng khuếch đại         a R V mV R 1 2 1 20 100 20mV 10kΩ 3kΩ 4kΩ 12kΩ a b i0 VO - +  Xét tại đầu ra của tầng 1         O a R V V mV R 3 4 1 350  Giá trị dòng điện i0       b aV VO b V V i i A R 3 0 0 3 3 (350 100).10 25 10.10 VI. Khuếch đại thuật toán 9. Nối xâu chuỗi (nối tầng) các OP AMP 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn R2 R7 R5 4 3 7 R1 R4 R6 4 3 7 R3 4 3 7 71 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Tìm V0  Mạch điện gồm 2 mạch KĐ đảo A và B và mạch cộng áp C 10kΩ 2kΩ 5kΩ 15kΩ a b VO    a R V V V R 2 1 1 3 6kΩ 8kΩ 4kΩ V2=2V V1=1V A B C    b R V V V R 4 2 3 4  Áp dụng công thức của mạch cộng áp                    O a b R R V V V V R R 7 7 5 6 2 2.( 3) ( 4) 8.333 3 VI. Khuếch đại thuật toán 9. Nối xâu chuỗi (nối tầng) các OP AMP 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 72 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Tìm V0 nếu V1 = 2V, V2 = 1,5V R4 R2 4 3 7 R1 R5 4 3 7 R3 4 3 7 30kΩ 15kΩ VO 80kΩ 20kΩ50kΩ V2 V1 VI. Khuếch đại thuật toán 9. Nối xâu chuỗi (nối tầng) các OP AMP 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 73 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính  OP AMP được sử dụng rất nhiều trong thực tế:  Bộ đảo, bộ cộng, bộ trừ, mạch tích phân, mạch vi phân, mạch logarit.  Mạch khuếch đại đo lường, mạch hiệu chỉnh (calibration)  Bộ biến đổi số - tương tự (Digital – analog converter), bộ biến đổi áp- dòng, mạch biến đổi dòng – áp.  Máy tính tương tự  Bộ lọc, bộ chỉnh lưu, bộ dịch pha,  Bộ so sánh, bộ dao động  VI. Khuếch đại thuật toán 10. Ứng dụng 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 74 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính  Mạch DAC có chức năng biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự DAC 4 bits  Mạch DAC có thể tạo bằng các sử dụng mạch trọng số nhị phân (binary weighted ladder):  Các bit nhị phân được đánh trọng số theo vị trí.  Trọng số nhị phân quyết định bởi giá trị Rf/Rn     f f f fO R R R R V V V V V R R R R 1 2 3 4 1 2 3 4 R4R3R2 4 3 7 Rf R1 VO V2V1 V3 V4 LSBMSB Binary weighted ladder type  V1, V4 là các điện áp nhị phân (0, 1) (binary code)  đầu ra của DAC có quan hệ tỉ lệ tuyến tính với các giá trị đầu vào VI. Khuếch đại thuật toán 10. Ứng dụng 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 75 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ví dụ: Tính điện áp đầu ra của mạch DAC.           f f f f O R R R R V V V V V R R R R V V V V V 1 2 3 4 1 2 3 4 0 1 2 3 40,5 0,25 0,125 R4R3R2 4 3 7 Rf R1 VO V2V1 V3 V4 LSBMSB 10kΩ 10K 20K 40K 80K V1V2V3V4 [B] Giá trị [D] -V0 0000 0 0 0001 1 0.125 0010 2 0.25 0011 3 0.375 0100 4 0.5 0101 5 0.625 0110 6 0.75 0111 7 0.875 1000 8 1.0 1001 9 1.125 1111 15 1.875  Mỗi bit có giá trị tương ứng 0.125V  không thể biểu diễn giá trị điện áp trong khoảng (1V, 1.125V) (DAC resolution). VI. Khuếch đại thuật toán 10. Ứng dụng 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 76 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính  Khuếch đại đo lường (IA) được sử dụng nhiều trong các mạch khuếch đại cách ly, mạch đo nhiệt độ, mạch thu thập dữ liệu (data acquisition systems).  Quan hệ điện áp: R 4 3 7 4 3 7 R 4 3 7 R R R R 2 3 1 Inverted input Gain set Gain set Non-inverted input Output V0 V2 V1 RG          G R V V V R 0 2 1 2 1  Đặc điểm:  Khuếch đại tín hiệu vi sai đầu vào nhỏ  Triệt tiêu tín hiệu đồng pha ở đầu vào Sơ đồ nguyên lý VI. Khuếch đại thuật toán 10. Ứng dụng 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 77 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính  Tính chất của IA:  Hệ số khuếch đại điện áp có thể thay đổi bằng điện trở ngoài RG  Điện trở vào rất lớn và không bị thay đổi khi thay đổi hệ số khuếch đại.  Điện áp ra VO chỉ phụ thuộc vào thành phần điện áp vi sai giữa 2 tín hiệu vào V1, V2, không phụ thuộc vào thành phần điện áp đồng pha giữa chúng. VI. Khuếch đại thuật toán 10. Ứng dụng 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 78 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ex: A precision Intrumentation amplifier Product highlight:  Input noise is less than 4 nV/√Hz at 1 kHz.  Pin programmable gains of 1, 100, 200, 500 and 1000 provided on the chip. Using a single external resistor for other gains.  The offset voltage, offset voltage drift, gain accuracy and gain temperature coefficients are guaranteed for all pretrimmed gains.  Provides totally independent input and output offset for high precision applications.  A sense terminal is provided to enable the user to minimize the errors induced through long leads. A reference terminal is also provided to permit level shifting at the output. Price (100 - 499) Price (1000) $4.82 $4.09 VI. Khuếch đại thuật toán 10. Ứng dụng 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 79 Chương 7: Mạng hai cửa tuyến tính Ex: LT167 – Single resistor gain, programmable, precision intrumentation amplifier Price (1 - 99) Price (1000) $6.45 $5.55 Datasheet: VI. Khuếch đại thuật toán 10. Ứng dụng 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 1 LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN 1 Chương 8: Mạch điện ba pha. I. Khái niệm. II. Mạch ba pha đối xứng và không đối xứng tải tĩnh. III. Tính và đo công suất mạch điện ba pha. IV. Mạch ba pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng V. Phân tích mạch ba pha không đối xứng bằng phương pháp thành phần đối xứng. Bài tập: 10.1 - 10.5, 11.1 - 11.5, bài thêm 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 2 Chương 8: Mạch điện ba pha I.1. Định nghĩa.  Mạch điện ba pha là mạch điện làm việc với nguồn kích thích ba pha.  Nguồn điện ba pha gồm 3 nguồn điện 1 pha:  Cùng biên độ hiệu dụng.  Cùng tần số.  Pha ban đầu lệch nhau 1200 0 0 ( ) .sin ( ). ( ) .sin( 120 )( ). ( ) .sin( 120 )( ). A m B m C m e t E t V e t E t V e t E t V           0 0 0 0 ( ) 120 ( ) 120 ( ) A B C E E V E E V E E V             AE  CE  BE  0120 0120 V t ( )Ae t  Nhận xét:  Tổng các suất điện động của 3 dây quấn đều triệt tiêu. ( ) ( ) ( ) 0 0A B C A B Ce t e t e t E E E           Thứ tự thuận (ngược): Pha B (C) chậm hơn pha A góc 1200; pha C (B) sớm hơn pha A góc 1200. ( )Be t ( )Ce t 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 3 Chương 8: Mạch điện ba pha I.2. Cách tạo nguồn điện ba pha.  Sử dụng máy phát điện xoay chiều đồng bộ ba pha đối xứng.  Cấu tạo :  Stator: Hình trụ, gắn cố định với thân máy, đặt 3 cuộn dây AX, BY, CZ giống nhau, lệch nhau trong không gian 1200.  Rotor: Hình trụ, đặt trong stator, trục rotor được gắn với tuốc bin.  Nguyên lý hoạt động:  Rotor được từ hóa bằng dòng điện 1 chiều (lấy từ nguồn kích thích ngoài)  nam châm điện.  Rotor quay đều với vận tốc ω (do lực ngoài tác động của hơi nước, thủy điện, động cơ kéo )  từ trường của rotor quét qua các dây quấn stator  suất điện động cảm ứng trên các cuộn dây AX, BY, CZ. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 4 Chương 8: Mạch điện ba pha I.3. Động cơ không đồng bộ ba pha. a. Từ trường quay.  Xét 3 cuộn dây stator cấp bởi dòng điện 3 pha đối xứng. BZ Y XA C B Z Y XA C B Z Y XA C 0 0 ( ) .cos . ( ) .cos( 120 ). ( ) .cos( 240 ). A m B m C m i t I t i t I t i t I t            Quy ước: Dòng điện dương là dòng đi ra khỏi đầu cuộn dây, đi vào cuối cuộn dây. → áp dụng quy tắc vặn nút chai  Tại 0 ; 2 m A m B C I t i I i i        Tại ; 3 2 m B m A C IT t i I i i        Tại 2 ; 3 2 m C m A B IT t i I i i       → Từ trường trong máy điện là từ trường quay. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 5 Chương 8: Mạch điện ba pha I.3. Động cơ không đồng bộ ba pha. b. Động cơ không đồng bộ ba pha.  Cấu tạo:  Stator: Gồm các cuộn dây tạo ra từ trường quay.  Rotor: Cấu tạo kiểu lồng sóc đoản mạch, các thanh dẫn lắp xiên so với đường sinh của lồng sóc.  Nguyên lý hoạt động:  Từ trường quay do cuộn dây stator tạo ra cắt các thanh dẫn dây quấn rotor  sinh ra suất điện động cảm ứng.  Dây quấn rotor nối ngắn mạch  các suất điện động cảm ứng sinh ra các dòng điện cảm ứng trong các thanh dẫn.  Lực tác dụng tương hỗ giữa dòng điện trong thanh dẫn với từ trường quay làm rotor quay cùng chiều với chiều quay của từ trường. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 6 Chương 8: Mạch điện ba pha I.4. Cách đấu dây mạch ba pha.  Mỗi dây quấn stator có một cực đầu và một cực cuối (cực đầu là cực ở đấy chiều dương dòng điện đi ra, cực còn lại là cực cuối). Sơ đồ tương đương  Sơ đồ 3 pha - 4 dây thường dùng cung cấp cho mạng điện sinh hoạt với tải đấu hình sao.  Nối hình sao Y: Nối 3 cực cuối X, Y, Z chụm một điểm O (điểm trung tính của nguồn).  Có 2 cách đấu dây nguồn ba pha: Pha C Pha B Dây trung tính Pha A X ≡ Y ≡ Z ≡ O ( )Ae t ( )Be t( )Ce tC B A ( )Ae t ( )Be t ( )Ce t O Pha C Pha B Dây trung tính Pha A Sơ đồ 3 pha - 4 dây 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 7 Chương 8: Mạch điện ba pha I.4. Cách đấu dây mạch ba pha.  Sơ đồ 3 pha - 3 dây, nguồn, tải nối theo sơ đồ tam giác thường cung cấp cho tải công nghiệp (động cơ 3 pha)  Nối tam giác Δ: Đầu dây của cuộn trước nối với điểm cuối của cuộn sau. Sơ đồ tương đương Pha C Pha B Pha A ( )Ae t ( )Be t ( )Ce t A≡Z C≡Y B≡X Pha C Pha B Pha A ( )Ae t ( )Be t ( )Ce t Sơ đồ 3 pha - 3 dây 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 8 Chương 8: Mạch điện ba pha I.4. Cách đấu dây mạch ba pha.  Tải 3 pha có thể được đấu theo 2 cách: Y và Δ  Nguồn & tải có thể đấu khác nhau. O’ AZ BZCZ Pha C Pha B Trung tính tải Pha A Sơ đồ hình Y - 3 pha - 4 dây AZ BZ CZ Pha C Pha B Pha A Sơ đồ hình Δ - 3 pha - 3 dây ( )Ae t ( )Be t ( )Ce t O Tải nối Y 3 pha - 4 dây Tải nối Y 3 pha - 3 dây Tải nối Δ 3 pha - 3 dây dZ dZ dZ dZ 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 9 LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN 1 Chương 8: Mạch điện ba pha. I. Khái niệm. II. Mạch ba pha đối xứng và không đối xứng tải tĩnh. II.1. Khái niệm mạch ba pha đối xứng. II.2. Đặc điểm mạch ba pha đối xứng. II.3. Cách phân tích mạch ba pha đối xứng. II.4. Mạch ba pha không đối xứng tải tĩnh. III. Tính và đo công suất mạch điện ba pha. IV. Mạch ba pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng V. Phân tích mạch ba pha không đối xứng bằng phương pháp thành phần đối xứng. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 10 Chương 8: Mạch điện ba pha II.1. Khái niệm mạch ba pha đối xứng.  Mạch điện ba pha đối xứng là mạch điện ba pha có nguồn đối xứng và tải đối xứng:  Nguồn ba pha đối xứng:  Biên độ bằng nhau.  Tần số bằng nhau.  Pha ban đầu lệch nhau 1200  Tải ba pha đối xứng là tải có  Biên độ bằng nhau.  Pha bằng nhau.  Đại lượng pha - đại lượng dây.  Dòng điện chảy trên dây dẫn từ nguồn đến tải & điện áp giữa các dây ấy gọi là dòng điện dây & điện áp dây  Dòng điện & điện áp trên các pha của nguồn (tải) được gọi là dòng điện pha & điện áp pha.  Có thể coi: Mạch ba pha gồm ba mạch điện 01 pha. Ví dụ: Máy phát điện có 3 dây quấn, đường dây truyền tải có 3 dây, tải 3 ba gồm 3 tải một pha hợp thành. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 11 Chương 8: Mạch điện ba pha II.2. Đặc điểm mạch ba pha đối xứng. a. Mạch nối hình sao Y.  Xét điện áp giữa 2 điểm trung tính nguồn và tải: O’ AE  BE  CE  O BZ AZ CZ ' . . .A A B B C C O O A B C Y E Y E Y E U Y Y Y          Vì mạch ba pha đối xứng A B CY Y Y Y   ' . . . 0 3. 3 A B C A B C O O Y E Y E Y E E E E U Y                Trung tính nguồn và tải trùng nhau  Áp dụng luật K2 cho vòng OAO’O: 'A A O O AE U U U         Tương tự: ; B CB CE U E U       Hệ thống điện áp pha trên tải đối xứng O C B A AE  BE  CE  H ABU  BCU  CAU   Xét tam giác OAH: 02. .cos30 3.AB A AU U U  0.303. . jAB AU U e      Hệ thống dòng điện: . ; . ; .A B CA B CI Y U I Y U I Y U          Hệ thống dòng điện pha đối xứng 0N A B CI I I I         Dòng điện dây trung tính: 0.30; 3. . 0 j d f d f N I I U U e I         AI  BI  CI  NI  2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 12 Chương 8: Mạch điện ba pha II.2. Đặc điểm mạch ba pha đối xứng. b. Mạch nối tam giác Δ AI  BI  CI  CAI  BCI  C A C BB A Z Z Z ABI  BCU  CAU  ABU  0j.303 .e ; d f d fI I U U       2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 13 Chương 8: Mạch điện ba pha II.3. Cách phân tích mạch ba pha đối xứng.  Việc phân tích mạch 3 pha đối xứng có thể đưa phân tích trên một pha (trạng thái trên 2 pha còn lại giống như trên pha đang xét nhưng lệch 1/3 chu kỳ)  Quá trình phân tích thường thực hiện trên sơ đồ nối Y  Công thức biến đổi tổng trở 1Z 3Z2Z 12Z 13Z 23Z 1Z 3Z2Z 12Z 13Z 23Z Công thức chuyển Y  Δ 1 2 12 1 2 3 .Z Z Z Z Z Z    1 313 1 3 2 .Z Z Z Z Z Z    2 3 23 2 3 1 .Z Z Z Z Z Z    Công thức chuyển Δ Y 12 13 1 12 13 23 .Z Z Z Z Z Z    12 23 2 12 13 23 .Z Z Z Z Z Z    13 23 3 12 13 23 .Z Z Z Z Z Z    2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 14 Chương 8: Mạch điện ba pha II.3. Cách phân tích mạch ba pha đối xứng.  Quá trình phân tích thường thực hiện trên sơ đồ nối Y  Công thức biến đổi nguồn 03 0 3  A Ba n V V 01 5 0 3  A Bb n V V 09 0 3  A Bcn V V 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 15 Chương 8: Mạch điện ba pha II.3. Cách phân tích mạch ba pha đối xứng. Ví dụ 8.1 : Xét mạch 3 pha đối xứng.  Chuyển Δ - Y, xét riêng pha A. Z1 Zd AE  2 3 Z AI  1AI  2AI  A 2 1( // ) 3 A A d E I Z Z Z     1 2 2 1 2 2 1 1 . ; . 3 3 3 A A A A ZI I I I Z Z Z Z Z          AE  BE  CE  O dZ dZ dZ 1Z 2Z 1Z 2Z 1Z 2Z C B A 2ZI  2AI  1AI  AI   Dòng điện dây:  Dòng điện pha tải Z2:  Tổn thất dọc đường dây: 2 1 . . . ( // ) 3 A d Ad d d d d E U Z I Z I Z Z Z Z           Trạng thái dòng - áp ở pha B (C) sẽ quay đi một góc tương ứng 0 2 2 30. . .. .3 j A fZ e I II  Sơ đồ pha A 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 16 Chương 8: Mạch điện ba pha II.4. Mạch ba pha không đối xứng tải tĩnh.  Nguồn ba pha cung cấp cho tải thắp sáng, tải sinh hoạt, động cơ một pha, biến áp hàn, lò hồ quang làm việc ở trạng thái không đối xứng.  Coi mạch ba pha là một mạch có 3 nguồn 1 pha → sử dụng tất cả các phương pháp xét: Dòng vòng, thế nút, dòng nhánh, xếp chồng,  Xét mạch 3 pha hình Y O’ AE  BE  CE  O BY AY CY NY  Nếu '0 0O ONZ U     N A B CI I I I        Nếu đứt, chập 1 pha  không ảnh hưởng đến các pha khác.  Nếu NZ   ' . . . A A B B C CO O A B C Y E Y E Y E U Y Y Y           ' ' ' ; ; 0 O O O OA B A B A B O OC C N C E U E U I I Z Z E U I I Z                    Nếu 0NZ  ' . . . A A B B C CO O A B C N Y E Y E Y E U Y Y Y Y            ' ' ' ; ; O O O OA B A B A B O OC C N A B C C E U E U I I Z Z E U I I I I I Z                        ; ; CA BA B C A B C EE E I I I Z Z Z         2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 17 Chương 8: Mạch điện ba pha II.4. Mạch ba pha không đối xứng tải tĩnh.  Thực tế ta biết điện áp dây mà không biết điện áp từng pha của nguồn  Thay thế hệ thống điện áp dây bằng hệ thống ba (hoặc hai) nguồn áp tương đương, đảm bảo điện áp dây đã cho. Ví dụ 8.2: Cho mạch ba pha có hệ thống điện áp dây không đối xứng , tải mắc hình sao đối xứng. ;AB ACU U   BE  CE  O BZ AZ CZ C B A 1vI  2vI   Thay hệ thống điện áp dây không đối xứng bằng 2 nguồn áp: ; B CAB ACE U E U        Chọn chiều dòng vòng như hình vẽ.  Lập phương trình mạch theo phương pháp dòng vòng 1 2 1 2 ( ). . . ( ). v v BA B B v v C BB B C Z Z I Z I E Z I Z Z I E E                  1 2 1 2 A B C Z v Z v v Z v I I I I I I I              AZI  BZI  CZI  2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 18 LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN 1 Chương 8: Mạch điện ba pha. I. Khái niệm. II. Mạch ba pha đối xứng và không đối xứng tải tĩnh. III. Tính và đo công suất mạch điện ba pha. IV. Mạch ba pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng V. Phân tích mạch ba pha không đối xứng bằng phương pháp thành phần đối xứng. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 19 Chương 8: Mạch điện ba pha III. Tính và đo công suất mạch ba pha.  Tổng quát:. * * *~ 3 3 3 . . .A B Cfa A B C fa A B C fa A B C S U I U I U I P P P P Q Q Q Q                BZ AZ CZ C B A W * * W * * W * * N PA P C P B Sơ đồ đo công suất 3 pha - 3 phần tử  Mạch 3 pha đối xứng: Công suất các pha bằng nhau → đo công suất 1 pha. *~ 3 3 1 3 1 3. . 3. 3. . .cos 3. . .cos 3. 3. . .sin 3. . .sin Afa A fa fa f f d d fa fa f f d d S U I P P U I U I Q Q U I U I               Mạch 3 pha không đối xứng: Thay bằng 2 nguồn tương đương: 1E  2E  C W * * W * * A B Tải nối Y hoặc Δ P1 P2 Sơ đồ đo công suất 3 pha - 2 phần tử 1 2 ^ ^ 3 Re{ . } Re{ . }A BAC BCfa tai E EP P P P U I U I        2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 20 LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN 1 Chương 8: Mạch điện ba pha. I. Khái niệm. II. Mạch ba pha đối xứng và không đối xứng tải tĩnh. III. Tính và đo công suất mạch điện ba pha. IV. Mạch ba pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng IV.1. Khái niệm. IV.2. Hệ điện áp cơ sở. IV.3. Công thức phân tích - tổng hợp. IV.4. Tính chất các thành phần đối xứng trong mạch 3 pha. V. Phân tích mạch ba pha không đối xứng bằng phương pháp thành phần đối xứng. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 21 Chương 8: Mạch điện ba pha IV.1. Khái niệm.  Trong mạch điện 3 pha, thực tế có tải hỗ cảm, tự cảm  tổng trở các pha tải không cố định (tải động), thay đổi phức tạp theo mức độ không đối xứng của dòng điện.  Coi hệ thống là tuyến tính, một trạng thái dòng, áp không đối xứng có thể phân tích thành các thành phần đối xứng sao cho với mỗi hệ thành phần dòng đối xứng, tổng trở cuộn dây là không đổi.  Áp dụng tính chất xếp chồng để giải bài toán mạch không đối xứng:  Phân tích nguồn ba pha không đối xứng ra những thành phần đối xứng.  Tìm đáp ứng đối với mỗi thành phần và xếp chồng lại.  Phương pháp thành phần đối xứng của Fortescue dựa trên sự phân tích chính tắc những hệ dòng áp ba pha thành những thành phần đối xứng thuận, nghịch và không. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 22 Chương 8: Mạch điện ba pha IV.2. Hệ điện áp cơ sở của phương pháp thành phần đối xứng.  Phương pháp thành phần đối xứng của Fortescue là phương pháp xét mạch điện ba pha không đối xứng bằng cách phân tích chính tắc những hệ dòng áp ba pha thành những thành phần đối xứng thuận, nghịch và không.  Hệ thành phần đối xứng thuận, nghịch và không chính là hệ điện áp cơ sở : 2AU  2BU  2CU  a a2  Thứ tự ngược:  Thứ tự không: 0AU  0BU  0CU   Thứ tự thuận: 1AU  1CU  1BU  a a2 1 2 1 1 1 1 0 ( ) . . A B A C A U A V U a U U a U             2 2 2 2 2 2 0 ( ) . . A B A C A U A V U a U U a U             0 0 0 0 0 0 ( )A B A C A U A V U U U U             2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 23 Chương 8: Mạch điện ba pha IV.3. Công thức phân tích và tổng hợp.  Nếu biết vector của pha chuẩn ( )  tìm được vector của pha B, C.  Khi phân tích hệ thống điện áp không đối xứng cần tìm 1 2 0, ,A A AU U U    , ,A B CU U U    1 2 0, ,A A AU U U     Công thức phân tích: Tính theo1 2 0, ,A A AU U U    , ,A B CU U U     Công thức tổng hợp: 1 2 0 1 2 0 2 1 2 0 1 2 0 2 1 2 0 1 2 0 . . . . A A A A A A A A B B B B B A A A C C C C C A A A U U U U U U U U U U U U U a U a U U U U U U U a U a U U                                                       2 1 2 2 0 1 ( . . ) 3 1 ( . . ) 3 1 ( ) 3 A A B C A A B C A A B C U U a U a U U U a U a U U U U U                            2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 24 Chương 8: Mạch điện ba pha IV.3. Công thức phân tích và tổng hợp. Ví dụ 8.3: Phân tích hệ thống điện áp không đối xứng thành các thành phần đối xứng.  Theo công thức phân tích, các thành phần đối xứng của điện áp pha A là: 2 0 0 1 2 0 0 0 2 0 0 1 1 ( . . ) (120 120 120 120 ) 80( ) 3 3 1 1 ( . . ) (120 120 120 240 ) 40 60 ( ) 3 3 1 ( ) 40 60 ( ). 3 A A B C A A B C A A B C U U a U a U V U U a U a U V U U U U V                                        0120( ) ; 120 120 ( ) ; 0.A B CU V U V U         Từ đó ta có thể tính được các thành phần đối xứng của : ,B CU U   0 0 1 1 0 0 2 2 0 0 0 0 80 120 ( ) 80 120 ( ) 40 180 ( ) ; 40 60 ( ) 40 60 ( ). 40 60 ( ). B C B C B C U V U V U V U V U V U V                            2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 25 Chương 8: Mạch điện ba pha IV.3. Công thức phân tích và tổng hợp. Ví dụ 8.4: Tìm dòng điện trong các pha nếu đã biết các thành phần đối xứng  Theo công thức tổng hợp ta có: 0 0 1 2 05 90 ( ) ; 5 90 ( ) ; 0.A A AI A I A I        0 0 1 2 0 2 0 0 1 2 0 2 0 0 0 1 2 0 5 90 5 90 0( ) . . 5 30 5 30 5. 3( ) . . 5 150 5150 5. 3.180 ( ) A A A A B A A A C A A A I I I I A I a I a I I A I a I a I I A                                      2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 26 Chương 8: Mạch điện ba pha IV.4. Tính chất các thành phần đối xứng trong mạch 3 pha. Tổng ba lượng pha bằng ba lần giá trị thành phần thứ tự không. 2 2 1 2 0(1 ). (1 ). 3.A B C a a A a a A A                Hiệu hai lượng pha của hệ không chứa thành phần thứ tự không. 1 2 0 1 2 0 1 1 2 2( ) ( ) ( ) ( )A B A A A B B B A B A B                         Dòng điện dây trung tính bằng ba lần thành phần thứ tự không của dòng điện dây. 03.N A B CI I I I I           Điện áp dây luôn không có thành phần thứ tự không. 1 2 0 2 1 2 0 2 1 2 0 . . . . A A A A B a A a A A C a A a A A                           Từ công thức tổng hợp, ta có: 0 3.A B C A          Xét hiệu 2 trạng thái:  Từ 2 tính chất trên ta có thể suy ra một số tính chất sau: 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 27 LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN 1 Chương 8: Mạch điện ba pha. I. Khái niệm. II. Mạch ba pha đối xứng và không đối xứng tải tĩnh. III. Tính và đo công suất mạch điện ba pha. IV. Mạch ba pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng V. Phân tích mạch ba pha không đối xứng bằng phương pháp thành phần đối xứng. V.1. Mạch ba pha có nguồn không đối xứng. V.2. Các sự cố ngắn mạch, đứt dây trong mạch ba pha. V.3. Các điều hòa cao của dòng - áp trong mạch ba pha. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 28 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1. Mạch ba pha có nguồn không đối xứng. Z1ng Nguồn C B A Z0ng Z2ng Z1t Z0t Z2t Tải ZN  Xét nguồn 3 pha không đối xứng  tìm dòng điện xác lập trong các pha của tải.  Phân tích hệ suất điện động không đối xứng thành theo thành phần thuận, nghịch không. 2 1 2 2 0 1 ( . . ) 3 1 ( . . ) 3 1 ( ) 3 A A B C A A B C A A B C U U a U a U U U a U a U U U U U                             Thay thế các nguồn suất điện động → áp dụng tính chất xếp chồng, tách thành 3 bài toán đối xứng B A ZN C 0AE  2AE  1AE  0BE  2BE  1BE  0CE  2CE  1CE  2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 29 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1. Mạch ba pha có nguồn không đối xứng. 1 1 1 1 A A ng t E I Z Z      Bài toán 1:  Nguồn: hệ suất điện động thứ tự thuận . Khi đó mạch điện hoàn toàn đối xứng.  Cách giải giống hoàn toàn bài toán mạch điện ba pha đối xứng: Dùng sơ đồ tách riêng pha A, ta có: 1 1 1, ,A B CE E E     Bài toán 2:  Nguồn tác dụng là hệ suất điện động thứ tự ngược .  Tương tự như trên, ta cũng có sơ đồ tính toán cho mạch ba pha đối xứng khi xét riêng pha A. 2 2 2, ,A B CE E E    2 2 2 2 A A ng t E I Z Z     Z1ng 1AE  1AI  Z1t Sơ đồ thứ tự thuận Z2ng 2AE  2AI  Z2t Sơ đồ thứ tự ngược 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 30 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1. Mạch ba pha có nguồn không đối xứng. 0 0 0 0 3. A A ng t N E I Z Z Z       Bài toán 3:  Nguồn tác dụng là một hệ suất điện động thứ tự không , tổng trở tải Z0t và tổng nguồn Z0ng đều đối xứng.  Lúc này mạch điện có dây trung tính, dòng điện trong dây trung tính bằng 3 lần dòng điện thứ tự không.  Xét riêng pha A ta có: 0 0 0, ,A B CE E E    Z0ng Z0ng Z0ng Z0t Z0t Z0t ZN 0AE  0CE  0BE   Chú ý: Với sơ đồ thứ tự không, nếu không có dây trung tính, dòng điện trong các pha sẽ bằng không. Z0ng 0AE  0AI  Z0t 3ZN Sơ đồ thứ tự không 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 31 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1. Mạch ba pha có nguồn không đối xứng.  Sau khi tính được các thành phần dòng điện do từng hệ thống ba pha thuận, nghịch, không tác dụng riêng rẽ, áp dụng công thức tổng hợp, ta tính được dòng điện trong mỗi pha: 1 2 0 2 1 2 0 2 1 2 0 . . . . A A A A B A A A C A A A I I I I I a I a I I I a I a I I                           Các bước giải bài toán mạch ba pha có nguồn không đối xứng:  Phân tích nguồn đối xứng thành tổng của các thành phần thuận, nghịch, không.  Lập và tính các giá trị dòng áp cần thiết trên các sơ đồ thuận, nghịch, không. (Sơ đồ thuận và nghịch có kết cấu giống nhau; sơ đồ thứ tự không có thêm tổng trở dây trung tính với giá trị tăng gấp 3 lần)  Áp dụng công thức tổng hợp để tính toán các giá trị dòng, áp cần tìm. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 32 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1. Mạch ba pha có nguồn không đối xứng. Z1ng Nguồn C B A Z0ng Z2ng Z1t Z0t Z2t Tải ZN Ví dụ 8.5: Tính dòng điện trong các pha của mạch 3 pha không đối xứng như hình bên, biết: B A ZN C 0AE  2AE  1AE  0BE  2BE  1BE  0CE  2CE  1CE  0 06500( ); 6800 135 ( ); 6300130 ( )A B CE V E V E V        1 2 0.14( ); .1( ); .10( );ng ng ng NZ Z j Z j Z j       1 2 040 .45( ); 2 .8( ); .3( );t t tZ j Z j Z j        Giải:  Phân tích hệ thống suất điện động không đối xứng thành các thành phần thứ tự thuận nghịch không. 2 0 1 1 ( . . ) 6420 2 ( ) 3 A A B CE E a E a E V          2 0 2 1 ( . . ) 800 13,50 ( ) 3 A A B CE E a E a E V         0 1 ( ) 783( ) 3 A A B CE E E E V          2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 33 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1. Mạch ba pha có nguồn không đối xứng. 1 0 1 1 1 90,2 57,50 ( ) A A ng t E I A Z Z        Xét sơ đồ thuận:  Xét sơ đồ ngược: 2 0 2 2 2 40.5 71 ( ) A A ng t E I A Z Z       Z1ng 1AE  1AI  Z1t Sơ đồ thứ tự thuận Z2ng 2AE  2AI  Z2t Sơ đồ thứ tự ngược  Xét sơ đồ không: Z0ng 0AE  0AI  Z0t 3ZN Sơ đồ thứ tự không 0 0 0 0 0 23 90 ( ) 3. A A ng t N E I A Z Z Z        Áp dụng công thức tổng hợp ta có: 0 1 2 0 111 56,20 ( )A A A AI I I I A          2 0 1 2 0. . 81, 2 141,50 ( )B A A AI a I a I I A         2 0 1 2 0. . 11182, 45 ( )C A A AI a I a I I A         2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 34 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2. Các sự cố ngắn mạch, đứt dây trong mạch ba pha.  Khi mạch ba pha đối xứng bị sự cố (sự cố đứt dây, ngắn mạch ), phần mạch ở nơi sự cố sẽ không đối xứng nữa. Điện áp tại phần mạch sự cố lập thành một hệ điện áp không đối xứng.  Phương pháp xét bài toán mạch điện ba pha sự cố:  Phân tích thành phần điện áp không đối xứng tại vị trí sự cố thành các thành phần đối xứng thuận, nghịch, không.  Áp dụng phương pháp xét mạch ba pha đối xứng.  Có 2 loại sự cố trong mạch ba pha:  Sự cố dọc đường dây: Ví dụ: Sự cố đứt dây 1 pha, đứt dây 2 pha  Làm thay đổi tổng trở pha của đường dây.  Thay thế vị trí sự cố bằng hệ thống dòng, áp mắc nối tiếp vào đường dây.  Sự cố ngang đường dây: Ví dụ: Sự cố ngắn mạch 2 pha, chạm đất 1 pha  Làm thay đổi tổng trở cách điện giữa các pha đường dây với nhau và với đất.  Thay thế vị trí sự cố bằng hệ thống dòng, áp mắc song song vào đường dây. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 35 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2. Các sự cố ngắn mạch, đứt dây trong mạch ba pha. a. Sự cố đứt dây 1 pha.  Hiện tượng:  Tổng trở tại vị trí sự cố:  Điện áp tại ví trí sự cố: A B C 0 0 fa fa fa Z Z Z        0 0 0 A B C U U U           C B A C’ B’ A’ C B A C’ B’ A’ CU  BU  AU   Phương trình sự cố: 0 0 0 A B C I U U           1 2 0 2 1 2 0 2 1 1 0 0 . . 0 . . 0 A A A A A A A A A I I I a U a U U a U a U U                        2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 36 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2. Các sự cố ngắn mạch, đứt dây trong mạch ba pha. a. Sự cố đứt dây 1 pha. Ví dụ 8.6: Cho mạch điện 3 pha đơn giản, cho đường dây bị đứt pha A làm thành một bộ phận không đối xứng biểu diễn bằng một hình chữ nhật. Tìm các dòng áp trong mạch. Z1ng Nguồn C’ B’ A’ Z0ng Z2ng Z1t Z0t Z2t Tải đối xứng ZN Z Tải đối xứng Phần mạch sự cố Đường dây Z1d, Z2d, Z0d C B A  Trừ phần sự cố ra, mạch điện còn lại hoàn toàn đối xứng.  Muốn đưa bài toán này về đối xứng → cần thay thế hệ thống điện áp không đối xứng ở phần sự cố bằng những thành phần đối xứng thuận, nghịch, không. 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 37 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2. Các sự cố ngắn mạch, đứt dây trong mạch ba pha. a. Sự cố đứt dây 1 pha. Ví dụ 8.6: Z1ng Nguồn C’ B’ A’ Z0ng Z2ng Z1t Z0t Z2t Tải đối xứng ZN Z Tải đối xứng Đường dây Z1d, Z2d, Z0d C B A Sơ đồ thứ tự thuận Z1ng 1AE  Z1tZ Z1d 1AU  1AI  Sơ đồ thứ tự ngược Z2ng Z2tZ Z2d 2AU  2AI  Sơ đồ thứ tự không Z0ng Z0t3ZN Z0d 0AU  0AI  Thứ tự không chỉ chạy trong mạch có dây trung tính 2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 38 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2. Các sự cố ngắn mạch, đứt dây trong mạch ba pha. a. Sự cố đứt dây 1 pha. Ví dụ: Z0ng Z0t3ZN Z0d 0AU  0AI   Sơ đồ thứ tự thuận: 1AU Ztd1 1tdE  Z1t Z1d 1AI  Z1ng 1AE  Z1t Z Z1d 1AU 1AI  1 1 1 1 1 1 .. ; A ng td td ng ng Z ZE Z E Z Z Z Z Z       1 11 1 1 1.( )A tdA td d tU I Z Z Z E         Sơ đồ thứ tự ngược: Z2t Ztd2 Z2d 2AU 2AI Z2ng Z2t Z Z2d 2AU 2AI  2 2 2 .ng td ng Z Z Z Z Z   22 2 2 2.( ) 0AA td d tU I Z Z Z        Sơ đồ thứ tự không: 00 0 0 0.(3. ) 0AA N ng d tU I Z Z Z Z        2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 39 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2. Các sự cố ngắn mạch, đứt dây trong mạch ba pha. a. Sự cố đứt dây 1 pha. Ví dụ 8.6:  Vậy có 6 phương trình = 3 phương trình sự cố + 3 phương trình lập từ sơ đồ thuận, nghịch, không. 1 11 1 1 1 22 2 2 2 00 0 0 0 1 2 0 2 1 2 0 1 .( ) .( ) 0 .(3. ) 0 0 . . 0 . A tdA td d t AA td d t AA N ng d t A A A A A A A U I Z Z Z E U I Z Z Z U I Z Z Z Z I I I a U a U U a U                                  2 2 0. 0 A Aa U U                   Giải 6 phương trình này ta tìm được: 1 2 0 1 2 0, , , , ,A A A A A AI I I U U U        Thay vào sơ đồ thuận, nghịch, không → tìm được dòng áp thứ tự thuận, nghịch, không ở mọi nhánh trong mạch. 1 2 0, ,A A AU U U     Để tìm dòng áp trên các nhánh của mạch điện, tao dùng công thức tổng hợp: 1 2 0 2 1 2 0 2 1 2 0 . . . . A A A A B A A A C A A A U U U U I a I a I I I a I a I I                      2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 40 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2. Các sự cố ngắn mạch, đứt dây trong mạch ba pha. b. Sự cố đứt dây 2 pha. C B A C’ B’ A’ C B A C’ B’ A’ CU  BU  AU  c. Sự cố chạm đất 1 pha. C B A C’ B’ A’ C B A C’ B’ A’ CU  BU  AU  Z d. Sự cố ngắn mạch 2 pha. C B A C’ B’ A’ C B A C’ B’ A’ CU  BU  AU  M 0 ; 0 ; 0A B CI I U       A C0 ; 0 ; .B CI I U Z I        A 0 ; 0 ; 0B CI U U       2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 41 Chương 8: Mạch điện ba pha V.3. Các điều hòa cao của dòng - áp trong mạch ba pha.  Có nhiều nguyên nhân sinh ra các điều hòa cao của suất điện động và dòng ba pha:  Máy phát điện chế tạo không hoàn hảo → sinh ra các suất điện động không sin   Phân tích suất điện động đó thành chuỗi Furie, ngoài sóng cơ bản có tần số ω, còn chứa nhiều sóng bậc cao có tần số 3ω, 5ω, 7ω  Do máy phát điện có cấu tạo đối xứng, nên suất điện động các pha hoàn toàn giống nhau, và lệch nhau về thời gian 1/3 chu kỳ nên: ( ) . 2.sin . . 2. ( ) . 2.sin .( ) . 2.sin( . . . ) 3 3 kA k kB k k e t E k t T e t E k t E k t k          2017 – Lý thuyết mạch điện 1 - Nguyễn Việt Sơn 42 Chương 8: Mạch điện ba pha V.3. Các điều hòa cao của dòng - áp trong mạch ba pha.  Nhận xét:  Các sóng điều hòa có k = 3n → φk = n.2.π → tạo thành hệ thống thứ tự không. ( ) . 2.sin . . 2. ( ) . 2.sin .( ) . 2.sin( . . . ) 3 3 kA k kB k k e t E k t T e t E k t E k t k           Các sóng điều hòa có k = 3n + 1 → φk = n.2.π + 2.π/3 → tạo thành hệ thống thứ tự thuận.  Các sóng điều hòa có k = 3n + 2 → φk = n.2.π + 4.π/3 → tạo thành hệ thống thứ tự ngược.  Dòng điện trong dây trung tính chỉ chứa các sóng điều hòa bậc 3.n của dòng pha.  Suy ra: 2 2 2 3 9 153. ...NI I I I     Điện áp pha bao gồm tất cả các sóng điều hòa: 2 2 2 2 2 1 3 5 7 9 ...fU U U U U U       Điện áp dây không chứa thành phần thứ tự không (3n) 2 2 2 2 1 5 7 113. ...dU U U U U    