Thực nghiệm và lý thuyết mạch điện: Kiểm chứng định lý nguồn tương đương

Các yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm - Nắm được phát biểu của nguyên lý xếp chồng

Tính toán mạch

Kiểm chứng định lý nguồn tương đương

• Các yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm
• Phát biểu định lý nguồn tương đương
• Đo điện áp trực tiếp trên các nhánh tải

- Xác định điện áp hở mạch tại hai đầu điện trở tải: Bằng cách đo điện áp tại hai điểm nút tải khi tháo điện trở tải khỏi mạch. Tính toán thông số của nguồn tương đương tại các điện trở tải Cho mạch điện như hình 6.1, với các thông số như sau.

Kiểm chứng định luật Kirchoff

• Lập biểu thức tổng sụt áp tại các vòng
• Tiến hành đo các điện áp nhánh. Bảng 5.8

Định luật Kirchoff về tổng dòng điện đại số đi vào một nút và tổng sụt áp đại số trong một vòng kín là lý thuyết cơ sở cho việc phân tích mạch. Để xác định tổng dòng điện tại các nhánh đi vào nút và tổng sụt áp trên các nhánh tại một vòng kín, ta tiến hành đo điện áp trên toàn bộ các phần tử của mạch. Khi đo điện áp các nhánh, giá trị đo được thể hiện theo chiều dương của phép đo, trong đo chiều điện áp thể hiện điểm đặt que + đồng hồ tại điểm gốc của mũi tên điện áp và que âm đồng hồ tại điểm ngọn của mũi tên điện áp.

Với điện trở, chiều dương quy ước của dòng điện và điện áp là cùng chiều, với nguồn, chiều dương quy ước của dòng điện và điện áp là ngược chiều. Từ giá trị xác định trên, khi lập tổng đại số của dòng điện đi vào một nút, chiều dương trong biểu thức tổng thể hiện là chiều quy ước của tất cả các dòng điện là từ các nút kế cận đi vào nút đang xét. Tổng các giá trị của dòng điện khi đó sẽ phải thể hiện theo đúng phát biểu định luật kirchoff về dòng điện, vậy với mức sai số cho phép, giá trị tổng đó phải là gần đúng bằng 0.

Quy ước về dấu là, nếu điện áp đo trên nhánh là cùng chiều với chiều vòng, thì giá trị điện áp nhánh đó lấy dấu (+) trong biểu thức tổng, ngược lại nếu điện áp đo trên nhánh đó ngược theo chiều của vòng thì giá trị điện áp nhánh đó lấy dấu (–) trong biểu thức tổng. - Xét các nút A, B, C của mạch điện, viết biểu thức tổng dòng điện tại các nút đó, ký hiệu các dòng điện trên nhánh bởi thứ tự của hai nút đầu nhánh theo chiều dòng.

Khái niệm về thông số điện dung của mạch điện

• Thiết bị và linh kiện thí nghiệm - Đồng hồ vôn kế trở kháng cao: 1
• Đo điện áp trên hai tụ điện mắc song song

Theo lý thuyết cả hai trường hợp trên đều xác định được hàm số điện áp trên tụ điện C. Thiết bị và linh kiện thí nghiệm - Đồng hồ vôn kế trở kháng cao: 1 - Bo lắp mạch thí nghiệm: 1. - Nắm được các công thức phản ứng của tụ điện với điện áp và dòng điện chạy qua.

- Nắm được công thức hàm số điện áp phóng và nạp của tụ điện với mạch điện như hình 1 với điện áp E là hằng số. Đây là thời gian trễ tính từ khi bộ điều khiển nhả khóa S1 đến khi nhả tiếp khóa S2. Sau khi nhả khóa S1 tụ C bắt đầu phóng điện đến khi nhả khóa S2 thì quá trình dừng lại, vì thế ta đọc được giá trị điện áp trên tụ điện Uc(tp), với tp là khoảng thời gian được đặt trong bộ điều khiển.

Tiến hành đo nhiều lần với các thời gian trễ khác nhau, ta lập được bảng số liệu như sau. Tiến hành đo nhiều lần với các thời gian trễ khác nhau, ta lập được bảng số liệu như sau.

Khái niệm về thông số điện cảm của mạch điện

• Đo dòng điện qua cuộn cảm

- Đặt khóa S1 ở vị trí đóng, chờ cho dòng điện qua L ở chế độ xác lập, điện áp trên Vôn kế ổn định không thay đổi. Lúc này dòng điện qua cuộn cảm có giá trị bằng điện áp Vôn kế chia điện trở Rd. Với hàm số của dòng điện trong mạch đã biết và điện trở R2, ta tính được giá trị cảm kháng L.

Trong trường hợp thí nghiệm thực tế, mỗi cuộn cảm L có thể có điện trở RL bên trong, vì thế điện trở nối tiếp R2’ được tính trong hàm số sẽ lấy giá trị là : R2’ = R2+RL+Rd. - Nắm được các công thức phản ứng của cuộn cảm với điện áp và dòng điện chạy qua. 1 Viết công thức tính giá trị của cuộn cảm cú lừi khụng khớ, dạng hình ống trụ có số vòng dây N, chiều dài l và bán kính ống r.

9 Viết biểu thức tính giá trị của cuộn cảm L là ghép song song của L1 và L2. Sau thời gian trễ này Bộ đo điện áp nhậy sẽ cho kết quả đo điện áp trên Rđo.

Mạch RC với tín hiệu hình sin

• Chuẩn bị kỹ năng thực hành

Trong nội dung thí nghiệm này, điện áp trên tụ được quan sát bằng kênh đo CH1 của ô xi lô, điện áp trên điện trở nối tiếp được đo bằng kênh CH2, do đầu đo CH2 chỉ thị chiều dương ngược với CH1 nên ta đặt chức năng CH2-INV là mức On để hiển thị tín hiệu CH đúng chiều dòng điện trong mạch. Khi thay đổi tần số tín hiệu và tụ điện C, ta ghi lại các giá trị điện áp trên CH1 và CH2, vì dòng qua R cũng là dòng điện qua C nên ta tính được trở kháng của tụ. Điện áp trên mạch RC được đo bởi kênh CH1, dòng điện trong mạch RC được thể hiện bởi điện áp trên R và được đo bằng kênh CH2.

Khi thay đổi tần số và giá trị C, ta sẽ nhận thấy góc lệnh pha và giá trị CH1 và CH2 thay đổi, từ giá trị tần số, điện áp và dòng điện ta sẽ tính được giá trị của trở kháng trong mạch RC. Từ số liệu trong hai phần thí nghiệm trên, ta cũng kiểm tra công thức tính trở kháng mạch RC theo trở kháng của tụ C và điện trở R. Ta cũng rút ra kết luận về góc pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch RC khi thay đổi tần số và điện dung của tụ.

- Viết được công thức tính góc lệnh pha của dòng điện và điện áp khi biết điện trở, điện dung và tần số tín hiệu. - Nắm được phương pháp đo biên độ đỉnh - đỉnh của điện áp xoay chiều bằng ô xi lô, đo góc lệch pha giữa hai tín hiệu cùng tần số bằng ô xi lô hai kênh.

Mạch RL với tín hiệu hình sin

• Nội dung lý thuyết: Bảng 9.1
• Đo cảm kháng với số vòng dây là 8

Bài thí nghiệm sử dụng máy hiện sóng hai kênh để quan sát đồng thời tín hiệu điện áp và dòng điện qua cuộn cảm. Trong thí nghiệm này, điện áp trên cuộn cảm được quan sát bằng kênh đo CH1 của ô xi lô, điện áp trên điện trở nối tiếp được đo bằng kênh CH2, do đầu đo CH2 chỉ thị chiều dương ngược với CH1 nên ta đặt chức năng CH2-INV là mức On để hiển thị tín hiệu CH2 đúng chiều dòng điện trong mạch. Khi thay đổi tần số tín hiệu và cuộn cảm L, ta ghi lại các giá trị điện áp trên CH1 và CH2, vì dòng qua R cũng là dòng điện qua L nên ta tính được giá trị cảm kháng.

Điện áp trên mạch RL được đo bởi kênh CH1, dòng điện trong mạch RL được thể hiện bởi điện áp trên R và được đo bằng kênh CH2. Khi thay đổi tần số tín hiệu và giá trị L, ta sẽ nhận thấy góc lệnh pha và giá trị CH1 và CH2 thay đổi, từ giá trị tần số, điện áp và dòng điện ta sẽ tính được giá trị của trở kháng của mạch RL. Từ số liệu trong hai phần thí nghiệm trên, ta cũng kiểm tra công thức tính trở kháng mạch RL theo cảm kháng của cuộn cảm L và điện trở R.

Ta cũng rút ra kết luận về góc pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch RL khi thay đổi tần số và điện cảm L. - Viết được công thức tính góc lệnh pha của dòng điện và điện áp khi biết điện trở, điện cảm và tần số tín hiệu.

Mạch cộng hưởng RLC nối tiếp

• Thiết bị và linh kiện thí nghiệm - Máy hiện sóng hai kênh: 1
• Yêu cầu tính toán
• Tìm các thông số của cộng hưởng

Bài thí nghiệm nhằm tìm tần số cộng hưởng, sơ đồ mạch thí nghiệm như sau: Hình 10.2. Khi quét tần số tín hiệu hình sin từ 0 Hz đến 10kHz, điện áp trên điện trở thể hiện dòng điện trong mạch có dạng như sau: Hình 10.3. Vậy để tìm tần số cộng hưởng, ta quan sát điện áp trên kênh CH2 xét tỷ số Uch2/Uch1 đạt cực đại thì đó chính là điểm tần số cộng hưởng.

Để xác định các tham số của mạch cộng hưởng như tần số cắt, giải thông, hệ số phẩm chất, ta phải tìm các điểm tâng số F1 và F2 cho biên độ điện áp trên R suy giảm còn 0.7 giá trị cực đại. Khi tần số tín hiệu nhỏ hơn tần số cộng hưởng thì dòng điện trong mạch sớm pha hơn hay chậm pha hơn so với điện áp:. Khi tần số tín hiệu lớn hơn tần số cộng hưởng thì dòng điện trong mạch sớm pha hơn hay chậm pha hơn so với điện áp: .?.

- Điều chỉnh cuộn cảm bởi số vòng dây sao cho xuất hiện tần số cộng hưởng trong khoảng 1KHz đến 4KHz. - Điều chỉnh cuộn cảm bởi số vòng dây sao cho xuất hiện tần số cộng hưởng trong khoảng 1KHz đến 4KHz.