Giáo trình Kĩ thuật điện: Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn giáo trình "Kĩ thuật điện" trình bày các nội dung 3 chương cuối bao gồm: Đáp ứng tần số, mạch lọc và cộng hưởng, mạch từ và biến thế, máy điện một chiều, máy điện xoay chiều. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kĩ thuật điện: Phần 2 Chương 6 ------------------------------------------------------ Đ áp ứng tần số, m ạch lọc và cộng hưởng Trong thực tế kỹ thuật, các điện áp hoặc dòng điện mang thông tin được gọi chung là các tín hiệu điện. Tín hiệu âm thanh được chuyển thành các tín hiệu điện tại các bộ rnicrophone, các tín hiệu này được khuếch đại, lưu trữ, xử lý và truyền đến các loa. Các tín hiệu âm thanh có thể được khuếch đại và truyền thẳng đến các loa như trong các hệ thống âm thanh trên giảng đường. Âm thanh có thể được thu thập và chuyển đổi sang dạng tín hiệu số, mã hóa và lưu trữ trên các hệ thống khác nhau như đĩa CD, thẻ nhớ. Dể điều khiển hoạt động của một động cơ hiện đại, các cảm biến thường được đặt trong khoang động cơ để thu thập các thông tin về nhiệt độ, tốc độ, vị trí bướm ga, và các vị trí quay của trục khuỷu. Các tín hiệu này được xử lý để xác định thời điểm nung tối ưu cho mỗi xy lanh. Cuối cùng, các xung điện được tạo ra phù hợp cho từng bugi. Khoảng cách có thể đưỢc đo bằng cách sử dụng công cụ phát ra một xung ánh sáng, ánh sáng này được thu lại sau khi phản xạ từ một m ặt gương đặt tại điểm cần quan sát. Xung ánh sáng phản xạ được chuyển đổi thành tín hiệu điện, rồi được xử lý bằng mạch điện để xác định thời gian truyền ánh sáng giữa máy đo và gương. Khoảng cách giữa máy đo và điểm cần đo được tính là tích của thời gian truyền và vận tốc ánh sáng. Trong cơ thể người và động vật, các hệ cơ quan trao đổi thông tin thông qua các tín hiệu điện. Khi muốn điều khiển hoạt động của tay, bộ não sinh ra một tín hiệu điều khiển, tín hiệu này được truyền đến hệ cơ cần điều khiển thông qua các dây thần kinh. Các tín hiệu điện tại các bó cơ điều khiển làm cho tay co vào và duỗi ra 242 Dáp ứng tần số, mạch lọc và cộng huởng theo yêu cầu. Trong y tế, ngiíời ta sử dụng một số hệ đo để theo dõi các điện áp điều khiển để đánh giá và chuẩn đoán các bệnh hay phản ứng của các bộ phận cơ thể liên quan. Tương tự như các hệ cơ bình thường, tim cũng được điều khiển bằng các xung điện áp lặp đi lặp lại theo các chu kỳ nhịp đập của tim. Các tín hiệu xung điều khiển tim được phát ra và truyền đi khắp các cơ tim để điều khiển hoạt động của các khối cơ hoạt động nhịp nhàng. Theo dõi các tín hiệu điện tim trên cơ thể có thể đánh giá được tình trạng hoạt động của tim. Máy đo điện tâm đồ (Electrocardiography - ECG) theo dõi và ghi các tín hiệu điện tim theo các chuyển đạo khác nhau. Dựa vào các tín hiệu điện tim trên các chuyển đạo, bác sỹ có thể tiên đoán được tình trạng của các bệnh nhân và đưa ra được phác đồ điều trị thích hợp. Bên cạnh các tín hiệu điện tim, một số tín hiệu khác trên cơ thể người cũng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong điều trị bệnh như: tín hiệu điện não đồ (Electroencephalography - EEG), điện cơ đồ (Electromyography - EMG), điện võng mạc đồ (Electroretinography - ERG), điện nhãn đồ (Electrooculography - EOG), điện ốc tai (Electrococholeograin - ECoG). Nói chung, xử lý tín hiệu thường liên quan đến thao tác nhằm trích xuất thông tin cần thiết để phục vụ cho các ứng dụng liêii quan. Xử lý tín hiệu là một chủ đề quan trọng, sâu và rộng liên quan đến nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau. Trong chương trình đào tạo về công nghệ kỹ thuật, sinh viên thường được yêu cầu học các môn như tín hiệu và hệ thống, xử lý tín hiệu, xử lý ảnh, xử lý tín hiệu âưi thanh,... Chương này trình bày một vài mạch điện cơ bản, đơii giản và hữu ích từ góc nhìn xử lý tín hiệu. Trong chương trước, ta đã học cách làm thế nào để phân tích các mạch điện có tác động của các tín hiệu dạng sine, và tấ t cả các tín hiệu sine đó đều có một tần số chung. Tuy nhiên, phần lớn các tín hiệu điện mang thông tin thực tế lại không phải dạng sine. May mắn là các tín hiệu nói chung đều có thể tách thành các thành phần dạng sine, hay nói cách khác, một tín hiệii là tổng hợp của nhiều thành phần sine khác nhau. Phép phân tích tín hiệu theo tần số được gọi là phân tích phổ tần số của tín hiệu. Phân tích mạch điện theo từng tần số khác nhau sẽ cho một đáp ứng gọi là đáp ứng tần số. 6.1 P h ân tích Fourier, m ạch lọc và hàm tru yền P h ân tích Pourier 6.1 Pìiãn tích Pourier, mạch lọc và hàm truyền 243 Trong chương 5, chúng ta đã đi phân tích đáp ứng của mạch điện dưới tác động của một tín hiệu dạng sine. Tuy nhiên trong thực tế, hầu hết các tín hiệu có dạng không sine, ví dụ như dạng tín hiệu âm thanh, áp suất, ánh sáng, nhiệt độ... Các tín hiệu không sine này có dạng, tần số và biên độ không tiên đoán được. Hình 6.1(a) thể hiện một đoạn ngắn tín hiệu âm thanh giả tiếng kèn Clarinet trên đàn điện tử của hãng Yamaha. Các tín hiệu thành phần trên hình 6 . 1 (b) chỉ gồm 4 thành phần cơ bản. Trên lý thuyết, tín hiệu này là tổng hợp của vô hạn các thành phần tín hiệu sine khác nhau. Trong thực tế, tấ t cả các tín hiệu thực đều có thể được phân tích là tổng của nhiều thành phần tín hiệu sine khác nhau. Con người và các động vật có xương sống khác nghe bằng hệ thính giác, các dao động điíỢc tai phát hiện và chuyển thành các xung thần kinh truyền đến não. Tai của con người có phản ứng với nhiều tần số và tổ hợp tần số khác nhau trong dải tần số từ 15 Hz đến 20 kHz (Âm thanh với tần số cao hơn 20 kHz được gọi là siêu âiri, thấp hơn 15 Hz gọi là hạ âm). 2 3 4 2 3 4 Thoi gian - ms Thoi gian - ms Hình 6.1: (a) Một đoạn ngắn tín hiệu âm thanh giả tiếng kèn Cỉarinet trên đàn điện tử Yamaha; (b) Một số thành phần phổ của tín hiệu ârn thanh giả tiếng kèn Clarỉnet Xét tín hiệu tuần hoàn x{t), có dạng sau: x{t) = x{t + Tữ) (6.1) Trong đó, To là chu kỳ của tín hiệu và tư = 27t/T o là tần số góc của tín hiệu. ...