Giáo trình Mạch điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Giáo trình Mạch điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp học viên phát biểu được các khái niệm, định luật, định lý cơ bản trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: dòng điện xoay chiều hình sin; mạch ba pha;... Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƢƠNG 3: DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN Mã chƣơng: MH09.03 Giới thiệu: Trong chƣơng ta làm quen với khái niệm dòng điện xoay chiều, phƣơng pháp giải mạch điện xoay chiều không phân nhánh xoay chiều phân nhánh Mục tiêu: - Giải thích đƣợc khái niệm mạch xoay chiều (AC) nhƣ: chu kỳ, tần số, pha, lệch pha, trị biên độ, trị hiệu dụng Phân biệt đặc điểm dòng điện chiều dịng điện xoay chiều - Biểu diễn đƣợc lƣợng hình sin đồ thị vector, phƣơng pháp biên độ phức - Tính tốn thơng số (tổng trở, dịng điện, điện áp ) mạch điện AC pha không phân nhánh phân nhánh; Giải đƣợc tốn cộng hƣởng điện áp, cộng hƣởng dịng điện - Phân tích đƣợc ý nghĩa hệ số cơng suất phƣơng pháp nâng cao hệ số công suất Tính tốn giá trị tụ bù ứng với hệ số công suất cho trƣớc - Lắp ráp, đo đạc thông số mạch AC theo yêu cầu Nội dung chính: Khái niệm dịng điện xoay chiều 1.1 Dòng điện xoay chiều Dòng điện xoay chiều dòng điện có chiều trị số thay đổi theo thời gian Dòng điện xoay chiều thƣờng dòng điện biến đổi tuần hoàn (biến đổi chu kỳ) nghĩa sau khoảng thời gian định lặp trình biến thiên nhƣ cũ 1.2 Chu kỳ tần số dòng điện xoay chiều Chu kỳ T khoảng thời gian ngắn để dòng điện lặp lại trị số chiều biên thiên Tần số f số chu kỳ dòng điện giây f= Đơn vị tần số héc, ký hiệu Hz T Nƣớc ta sản xuất dòng điện cơng nghiệp có tần số danh định 50Hz Mỹ, Nhật số nƣớc Tây Âu sử dụng dòng điện cơng nghiệp có tần số 60 Hz Tần số góc  tốc độ biên thiên dịng điện hình sin, đơn vị rad/s Quan hệ tần số góc  tần số f là: 43  = 2f 1.3 Nguyên lý tạo sức điện động xoay chiều hình sin pha Để tạo sức điện động xoay chiều hình sin pha dung máy phát điện xoay chiều 1pha a) Cấu tạo Về nguyên tắc, máy phát điện xoay chiều pha gồm có hệ thống cực từ (phần cảm) đứng yên gọi phần tĩnh hay stato dây (phần ứng) đặt lõi thép chuyển động quay cắt từ trƣờng cực từ đƣợc gọi phần quay hay roto Ta xét máy phát điện xoay chiều pha đơn giản có : - Phần cảm (sinh từ trƣờng) cực từ N - S - Phần ứng khung dây N  = t o, o S Hình 3.1 Nguyên tắc cấu tạo máy phát điện pha b) Nguyên lý làm việc - Hệ thống cực từ đƣợc chế tạo cho trị số từ cảm B phân bố theo quy luật hình sin mặt cực khe hở roto stato (gọi khe hở khơng khí), nghĩa khung dây vị trí khe hở, từ cảm vị trí có giá trị: B = Bmax.sin  Trong đó: Bmax: trị số cực đại từ cảm : góc mặt phẳng trung tính oo' mặt phẳng khung dây - Khi máy phát điện làm việc, roto quay với vận tốc góc  (rad/s), cạnh khung dây nằm mặt roto quay với tốc độ v, theo phƣơng vuông góc với đƣờng sức từ cảm ứng sức điện động: ed = B.v.l 44 Giả sử thời điểm ban đầu (t = 0) khung dây nằm mặt phẳng trung tính, thời điểm t khung dây vị trí  = .t đó: B = Bmax.sin = Bmax sint Thay vào biểu thức sức điện động ed: ed = B.v.l = Bmax.v.l.sint Vì khung dây có hai cạnh nằm mặt phẳng roto có hai sđđ cảm ứng chiều mạch vịng (xác định chiều sđđ cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải khung dây) nên vòng khung dây có sđđ: ev = 2.ed = 2.Bmax.v.l.sint = Emax.sint Trong Emax = 2.Bmax.v.l biên độ sđđ Nhƣ hai đầu khung dây tạo sđđ biến thiên theo quy luật hình sin theo thời gian 1.4 Các đại lƣợng đặc trƣng a Trị số tức thời (kí hiệu: i, u, e ) Trị số tức thời trị số ứng với thời điểm t Trong biểu thức i=Imax.sin(t+i) trị số tức thời phụ thuộc vào biên độ Imax góc pha (t+i) b Trị số biên độ (kí hiệu Imax, Umax, Emax ) Trị số biên độ trị số lớn mà lƣợng hình sin đạt đƣợc trình biến thiên Biên độ Imax trị số cực đại, nói lên dịng điện lớn hay nhỏ c Trị số hiệu dụng dịng điện hình sin(kí hiệu I, U, E ) Trị số tức thời đặc trƣng cho tác dụng lƣợng hình sin thời điểm Để đặc trƣng cho tác dụng trung bình lƣợng hình sin chu kì mặt lƣợng, ngƣời ta đƣa vào khái niệm trị số hiệu dụng lƣợng xoay chiều Định nghĩa: Trị số hiệu dụng dòng điện xoay chiều giá trị tương đương với dòng điện chiều chúng qua điện trở thời gian chu kì toả lượng (dưới dạng nhiệt) Trị số hiệu dụng kí hiệu chữ in hoa: I, U, E Ta biết khoảng thời gian ngắn dt, dòng điện i qua điện trở R toả lƣợng là: dW = i2.R.dt Trong chu kì, dịng điện i toả nhiệt lƣợng là: T T 0 W =  dW   i R.dt 45 Năng lƣợng lƣợng dòng điện chiều toả điện trở R chu kì: T W =  dW  I R.T T Suy ra: i dt T 0 I= thay biểu thức i = I max.sin t, T ta có: I= I max sin t.dt   T T I max sin t.dt  T  cos 2t 1 T T dt   dt   cos 2t.dt    Tính tích phân:  sin t.dt   20 20 2 0 T T T T Vậy: I= I max T I   max T 2 Tƣơng tự ta có trị số hiệu dụng điện áp sức điện động là: U= U max  0.707.U max , E= E max  0.707.E max Nhận xét: Trị số hiệu dụng lƣợng hình sin trị số cực đại chia cho 1.5 Pha lệch pha Góc pha (t + i) nói lên trạng thái dịng điện thời điểm t, thời điểm t=0 góc pha dịng điện i , i đƣợc gọi góc pha ban đầu (hoặc gọi ngắn gọn pha đầu) dòng điện Góc pha đầu  phụ thuộc vào thời điểm chọn làm gốc thời gian (thời điểm t=0) Ở xét biểu thức trị số tức thời dòng điện i = Imaxsin(t + i) Một cách tƣơng tự, ta có biểu thức trị số tức thời điện áp u = Umaxsin((t + u) Trong Umax, u - biên độ, pha đầu điện áp Điện áp dòng điện biến thiên tần số, song phụ thuộc vào tính chất mạch điện, góc pha chúng khơng trùng nhau, ngƣời ta gọi chúng có lệch pha Góc  thƣờng đƣợc dùng để ký hiệu góc lệch pha điện áp dịng điện  = u - i Khi  > : điện áp vƣợt trƣớc dòng điện (hoặc dòng điện chậm sau điện áp)  < : điện áp chậm sau dòng điện (hoặc dòng điện vƣợt trƣớc điện áp)  = : điện áp trùng pha với dịng điện 1.6 Biểu diễn lƣợng hình sin đồ thị véc-tơ 46 a) Nguyên tắc biểu diễn lượng hình sin dạng vectơ Ta biết hàm số sin tung độ điểm cuối bán kính vectơ đƣờng trịn lƣợng giác cho bán kính quay quanh gốc toạ độ với tốc độ góc khơng đổi Giả sử đƣờng tròn lƣợng giác ta lấy bán kính vectơ OM, có độ dài biên độ lƣợng hình sin theo tỉ lệ xích chọn (ví dụ: OM = Emax) Bán kính vectơ làm với trục hồnh góc góc pha đầu (ví dụ: e) Cho bán kính vectơ OM quay quanh gốc với vận tốc góc lƣợng hình sin  Tại thời điểm t bất kì, vectơ OM làm với trục hồnh góc:  = t + e Tung độ điểm cuối bán kính vectơ là: y = OM.sin = Emax.sin(t + e ) = e Đó trị số tức thời lƣợng hình sin Đồ thị tƣơng ứng lƣợng hình sin này: y  Amax=3  x y  o e x t t Hình 3.2 Biểu diễn lượng hình sin dạng đồ thị Nhƣ lƣợng hình sin : a = Amax sin (t) đƣợc biểu diễn dƣới dạng vectơ quay nhƣ sau: Bƣớc 1: Chọn tỉ lệ xích thích hợp Bƣớc 2: Trên mặt phẳng toạ độ, lấy bán kính vectơ có gốc nằm gốc toạ độ, làm với trục hồnh góc pha đầu lƣợng hình sin , có độ dài (mơđun vectơ) biên độ lƣợng hình sin Amax theo tỉ lệ xích chọn 47 Bƣớc 3: Cho vectơ OM quay quanh gốc với tốc độ tốc độ góc lƣợng hình sin , theo chiều dƣơng chiều ngƣợc chiều kim đồng hồ Vậy: Vectơ OM vectơ biểu diễn lƣợng hình sin cho đƣợc gọi đồ thị vectơ lƣợng hình sin a * Từ đồ thị vectơ ta xác định đƣợc: - Biên độ lƣợng hình sin (Imax,Umax,Emax ) - Góc pha đầu (i,u,e ) - Vận tốc góc , xác định đƣợc tần số f, chu kì T, nghĩa hồn tồn xác định đƣợc lƣợng hình sin * Chú ý: 1) Để tiện cho tính tốn, ngƣời ta chọn độ dài bán kính vectơ OM trị số hiệu dụng 2) Khi có nhiều lƣợng hình sin tần số góc (tức tần số), vị trí tƣơng đối chúng thời điểm nhƣ Do ngƣời ta biểu diễn chúng dƣới dạng hệ vectơ thời điểm t = khảo sát hệ với tốc độ góc nhƣ  3) Để vectơ A biểu diễn lƣợng hình sin: a = Amax.sin(t + a), ta kí  hiệu vectơ a hay A b) Cộng trừ lượng hình sin đồ thị Cách đơn giản để cộng trừ lƣợng hình sin dùng đồ thị Có hai loại đồ thị: đồ thị hình sin đồ thị vectơ - Để cộng trừ đồ thị hình sin, ta vẽ lƣợng hình sin thành phần lên hệ trục toạ độ, cộng (hay trừ), tung độ thời điểm (tức hồnh độ), ta có tung độ tƣơng ứng lƣợng hình sin tổng (hay hiệu) thời điểm Phƣơng pháp dùng đồ thị hình sin có ƣu điểm cộng trừ lƣợng hình sin khơng tần số kết cho ta ln đồ thị lƣợng hình sin tổng (hay hiệu) Tuy nhiên thực phƣơng pháp khó khăn thời gian - Phƣơng pháp cộng trừ đồ thị vectơ thực đƣợc lƣợng hình sin tần số góc (cùng tần số) Vì lƣợng hình sin tốc độ góc nên vị trí tƣơng đối chúng thời điểm nhƣ Nhƣ ta áp dụng nguyên tắc cộng trừ vectơ * Cho hai lƣợng hình sin: e1 = E1max.sin(t + 1) 48 e2 = E2max.sin(t + 2) - Tổng hai lƣợng hình sin: e = e1 + e2 đƣợc biểu diễn vectơ nhƣ sau: Đặt liên tiếp vectơ e2 với vectơ e1 (gốc e2 trùng với e1) Nối gốc e1 với e2, vectơ tổng e Vectơ e suy từ quy tắc hình bình hành nhƣ sau: đặt hai vectơ thành phần e1 e2 gốc, lấy e1 e2 làm cạnh, vẽ hình bình hành vectơ tổng e = e1 + e2 đƣờng chéo hình bình hành xuất phát từ gốc chung Nếu có nhiều lƣợng hình sin e1, e2, e3 ta tìm vectơ tổng chúng theo nguyên tắc Phép trừ vectơ đƣợc suy từ pháp cộng với vectơ đối: e = e1 + e2 = e1 + (- e2) Ta tìm vectơ hiệu nhƣ sau: hiệu hai vectơ vectơ có gốc vectơ trừ Từ biểu thức trị số tức thời dòng điện i = Imaxsin(t + i) = I sin(t+i) y e = e1 + e2 e2 e3 e= e1 +e2 +e3 e1 2 1 e2 x e1  Hình 3.3 Cộng véctơ Ta thấy tần số cho, biết trị số hiệu dụng I pha đầu i, dịng điện i hồn tồn xác định Từ tốn học, vectơ đƣợc đặc trƣng độ dài (độ lớn, mơ đun) góc (acgumen), từ ta dùng vectơ để biểu diễn dịng điện hình sin (hình nhƣ sau: Độ dài vectơ biểu diễn trị số hiệu dụng Góc vectơ với trục ox biểu diễn góc pha đầu Ta ký hiệu nhƣ sau: Vectơ dịng điện: I  Ii Vectơ điện áp: U  Uu Ví dụ 3.1: Hãy biểu diễn dịng điện, điện áp vectơ góc lệch pha , cho biết: i = 20 sin(t-100)A u = 100 sin(t+400)V 49 Giải: Vectơ dòng điện: I  20  100 Vectơ điện áp: U  100400 Hình 3.4 Đồ thị véctơ U I cho ví dụ 3.1 Chọn tỷ lệ xích cho dịng điện, tỷ lệ xích cho điện áp sau biểu diễn chúng vectơ Chú ý góc pha dƣơng, âm đƣợc xác định theo quy ƣớc hình Góc lệch pha  điện áp dịng điện góc vevctơ U I Phƣơng pháp biểu diễn chúng vectơ giúp ta dễ dàng cộng trừ đại lƣợng dòng điện, điện áp xoay chiều hình sin Ví dụ 3.2: Tính dịng điện i3 hình a) Cho biết trị số tức thời i1 = 16 sint; i2 = 12 sin(t+900) Giải: áp dụng định luật Kirchooff nút ta có: i3 = i1 + i2 Ta không cộng trực tiếp trị số tức thời cho, mà biểu diễn chúng thành vectơ hình b I  160 I  1290 Rồi tiến hành cộng vectơ: I  I1 + I2 Hình 3.5 Đồ thị véctơ U Trị số hiệu dụng dịng điện I3 là: I cho ví dụ 3.2 I3 = 12  16  20 A Góc pha dòng điện i3 là: tg3 = 12  0,75 16 Góc 3 = 36,870 Biết đƣợc trị số hiệu dụng I góc pha đầu 1 ta xác định dễ dàng trị số tức thời Trị số tức thời dòng điện i3 i3 = 20 sin(t+36,870) Việc ứng dụng vectơ để biểu diễn đại lƣợng quan hệ mạch điện nhƣ để giải mạch điện đƣợc đề cập mục 50 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 2.1 Giải mạch R-L-C 2.1.1 Mạch xoay chiều trở a Quan hệ dòng áp Xét mạch điện đơn giản có phần tử điện trở R đƣợc nối vào nguồn điện áp hình sin Ta có: u  uR  U R max sin(t   u ) iR Tại thời điểm theo định luật Ôm ta có: R uR U R max sin(t   u R )   I R max sin(t   i R ) R R U Trong đó: I R max  R max ,  i   u R iR  R u~ uR R R Hình 3.6 Mạch điện có điện trở R Nhận xét: Dòng điện điện áp điện trở biến thiên tần số trùng pha Góc lệch pha:    u  i  + Đồ thị hình sin: R R y uR URmax IRmax iR x o -IRmax -URmax Hình 3.7 Đồ thị hình sin mạch điện có điện trở R + Đồ thị vectơ: y  IR  UR x o Hình 3.8 Đồ thị vectơ mạch điện có điện trở R b Định luật Ơm 51 Ta có: I R max   U R max chia vế cho R IR  UR R c Công suất - Công suất tức thời pR pR  uR iR  U R max sin(t   u R ).I R max sin(t   i R )  ( I R max R).sin(t   i R ).I R max sin(t   i R ) = I R2 max R.sin(t   i ) Nhận xét: Công suất tức thời pR  với t, nghĩa điện trở ln có tiêu hao lƣợng điện đƣợc biến đổi thành điện - Công suất tác dụng PR Công suất tác dụng giá trị trung bình cơng suất tức thời chu kì dịng điện R PR  T T  p R dt   T I R2 max R T  cos 2(t   iR ) 2 I R sin (  t   ) dt  dt R max iR 0 T 0 T I R2 max R T  0  I R2 R (w) 2T 2.1.2 Mạch điện có điện cảm L a Quan hệ dòng áp Xét mạch điện đơn giản có phần tử điện cảm L đƣợc nối vào nguồn điện áp hình sin Ta có: iL  I L max sin(t   i ) Điện áp điện cảm: L d [ I L max sin(t   i L )] di uL  L L   .L.I L max cos(t   iL ) dt dt  U L max sin(t   i L  900 )  U L max sin(t   u ) iL u~ uL L L Trong đó: U L max  .L.I L max ,  u   i  900 Hình 3.9 Mạch điện có điện cảm L Nhận xét: Dịng điện điện áp điện cảm biến thiên tần số, nhƣng điện áp nhanh pha dịng điện góc 900 Góc lệch pha:    u  i  900 + Đồ thị hình sin: R L R L 52 Hệ số công suất cos = Rp zp  Rp R  X p2 p Trong Rp, Xp tƣơng ứng điện trở pha, điện kháng pha pha tải Bƣớc 4: Tính dịng điện pha Ip tải: Ip = Up zp Từ dịng điện pha Ip, tính dịng điện dây Id tải Nếu tải nối hình sao: Id = Ip Nếu tải nối hình tam giác: Id = 3I p Bƣớc 5: Tính cơng suất tải tiêu thụ P = R p I p2 3UpIp cos UdId cos Q = X p I p2 3UpIp sin UdId sin S = z p I p2 3UpIp UdId 3.2.2 Mạch ba pha có phụ tải nối hình a Khi không xét tổng trở đường dây pha Điện áp đặt lên pha tải: Tổng trở pha tải: zp = R p2  X p2 Tính dịng điện pha Ip tải: Ip = Up zp Dòng điện dây: Id = Ip Góc lệch pha điện áp pha dịng điện pha:  b Khi có xét tổng trở đường dây pha Cách giải tƣơng tự nhƣng tính dịng điện pha dây phải cộng tổng trở đƣờng dây với tổng trở tải: Ví dụ 4.6: Một tải ba pha gồm cuộn dây đấu vào mạng điện ba pha có điện áp dây 380V Cuộn dây đƣợc thiết kế cho làm việc với điện áp định mức 220V Cuộn dây có điện trở R = 2, điện kháng X =  a Xác định cách nối cuộn dây thành tải ba pha b Tính cơng suất P, Q, cos tải Giải: 95 a Các cuộn dây nối hình đấu vào mạng điện, nối hình sao, điện áp pha đặt lên cuộn dây là: Up = 380 Ud  220V = điện áp định mức cuộn dây = 3 Nếu tải nối tam giác điện áp pha đặt lên cuộn dây Up=Ud= 380V> điệnáp định mức cuộn dây, cuộn dây bị hỏng Hình 4.11 Mạch điện ví dụ 4.6 b Tổng trở pha tải zp = R p2  X p2 = 22  82 = 8,24 Hệ số công suất cos tải cos = sin = Rp zp Xp zp   0,242 8,24   0,97 8,42 Dòng điện pha Ip tải: Ip = Up zp = 220  26,7 A 8,24 Dòng điện dây Id tải: Id = Ip = 26,7A Công suất tác dụng P tải P = UdId cos = 380 26,7 0,242 = 4252,6W Công suất phản kháng Q tải Q = UdId sin = 380 26,7 0,97 = 17045,7VAr Công suất biểu kiến S S = UdId = 380 26,7 = 17572,8VA 3.2 Mạch ba pha khơng có dây trung tính Khi tải ba pha khơng đối xứng ZA  ZB  ZC dịng điện, điện áp pha không đối xứng Mạch ba pha phức tạp gồm nhiều nguồn sức điện động Ta xét số trƣờng hợp cụ thể sau: a Trƣờng hợp 1: tải nối hình có tổng trở dây trung tính Z0 96 Hình 4.12 Tải nối hình có Z0 Để giải mạch điện ta dùng phƣơng pháp điện áp hai nút Ta có điện áp hai điểm trung tính OO’ là: E Y  E B YB  E C YC U OO '  A A Y  Y  Y A B C thay nguồn sức điện động nguồn áp ta có: U Y  U B YB  U C YC U OO '  A A YA  YB  YC 1 1 đó: YA   , YB   , YC   , YO   tổng dẫn phức pha tải ZO ZA ZB ZC dây trung tính Khi nguồn ba pha đối xứng: U A  U p , U B  U p   120 , U C  U p 120 ta có: Y  YB   120  YC 120 U OO '  U P A YA  YB  YC   EY Sau tính đƣợc điện áp trung tính nguồn với trung tính tải: U O 'O   Y Tính điện áp pha tải: U A '  U A  U O 'O ; U B '  U B  U O 'O ; U C '  U C  U O 'O Tính dịng điện pha tải: IA  U A U U ; IB  B ; IC  C ZA ZB ZC Tính dịng điện dây trung tính: IN  IA  IB  IC b Trƣờng hợp 2: xét đến tổng trở dây pha Zd Hình 4.13 Tải nối hình có Zd 97 Phƣơng pháp tính tốn nhƣ trên, nhƣng lúc tổng trở pha phải gồm tổng trở dây dẫn Zd YA  1 , YB   , YC   ,    Z A  Zd Z B  Zd Z C  Zd c Trƣờng hợp 3: Khi tổng trở dây trung tính Z O  Khi điểm trung tính tải O’ trùng với điểm trung tính nguồn O nên U O 'O  Điện áp pha tải điện áp pha tƣơng ứng nguồn U A  E A ; U B  E B ; U C  E C Nhờ có dây trung tính nên điện áp pha tải đối xứng Đển tính dịng điện pha ta áp dụng định luật Ohm cho pha riêng rẽ U U U IA  A ; IB  B ; IC  C ZA ZB ZC d Trƣờng hợp đặc biệt dây trung tính bị đứt khơng có dây trung tính Khi Z   (hở mạch dây trung tính), tính theo cơng thức chung Điện áp U O 'O lớn, điện áp pha tải khác điện áp pha nguồn nhiều gây nên áp pha Đấu phụ tải ba pha hình tam giác 4.1 Phụ tải không cân a Trƣờng hợp 1: Khi không xét đến tổng trở dây dẫn pha Điện áp đặt lên pha tải điện áp dây nguồn dịng điện pha tải đƣợc xác định nhƣ sau: Hình 4.14 Tải nối hình tam giác , , Áp dụng định luật Kirchoff ta tính đƣợc dịng điện dây: , , b Trƣờng hợp 2: Khi kể đến tổng trở dây dẫn pha Biến đổi tổng trở mắc hình tam giác thành hình sao: Giải mạch điện theo phƣơng pháp điện áp hai nút để xác định dòng điện dây Xác định điện áp pha, dòng điện pha tải nối hình tam giác 98 4.2 Phụ tải cân a Khi không xét tổng trở đƣờng dây Điện áp pha tải điện áp dây: Up = Ud Dòng điện pha tải: Dòng điện dây: Góc lệch pha điện áp pha dịng điện pha:  b Khi có xét tổng trở đƣờng dây pha Ta biến đổi tƣơng đƣơng tam giác thành hình sao: Tổng trở pha nối tam giác: Khi biến đổi sang hình sao: Dịng điện dây: Dịng điện pha tải nối tam giác: Ví dụ 4.7: Một tải ba pha có điện trở pha Rp = 20, điện kháng pha Xp = 15 nối hình tam giác, đấu vào mạng điện có điện áp dây Ud = 220V Tính dịng điện pha Ip, dịng điện dây Id, công suất tải tiêu thụ vẽ đồ thị vectơ điện áp dây dòng điện pha tải Giải: Theo sơ đồ nối dây mạch điện, tải nối tam giác Điện áp pha tải: Up = Ud = 200V Tổng trở pha tải: zp = R p2  X p2 = 202  152 = 25 Dòng điện pha tải: Ip = Up zp = 220  8,8 A 25 Vì tải nối tam giác dòng điện dây tải: Id = 3I p = 8,8 = 15,24A Công suất tải tiêu thụ: P = R p I p2 = 20 8,82 = 4646,4W Q = X p I p2 = 15 8,82 = 3484,8VAr S = UdId = 380 15,24 = 10030,35VA Hệ số công suất tải: cos = Rp zp  20  0,8 25   = 36,870 Dòng điện pha chậm sau điện áp pha góc  = 36,870 Đồ thị vectơ dòng điện điện áp pha 99 Hình 4.15 Mạch điện ví dụ 4.7 Mạch ba pha có nhiều phụ tải mắc nối tiếp song song Ví dụ 4.8: Một mạch điện pha có dây trung tính 380V/220V cung cấp điện cho 90 bóng đèn sợi đốt, số hiệu định mức đèn Uđm = 220V; Pđm = 60W Số bóng đèn đƣợc phân cho pha a Vẽ sơ đồ mạch ba pha b Tính IA, IB, IC, I0, P tất bóng đèn bật sáng Hình 4.16 Mạch điện ví dụ 4.8 Giải: a Mạch điện pha 380V/220V mạch ba pha dây, pha dây trung tính 380V điện áp dây (giữa dây pha) 220V điện áp pha (giữa dây pha dây trung tính) Bóng đèn 220V mắc song song với dây pha dây trung tính Điện áp đặt lên đèn 220V = Uđm đèn, đèn làm việc định mức 100 b Vì điện áp đặt lên bóng đèn định mức cơng suất bóng đèn tiêu thụ định mức 60W Tất bóng đèn bật sáng mạch ba pha đối xứng công suất điện pha PA = PB = PC = Pp = 30 60 = 1800W Công suất ba pha P = 3Pp  = 1800 = 5400W Hình 4.17 Đồ thị vectơ ví dụ 4.8 Tải bóng đèn, điện trở R, góc lệch pha  = 0; cos = 1, nên dòng điện pha là: IA = IB = IC = Ip = Pp U p cos  = 1800  8,18 A 220.1 Vì nguồn tải đối xứng nên: I0  I A  I B  I C =   Đồ thị vectơ vẽ hình vẽ, dịng điện trùng pha điện áp, I A , I B ,  IC tạo thành hệ thống vectơ đối xứng Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha 6.1 Mục tiêu - Mắc đƣợc mạch điện theo sơ đồ - Đo đƣợc thông số theo yêu cầu - Viết đƣợc nhận xét, đánh giá 6.2 Nội dung 6.2.1 Thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình * Vật tƣ, thiết bị: STT Vật tƣ, thiết bị Công tắc Ampe kế  5A Vôn kế xoay chiều  250V Bóng đèn Biến áp tự ngẫu ba pha  250 V - 10A Dây nối 101 Số lƣợng 04 03 04 12 01 a Sơ đồ A A V B A V O ' V C A V O Hình 4.18 Sơ đồ thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình b Các bước thực hiện: Bƣớc 1: Kiểm tra thiết bị Bƣớc 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bƣớc 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bƣớc 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bƣớc 5: Tiến hành đo đạc tính tốn LÊy số liệu ghi vào bng kt qu hai trƣờng hợp: Trường hợp 1: Mạch có dây trung tính 1) Tải có dây trung tính 2) Tải khơng có dây trung tính ( rút bớt bóng đèn pha) 3) Bố trí tải nhƣng đứt dây pha (rút cầu chì pha bất kì) Chế Kết đo Kết tính độ UA UB UC UAB UBC UCA IA IB IC I0 U0 PA PB PC P tải (V) (V) (V) (V) (V) (V) (A) (A) (A) (A) (V) (W) (W) (W) (W) Trường hợp 2: Mạch khơng có dây trung tính 1) Tải ba pha 2) Tải khơng ba pha (rút bớt bóng đèn pha) 3) Bố trí tải nhƣng đứt dây pha (rút cầu chì pha bất kì) 4) Ngắn mạch pha tải (nối tắt pha tải) Ch Kết đo Kết tính 102 ế độ tải UA UB UC UA UB UC IA (V (V (V B (A C A ) ) ) (V) (V) (V) ) IB (A ) IC (A ) U0 (V ) PA (W ) PB (W ) PC (W ) P (W ) Yêu cầu tính tốn: Dựa cơng thức học giáo trình, tính kết theo u cầu bảng c Nhận xét, so sánh kết luận Xây dựng biểu đồ vecto điện áp dòng điện chế độ làm việc tải Lƣu ý: tiến hành thiếu dụng cụ đo, ta tiến hành đo pha, dây 6.2.2 Thí nghiêm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình tam giác * Vật tƣ, thiết bị: STT Vật tƣ, thiết bị Số lƣợng Công tắc 03 06 Ampe kế  5A 03 Vôn kế xoay chiều  250V Bóng đèn 12 01 Biến áp tự ngẫu ba pha  250 V - 10A Dây nối a Sơ đồ A A A A A A A V B V C V Hình 4.19 Sơ đồ thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình tam giác b Các bước thực hiện: Bƣớc 1: Kiểm tra thiết bị Bƣớc 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bƣớc 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bƣớc 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch 103 Bƣớc 5: Tiến hành đo đạc tính tốn Lấy số liệu ghi vào bảng kết trƣờng hợp sau: 1) Tải ba pha 2) Tải khơng ba pha (bớt bóng đèn pha) 3) Tải ba pha nhƣng đứt dây cung cấp điện (rút bớt cầu chì) 4) Tải ba pha nhƣng đứt pha tải (hở mạch pha tải bất kì) Ch Kết đo Kết tính ế UA UB UC UA UB UC IA IB IC U0 PA PB PC P độ (V (V (V B (A (A (A (V (W (W (W (W C A tải ) ) ) (V) (V) (V) ) ) ) ) ) ) ) ) u cầu tính tốn: Dựa cơng thức học giáo trình, tính kết theo yêu cầu bảng c Nhận xét, so sánh kết luận Xây dựng biểu đồ vecto điện áp dòng điện chế độ làm việc tải Lƣu ý: tiến hành thiếu dụng cụ đo, ta tiến hành đo pha, dây 6.2.3 Thí nghiệm đo cơng suất mạch điện ba pha * Vật tƣ, thiết bị: STT Vật tƣ, thiết bị Số lƣợng Công tắc 04 03 Ampe kế  5A 01 Vôn kế xoay chiều  250V 01 Woát kế pha  KW 01 Biến áp tự ngẫu ba pha  250 V - 10A Bóng đèn 12 Dây nối a Sơ đồ Mạch ba pha đối xứng có cơng suất nhƣ pha, ta cần đo công suất pha nhân cơng suất ba pha: P3P = 3.P1P = 3.W W: số oát kế pha 104 * A B C O * W Mạch ba pha đối xứng Hình 4.20 Sơ đồ đo cơng suất mạch ba pha đối xứng b Các bước thực hiện: Bƣớc 1: Kiểm tra thiết bị Bƣớc 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bƣớc 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bƣớc 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bƣớc 5: Tiến hành đo đạc tính tốn LÊy c¸c sè liƯu ghi vµo bảng kết hai trƣờng hợp: Thứ tự Lần Lần Kết đo Kết tính P3pha P3pha * Đo cơng suất mạch điện ba pha không đối xứng - Để đo công suất mạch điện ba pha khơng đói xứng ta dùng ốt kế để đo cơng suất pha Cơng suất ba pha là: P3P = PA +PB + PC - Ta dùng hai ốt kế nối dây theo sơ đồm sơ đị ốt kế thứ có điện áp dây UAC dịng điện IA , cịn ốt kế thứ hai có điện áp     dây UBC dòng điện IB Số hai oát kế là: U AC I A  U BC I B (*)       Mặt khác U AC  U A  U C , U BC  U B  U C Thế vào phƣơng trình (*) ta có: U  A                        U C I A  U B  U C I B  U A I A  U B I B  U C I A  I B mà I A  I B   I C       U A I A  U B I B  U C I C  PA  PB  PC Suy a Sơ đồ * * A Mạch ba pha không W * * B W * C * W O * A * Mạch ba pha không W * B * W đối xứng C 105 đối xứng b Các bước thực hiện: Bƣớc 1: Kiểm tra thiết bị Bƣớc 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bƣớc 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bƣớc 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bƣớc 5: Tiến hành đo đạc tính tốn LÊy c¸c sè liƯu ghi vµo bảng kết hai trƣờng hợp: Thứ tự Lần Lần Kết đo P3pha Kết tính P3pha 106 Câu hỏi ơn tập tập 4.1 Nêu ƣu điểm mạch điện ba pha 4.2 Các đặc điểm mạch điện ba pha đối xứng 4.3 Định nghĩa điện áp pha, điện áp dây; dòng điện pha, dòng điện dây quan hệ chúng nối nối tam giác 4.4 Trình bày bƣớc giải mạch điện ba pha 4.5 Các biểu thức công suất P, Q, S mạch ba pha đối xứng 4.6 Vai trò dây trung tính mạch điện ba pha tải đối xứng 4.7 Một nguồn điện ba pha nối sao, Upn = 120V cung cấp điện cho tải nối có dây trung tính Tải có điện trở pha Rp = 180 Tính Ud, Id, Ip, I0, P mạch pha Đáp số: Ud = 207,84V; Id = Ip = 667mA; I0 = 0; P = 240W 4.8 Một nguồn điện ba pha đối xứng đấu cung cấp cho tải ba pha đối xứng đấu tam giác Biết dòng điện pha nguồn Ipn = 17,32A, điện trở pha tải Rp = 38 Tính điện áp pha nguồn công suất P nguồn cung cấp cho tải pha Đáp số: Upn = 220V; Pn = Pt = 11400W 4.9 Một tải ba pha đối xứng đấu hình tam giác, biết Rp = 15; Xp = 6, đấu vào mạng điện pha Ud = 380V Tính Ip, Id, P, Q tải Đáp số: Ip = 23,5A; Id = 40,7A; P = 24893,5W; Q = 9957,4A 4.10 Một động điện pha đấu vào mạng pha Ud = 380V, biết dòng điện dây Id = 26,81A; hệ số công suất cos = 0,85 Tính dịng điện pha động cơ, cơng suất điện động tiêu thụ Đáp số: Ip = Id = 26,81A; Pđiện = 15kW 4.11 Một động không đồng có số liệu định mức sau: cơng suất định mức Pđm = 14kW Hiệu suất đm = 0,88; hệ số công suất cosđm = 0,89; Y/380V/220V Ngƣời ta đấu động vào mạng 220V/127V a Xác định cách đấu dây động b Tính cơng suất điện động tiêu thụ định mức 107 c Tính dòng điện dây Id dòng điện pha Ip động Đáp số: a Động nối hình tam giác  b Pđiện = Pco  dm = 15,9kW c Id = 46,9A; Ip = 27A 4.12 Một động điện đấu hình sao, làm việc với mạng điện có Ud = 380V; động tiêu thụ cơng suất điện 20kW; cos = 0,885 Tính cơng suất phản kháng động tiêu thụ, dòng điện Id dòng điện pha động Đáp số: Q = 10,52kVAr; Ip = Id = 34,33A 4.1.3 Một mạng điện pha dây 380V/220V cung cấp điện cho 60 đèn phóng điện cao áp cơng suất đèn P = 250W; công suất chấn lƣu 25W, hệ số công suất cos = 0,85 (các đèn đƣợc bù), điện áp đèn Uđm = 220V Đèn đƣợc phân cho pha a Xác định dòng điện dây pha làm việc bình thƣờng Tính dịng điện dây trung tính I0 b Khi đèn pha A bị cắt điện Xác định dòng điện dây IB, IC dòng điện I0 dây trung tính đèn pha B C làm việc bình thƣờng c Khi đèn pha A đèn pha B bị cắt điện Xác định dòng điện I C dòng điện I0 dây trung tính đèn pha C làm việc bình thƣờng Đáp số: a IA = IB = IC = Id = 29,4A; I0 = b IB = IC = 29,4A không đổi; I0 = 29,4A c IC = 29,4A không đổi; I0 = 29,4A 4.1.4 Một mạng điện pha dây 380V/220V, tải pha nói dây pha dây trung tính Tải pha A pha B trở RA = RB = 10; tải pha C cuộn dây RC = 5; XL = 8,666 Tính dịng điện pha IA, IB, IC dịng điện dây trung tính I0 Đáp số: IA = IB = IC = 22A; I0 = 22A 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thị Cƣ (chủ biên), Mạch điện 1, NXB Giáo dục, 1996 [2] Hoàng Hữu Thận, Cơ sở Kỹ thuật điện, NXB Giao thông vận tải, 2000 [3] Nguyễn Bình Thành, Cơ sở lý thuyết mạch điện, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1980 [4] Hoàng Hữu Thận, Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1976 [5] Hoàng Hữu Thận, Bài tập Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1980 [6] Phạm Thị Cƣ, Bài tập mạch điện 1, Trƣờng Đại học Kỹ thuật TPHCM, 1996 [7] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Kỹ thuật điện Lý thuyết 100 giải, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1995 [8] PGS.TS Lê Văn Bảng, Giáo trình lý thuyết mạch điện, NXB giáo dục, 2005 [9] Ths Trần Thị Thu Phƣơng , Giáo trình mạch điện, Tổng cục dạy nghề, 2013 109 ... I1 = = 22 0 =22 A 10 Công suất P tải: Hình 3.33 Mạch điện ví dụ 3.11 P =RI = 6 .22 2 = 29 04W 67 Có thể tínhP = UI1 cos1 = 22 0 .22 .0,6 = 29 04W Công suất Q tải : Q = XLI 12 = 8 .22 2 = 3872VAr Có thể... 2? ??fc 2? ?? 10 2. 10 8 z = R  ( X L  X C ) = 3300  ( 628  7960) = 8040 I= U 20   2, 48.10 3 A z 8,04.10 b Khi f = 2kHz XL = 2? ??fL = 2? ?? 2. 103.100.1 0-3 = 126 0 XC = 1  3980 = 2? ??fc 2? ?? 2. 103 .2. 10...  10000  628 0 C= 1  2, 53.10 9 F = 3 2? ??fX C 2? ?? 10.10 6 ,28 .10 Hình 3 .22 Mạch điện ví dụ 3.7 2. 3 Cộng hƣởng điện áp Trong mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp điện áp điện cảm điện dung