Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Mạch điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp). Sau khi học xong chương trình này, học viên có thể: phát biểu được các khái niệm, định luật, định lý cơ bản trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha; giải thích được một số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm của kỹ thuật điện. Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TĐH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Ban hành theo Quyết định số: /QĐ….ngày ……tháng… năm 2019 ……của…… Ninh Bình, năm 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình mạch điện xây dựng biên soạn sở chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp chỉnh sửa phê duyệt Giáo trình mạch điện dùng để giảng dạy trình độ trung cấp biên soạn theo nguyên tắc quan tâm đến: tính định hướng thị trường lao động, tính hệ thống khoa học, tính ổn định linh hoạt, hướng tới liên thông, chuẩn đào tạo nghề khu vực giới, tính đại sát thực với sản xuất Nội dung giáo trình gồm chương: Chương 1: Các khái niệm mạch điện Chương 2: Mạch điện chiều Chương 3: Dịng điện xoay chiều hình sin Chương 4: Mạch ba pha Áp dụng việc đổi phương pháp dạy học, giáo trình biên soạn phần lý thuyết tập Giáo trình biên soạn theo hướng mở, kiến thức rộng cố gắng tính ứng dụng nội dung trình bày Trên sở tạo điều kiện để trường sử dụng cách phù hợp với điều kiện sở vật chất Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót, ban biên soạn mong góp ý bạn đọc để giáo trình hồn thiện Ninh Bình, ngày tháng năm 2019 Chủ biên Ths Phạm Thị Hương Sen Chủ biên MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Mã môn học: MH 09 III NỘI DUNG MÔN HỌC: CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mạch điện mơ hình 1.1 Mạch điện 1.2 Các tượng điện từ 1.3 Mơ hình mạch điện 1.3.1 Phần tử điện trở 1.3.2 Phần tử điện cảm 10 1.3.3 Phần tử điện dung 10 1.3.4 Phần tử nguồn 11 1.3.5 Phần tử thật 12 Các khái niệm mạch điện 12 2.1 Dòng điện chiều qui ước dòng điện 12 2.2 Cường độ dòng điện 13 2.3 Mật độ dòng điện 14 Các phép biến đổi tương đương 14 3.1 Ghép nguồn chiều 14 3.1.1 Mắc nối tiếp 14 3.1.2 Mắc song song 15 3.1.3 Mắc hỗn hợp 15 3.2 Ghép phụ tải chiều 17 3.2.1 Điện trở mắc nối tiếp 17 3.2.2 Điện trở mắc song song 17 3.3 Biến đổi - Y Y - 17 CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 19 Các định luật biểu thức mạch chiều 19 1.1 Định luật Ohm 19 1.2 Công suất điện mạch chiều 19 1.3 Các định luật Kirchooff 21 1.3.1 Các khái niệm (nhánh, nút, vòng) 21 1.3.2 Các định luật Kirchooff 22 1.4 Định luật Joule -Lenz (định luật ứng dụng) 23 1.5 Định luật Faraday (hiện tượng; định luật ứng dụng) 24 1.6 Hiện tượng nhiệt điện (hiện tượng ứng dụng) 26 Các phương pháp giải mạch chiều 28 2.1 Phương pháp biến đổi điện trở 28 2.2 Phương pháp xếp chồng dòng điện 29 2.3 Phương pháp dòng điện nhánh 30 2.4 Phương pháp dòng điện vòng 31 2.5 Phương pháp điện nút 32 CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 41 Khái niệm dòng điện xoay chiều 41 1.1 Dòng điện xoay chiều 41 1.3 Nguyên lý tạo sđđ xoay chiều hình sin pha 42 1.4 Các đại lượng đặc trưng 43 1.5 Pha lệch pha 45 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 49 2.1 Giải mạch R-L-C 49 2.1.1 Mạch xoay chiều trở 49 2.1.2 Mạch điện có điện cảm L 50 2.1.3 Mạch xoay chiều dung 52 2.1.4 Mạch xoay chiều có RLC mắc nối tiếp 54 2.2 Giải mạch có nhiều phần tử mắc nối tiếp 56 2.3 Cộng hưởng điện áp 58 Giải mạch xoay chiều phân nhánh 59 3.1 Phương pháp đồ thị véc-tơ (phương pháp Fresnel) 59 3.2 Phương pháp tổng dẫn 60 3.3 Cộng hưởng dòng điện 63 Hệ số công suất 63 4.1 Định nghĩa ý nghĩa hệ số công suất 63 4.2 Các biện pháp nâng cao cos 64 CHƯƠNG 4: MẠCH BA PHA 77 Khái niệm chung 77 1.1 Hệ thống ba pha đối xứng 77 1.2 Đồ thị dạng sóng đồ thị véc tơ 78 1.3 Đặc điểm ý nghĩa 78 Sơ đồ đấu dây mạch ba pha đối xứng 79 2.1 Các định nghĩa 79 2.2 Đấu dây hình (Y) 79 2.3 Đấu dây hình tam giác () 82 Đấu phụ tải ba pha hình 84 3.1 Mạch ba pha có dây trung tính 84 3.1.1 Mạch ba pha khơng đối xứng có trở kháng đường dây 84 3.2 Mạch ba pha dây trung tính 85 3.2.1 Công suất mạng ba pha cân 85 3.2.2 Mạch ba pha có phụ tải nối hình 87 Đấu phụ tải ba pha hình tam giác 88 4.1 Phụ tải không cân 88 4.2 Phụ tải cân 89 Mạch ba pha có nhiều phụ tải mắc nối tiếp song song 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN Mã mơn học: MH 09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Mơn học mạch điện bố trí học sau mơn học chung học trước môn học, mô đun chuyên môn nghề - Là môn học kỹ thuật sở - Trang bị kiến thức kỹ tính tốn mạch điện Mục tiêu môn học: - Về kiến thức + Phát biểu khái niệm, định luật, định lý mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha + Giải thích số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm kỹ thuật điện - Về kỹ + Tính tốn thơng số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha trạng thái xác lập + Vận dụng phương pháp phân tích, biến đổi mạch để giải toán mạch điện hợp lý + Vận dụng phù hợp định lý, phép biến đổi tương đương để giải mạch điện phức tạp - Về lực tự chủ chịu trách nhiệm + Rèn luyện tính cận thận, tỉ mỉ tính tốn III NỘI DUNG MÔN HỌC: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) Số TT Tên chương mục Chương Các khái niệm mạch điện 1.1 Mạch điện mơ hình 1.2 Các khái niệm mạch điện 1.3 Các phép biến đổi tương đương Kiểm tra Chương Mạch điện chiều 2.1 Các định luật biểu thức mạch chiều 2.2 Các phương pháp giải mạch chiều Tổng Lý số thuyết 13 3 Thực hành,thí nghiệm, thảo luận, tập 4 15 2 5 Kiểm tra 1 2.3 Thí nghiệm mạch điện chiều Kiểm tra Chương Dịng điện xoay chiều hình sin 3.1 Khái niệm dòng điện xoay chiều 3.2 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 3.3 Giải mạch xoay chiều phân nhánh 3.4 Hệ số cơng suất 3.5 Thí nghiệm mạch xoay chiều RLC nối tiếp Kiểm tra Chương Mạch ba pha 4.1 Khái niệm chung 4.2 Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân 4.3 Đấu phụ tải ba pha hình ( Y ) 4.4 Đấu phụ tải ba pha hình tam giác ( Δ ) 4.5 Giải mạch ba pha có nhiều phụ tải đấu song song 4.6 Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha Kiểm tra Cộng 5 17 10 3 5 15 1 1 1 60 1 25 31 CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mã chương: MH09.01 Giới thiệu: Ở chương ta làm quen với khái niệm mạch điện, phép biến đổi tương đương nhằm đưa mạch điện dạng đơn giản Mục tiêu: - Phân tích nhiệm vụ, vai trị phần tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt - Giải thích cách xây dựng mơ hình mạch điện, phần tử mạch điện Phân biệt phần tử lý tưởng phần tử thực - Phân tích giải thích khái niệm mạch điện, hiểu vận dụng biểu thức tính tốn Nội dung chính: - Mạch điện mơ hình - Các khái niệm mạch điện - Các phép biến đổi tương đương Mạch điện mơ hình Mục tiêu: - Phân tích nhiệm vụ, vai trò phần tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt - Giải thích tượng điện từ xảy mạch điện - Nhận biết thiết bị sử dụng dụng cụ đo mạch điện 1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện (nguồn, tải, dây dẫn ) nối lại với dây dẫn tạo thành mạch vịng kín, dịng điện chạy qua Mạch điện thường gồm thành phần sau: nguồn điện, phụ tải, dây dẫn a Nguồn điện: thiết bị phát điện Về nguyên lý, nguồn điện thiết bị biến đổi dạng lượng khác ( năng, quang năng, nhiệt ) thành điện Ví dụ: Pin, ăcquy biến đổi hoá thành điện Máy phát điện biến đổi thành điện Pin mặt trời biến đổi lượng xạ mặt trời thành điện b Phụ tải (tải): thiết bị tiêu thụ điện biến đổi điện thành dạng lượng khác ( năng, nhiệt năng, quang ) Ví dụ: Động điện tiêu thụ điện biến điện thành Bàn là, bếp điện biến điện thành nhiệt Bóng điện biến điện thành quang c Dây dẫn: có nhiệm vụ truyền tải điện (từ nguồn tới phụ tải tiêu thụ) dùng để nối thành phần mạch điện Ngoài yếu tố mạch điện cịn có thiết bị phụ trợ khác để: Đóng cắt điều khiển mạch điện cầu dao, aptomat, côngtăc Đo lường đại lượng mạch điện ampe kế, vôn kế, oát kế Bảo vệ mạch điện cầu chì, rơle, aptômát 1.2 Các tượng điện từ Các tượng điện từ có nhiều dạng như:Tách sóng, tạo hàm, tạo sóng, biến áp, khuếch đại… Tuy nhiên xét theo quan điểm lượng trình điện từ mạch điện quy hai tượng lượng tượng biến đổi lượng tượng tích phóng lượng điện từ 1.2.1 Hiện tượng biến đổi lượng Hiện tượng biến đổi lượng gồm hai loại: Hiện tượng nguồn: tượng biến đổi dạng lượng năng, hoá năng… thành lượng điện từ Hiện tượng tiêu tán: tượng biến đổi lượng điện từ thành dạng lượng khác nhiệt, cơ, quang, hố năng… tiêu tán khơng hồn trở lại mạch 1.2.2 Hiện tượng tích phóng lượng Hiện tượng tích phóng lượng điện từ tượng mà lượng điện từ tích phóng vào vùng khơng gian có tồn trường điện từ đưa từ vùng trở lại bên ngồi Để thuận tiện cho trình nghiên cứu, người ta coi tồn trường điện từ thống gồm mặt thể điện trường từ trường Vì tượng tích phóng lượng điện từ gồm tượng tích phóng lượng điện trường tượng tích phóng lượng từ trường Dịng điện trường điện từ có liên quan chặt chẽ với nên thiết bị xảy tượng: biến đổi tích phóng lượng Nhưng thiết bị tượng lượng xảy mạch tượng lượng Ví dụ: ta xét phần tử điện trở thực, tụ điện, cuộn dây, ắcquy Trong điện trở thực: chủ yếu xảy tượng tiêu tán biến đổi lượng trường điện từ thành nhiệt Nếu trường điện từ biến thiên khơng lớn bỏ qua dòng điện dịch (giữa vòng dây quấn lớp điện trở) so với dòng điện dẫn bỏ qua sức điện động cảm ứng so với sụt áp điện trở, nói cách khác bỏ qua tượng tích phóng lượng tích phóng lượng điện từ Trong tụ điện chủ yếu là: tượng tích phóng lượng điện trường Ngồi điện mơi cốt tụ có độ dẫn điện hữu hạn nên tụ xảy tượng tiêu tán biến đổi điện thành nhiệt Trong cuộn dây chủ yếu là: tượng tích phóng lượng từ trường Ngồi dịng điện gây tổn hao nhiệt dây dẫn cuộn dây nên cuộn dây xảy tượng tiêu tán Trong cuộn dây cịn xảy tượng tích phóng lượng điện trường thương yếu bỏ qua tần số làm việc khơng lớn Trong ăcquy là: xảy tượng nguồn biến đổi từ hoá sang điện năng, đồng thời xảy tượng tiêu tán biến đổi từ điện thành nhiệt 1.3 Mơ hình mạch điện Mạch điện gồm nhiều phần tử, làm việc nhiều tượng điện từ xảy phần tử Khi tính tốn người ta thay mạch điện thực mơ hình mạch điện Mơ hình mạch điện sơ đồ thay mạch điện thực, trình lượng điện từ kết cấu hình học giống mạch thực Mơ hình mạch điện gồm nhiều phần tử lý tưởng đặc trưng cho trình điện từ mạch ghép nối với tuỳ theo kết cấu mạch Sau ta xét phần tử lý tưởng mơ hình mạch điện 1.3.1 Phần tử điện trở Đặc trưng cho vật dẫn mặt cản trở dòng điện Về lượng, điện trở R đặc trưng cho trình biến đổi tiêu thụ điện thành dạng lượng khác năng, quang năng, nhiệt Kí hiệu: R Hình 1.1 Kí hiệu điện trở Đơn vị điện trở (ôm), k = 103 Cho dòng điện i chạy qua điện trở R gây sụt áp điện trở u R Theo định luật Ơm quan hệ dịng điện i điện áp uR là: uR = i.R Công suất tiêu thụ điện trở p = uR.i = i2.R Như điện trở R đặc trưng cho công suất tiêu tán điện trở Điện tiêu thụ điện trở khoảng thời gian t t t A = pt i Rt i = const có A = i2Rt Đơn vị điện Wh (oát giờ), bội số kWh Điện dẫn G: Đặc trưng cho cho vật dẫn mặt dẫn điện, đại lượng nghịch đảo điện trở G R Đơn vị: S (Simen) 1.3.2 Phần tử điện cảm Điện cảm L đặc trưng cho tượng tích phóng lượng từ trường cuộn dây L Kí hiệu: Hình 1.2 Kí hiệu điện cảm Đơn vị điện cảm H (Henry) mH = 10-3 H, H = 10-6 H, MH = 106 H Khi có dịng điện i chạy qua cuộn dây có w vịng dây, sinh từ thơng móc vịng qua cuộn dây = w. Điện cảm cuộn dây định nghĩa L = i w i Nếu dịng điện i biến thiên từ thơng biến thiên theo định luật cảm ứng điện từ cuộn dây xuất sức điện động tự cảm eL = - d di L dt dt Điện áp cuộn dây: uL = - eL = L di dt Công suất cuộn dây: pL = uL.i = i L di dt t t o Năng lượng từ trường tích luỹ cuộn dây: W = p L dt Lidt Li 1.3.3 Phần tử điện dung Điện dung C đặc trưng cho tượng tích luỹ lượng điện trường tụ điện C Kí hiệu: 10 Hình 4.1 Tải nối hình có Z0 b Trường hợp 2: xét đến tổng trở dây pha Zd Hình 4.10 Tải nối hình có Zd Phương pháp tính tốn trên, lúc tổng trở pha phải gồm tổng trở dây dẫn Zd c Trường hợp 3: Khi tổng trở dây trung tính Z O d Trường 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 3.2 Mạch ba pha khơng có dây trung tính 3.2.1 Cơng suất mạng ba pha cân a Công suất tác dụng P Công suất tác dụng P: mạch ba pha tổng công suất tác dụng pha cộng lại Gọi PA, PB, PC tương ứng công suất tác dụng pha A, B, C ta có: P = PA + PB + PC = UA IA cosA + UB IB cos + UC IC cosC Khi ba pha đối xứng Điện áp pha: UA = UB = UC = Up Dòng điện pha: IA = IB = IC = Ip Hệ số công suất: cosA = cosB = cosC = cos 85 Ta có: P = 3Up Ip cos hoặc: P = R p I p2 Trong Rp điện trở pha tải Thay đại lượng pha đại lượng dây: Đối với cách nối hình sao: Ip = Id; Up = Đối với hình tam giác: Up = Ud; Ip = Ud Id Ta có biểu thức cơng suất viết theo đại lượng dây, áp dụng cho trường hợp hình hình tam giác đối xứng P = Ud Id cos : góc lệch pha điện áp pha dòng điện pha tương ứng Cos = Rp Rp X p 2 b Công suất phản kháng Q Công suất phản kháng Q ba pha tổng công suất phản kháng pha cộng lại Q = QA + QB + QC = UA IAsin A + UB IBsin B + UC ICsin C mạch đối xứng ta có: Q= UP IPsin Hoặc Q= XP IP2 Trong đó: XP điện kháng pha tải Nếu tính theo đại lượng dây: Q= Ud Idsin c Công suất biểu kiến S = UP IP S = Ud Id S = ZP IP2 Đối với mạch điện ba pha cân (ba pha đối xứng), dịng điện (điện áp) pha có hiệu số hiệu dụng nhau, lệch pha góc Vì mạch đối xứng, ta tách pha để tính, biết dịng điện pha, ta suy dịng điện pha lại Khi tải nối vào nguồn có điện áp dây Ud, Bỏ qua tổng trở đường dây, biết tổng trở tải, bước tính tốn thực sau: Bước 1: Xác định cách nối dây tải (hình hay hình tam giác) Bước 2: Xác định điện áp pha Up tải Nếu tải nối hình sao: Ud = U d Nếu tải nối hình tam giác: Up=Ud Bước 3: Xác định tổng trở pha Zp hệ số công suất tải Tổng trở pha tải: zp = R p2 X p2 86 Hệ số công suất cos = Rp zp Rp R p2 X p2 Trong Rp, Xp tương ứng điện trở pha, điện kháng pha pha tải Bước 4: Tính dòng 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 Bước 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 tương tự tính dịng điện pha dây phải cộng tổng trở đường 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 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: 87 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 Đấu phụ tải ba pha hình tam giác 4.1 Phụ tải không cân a Trường 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 xác định sau: 88 Hình 4.12 Tải nối hình tam giác b Trường 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 phương pháp điện áp hai nút để xác định dòng điện dây Xác định điện áp pha, dịng điện pha tải nối hình tam giác 4.2 Phụ tải cân a Khi không xét tổng trở đường 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 đường dây pha Ta biến đổi tương đương 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 89 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 Dịng điện pha chậm sau điện áp pha góc = 36,870 Đồ thị vectơ dòng điện điện áp pha Hình 4.13 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 phân cho pha a Vẽ sơ đồ mạch ba pha b Tính IA, IB, IC, I0, P tất bóng đèn bật sáng 90 Hình 4.14 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 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 4.15 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 = 91 Đồ thị vectơ vẽ hình vẽ, dịng điện trùng pha điện áp, I A , I B , I C tạo thành hệ thống vectơ đối xứng Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha 6.1 Mục tiêu - Mắc mạch điện theo sơ đồ - Đo thông số theo yêu cầu - Viết nhận xét, đánh giá 6.2 Nội dung 6.2.1 Thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình * Vật tư, thiết bị: STT Vật tư, thiết bị Công tắc Ampe kế 5A Vơn kế xoay chiều 250V Bóng đèn Biến áp tự ngẫu ba pha 250 V - 10A Dây nối Số lượng 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: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn Lấy số liệu ghi vào bảng hai trường hợp: 92 hai trường 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 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 dây trung tính 1) Tải ba pha 2) Tải khơng ba pha (rút bớt bóng đèn pha) 3) Bố trí tải đứt dây pha (rút cầu chì pha bất kì) 4) Ngắn mạch pha tải (nối tắt pha tải) Ch Kết đo Kết tính ế UA UB UC UA UB UC IA IB IC U0 PA PB PC độ (V (V (V B (A (A (A (V (W (W (W C A tải ) ) ) (V) (V) (V) ) ) ) ) ) ) ) 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 Lưu 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 tư, thiết bị: STT Vật tư, thiết bị Số lượng Công tắc 03 06 Ampe kế 5A 93 Vôn kế xoay chiều 250V Bóng đèn Biến áp tự ngẫu ba pha 250 V - 10A Dây nối 03 12 01 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: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn Lấy số liệu ghi vào bảng kết trường hợp sau: 1) Tải ba pha 2) Tải khơng ba pha (bớt bóng đèn pha) 3) Tải ba pha đứt dây cung cấp điện (rút bớt cầu chì) 4) Tải ba pha 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 94 Lưu 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 tư, thiết bị: STT Vật tư, thiết bị Số lượng 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 pha, ta cần đo công suất pha nhân cơng suất ba pha: P3P = 3.P1P = 3.W W: số oát kế pha * * A W B Mạch ba pha đối C xứng O Hình 4.20 Sơ đồ đo cơng suất mạch ba pha đối xứng b Các bước thực hiện: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn Lấy số liệu ghi vào bảng hai trường hợp: hai trường hợp: Thứ tự Lần Lần Kết đo P3pha Kết tính P3pha * Đo cơng suất mạch điện ba pha không đối xứng - Để đo cơng suất mạch điện ba pha khơng đói xứng ta dùng ốt kế để đo cơng suất pha Công suất ba pha là: P3P = PA +PB + PC 95 - Ta dùng hai oát kế nối dây theo sơ đồm sơ đò ốt kế thứ có điện áp dây UAC dịng điện IA , cịn ốt kế thứ hai có điện áp dây UBC dịng điện IB Số hai ốt 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 phương 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 Suy U A I A U B I B U C I C PA PB PC a Sơ đồ * * A Mạch ba pha không W * * B W * C * đối xứng W O * A * Mạch ba pha không W * * B W đối xứng C b Các bước thực hiện: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn Lấy số liệu ghi vào bảng hai trường hợp: Thứ tự Lần Lần Kết đo P3pha Kết tính P3pha Câu hỏi ơn tập tập 4.1 Nêu ưu điểm mạch điện ba pha 96 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 bước 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 cơng 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 cosđm = 0,89; Y/380V/220V Người ta đấu động vào mạng 220V/127V a Xác định cách đấu dây động b Tính cơng suất điện động tiêu thụ định mức c Tính dịng điện dây Id dòng điện pha Ip động Đáp số: 97 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 U d = 380V; động tiêu thụ công 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 công suất đèn P = 250W; công suất chấn lưu 25W, hệ số công suất cos = 0,85 (các đèn bù), điện áp đèn Uđm = 220V Đèn phân cho pha a Xác định dòng điện dây pha làm việc bình thường Tính dịng điện dây trung tính I0 b Khi đèn pha A bị cắt điện Xác định dòng điện dây I B, IC dòng điện I0 dây trung tính đèn pha B C làm việc bình thường 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 thường 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 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thị Cư (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 Cư, Bài tập mạch điện 1, Trường 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 99 ... cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình mạch điện xây dựng biên soạn sở chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp chỉnh sửa phê duyệt Giáo trình mạch điện dùng để giảng dạy trình độ trung cấp biên soạn... dung chính: - Mạch điện mơ hình - Các khái niệm mạch điện - Các phép biến đổi tương đương Mạch điện mơ hình Mục tiêu: - Phân tích nhiệm vụ, vai trò phần tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện, dây... - Giải thích tượng điện từ xảy mạch điện - Nhận biết thiết bị sử dụng dụng cụ đo mạch điện 1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện (nguồn, tải, dây dẫn ) nối lại với dây dẫn tạo thành mạch