GIÁO TRÌNH MÔ HỌC MẠCH ĐIỆN NGÀNHNGHỀ KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

Giáo trình Mạch điện SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔ HỌC MẠCH ĐIỆN NGÀNHNGHỀ KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Ban hàn.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ

SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MƠ HỌC: MẠCH ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HỒ KHƠNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số 234/QĐ- CĐN ngày 05 tháng năm 2020 Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam Hà Nam, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun 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 Dựa theo giáo trình này, sử dụng để giảng dạy cho trình độ nghề ngành/ nghề khác nhà trường Cần giảng dạy bổ sung môn học, mô đun bắt buộc số môn học, mô đun tự chọn mà chương trình đào tạo trình độ Trung cấp chưa giảng dạy LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình mạch điện xây dựng biên soạn sở chương trình khung đào tạo nghề kỹ thuật máy lạnh điều hồ khơng khí tổng cục dạy nghề phê duyệt Giáo trình Mạch điện dùng để giảng dạy trình độ trung cấp nghề 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 áp dụng 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 giảng viên trường sử dụng cách phù hợp với điều kiện sở vật chất Trong trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót, ban biên soạn mong góp ý bạn đọc để giáo trình hồn thiện Phủ Lý, ngày 15 tháng năm 2020 Người biên soạn Chủ biên: Đỗ Thị Lành MỤC LỤC TRANG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mạch điện mơ hình mạch điện 1.1 Mạch điện 1.2 Các tượng điện từ 1.3 Mơ hình mạch điện 10 Các khái niệm mạch điện 13 2.1 Dòng điện chiều qui ước dòng điện 13 2.2 Cường độ dòng điện 14 2.3 Mật độ dòng điện 14 CÂU HỎI ÔN TẬP 15 Chương 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 16 Các định luật biểu thức mạch điện chiều 16 1.1 Định luật Ôm 16 1.2 Công suất điện mạch chiều 17 1.2.1 Cơng dịng điện 17 1.3 Định luật Joule -Lenz 18 1.4 Định luật Faraday 19 1.4.2 Định luật Faraday 19 1.5 Hiện tượng nhiệt điện 20 Các phương pháp giải mạch chiều 22 2.1 Phương pháp biến đổi điện trở 22 2.3 Các phương pháp ứng dụng định luật Kirchooff 26 CÂU HỎI ÔN TẬP: 32 Chương 3: DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 34 Khái niệm dòng điện xoay chiều 34 1.1 Khái niệm 34 1.2 Chu kỳ tần số dòng điện xoay chiều 35 1.3 Dòng điện xoay chiều hình sin 35 1.4 Các đại lượng đặc trưng 35 1.5 Pha lệch pha 37 1.6 Biểu diễn lượng hình sin đồ thị vectơ 38 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 39 2.1 Giải mạch R-L-C 39 2.2 Giải mạch có nhiều phần tử mắc nối tiếp R-L-C 44 2.3 Cộng hưởng điện áp 47 Giải mạch xoay chiều phân nhánh 50 3.1 Phương pháp đồ thị véctơ (phương pháp Fresnel) 50 3.2 Phương pháp tổng dẫn 52 3.3 Phương pháp biên độ phức 56 3.4 Cộng hưởng dòng điện 65 3.5 Phương pháp nâng cao hệ số công suất 66 CÂU HỎI ÔN TẬP: 68 Chương 4: MẠNG BA PHA 71 Mã chương: MH 08 - 04 71 Khái niệm chung 71 1.1 Hệ thống ba pha cân 71 1.2 Đồ thị dạng sóng đồ thị vectơ 71 1.3 Đặc điểm ý nghĩa 72 Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân 73 2.1 Các định nghĩa 73 2.2 Đấu dây hình (Y) 73 2.2.1 Nguyên tắc nối 73 2.3 Đấu dây hình tam giác () 76 Công suất mạng ba pha cân 77 3.1 Công suất tác dụng P 77 3.2 Công suất phản kháng Q 78 3.3 Công suất biểu kiến 78 Phương pháp giải mạng ba pha cân 78 CÂU HỎI ÔN TẬP: 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên môn học: Mạch điện Mã môn học: MH 09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học mạch điện bố trí học sau mơn học chung học trước mơn học/mơ đun chun mơn nghề - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học: Trang bị kiến thức kỹ tính tốn mạch điện Mục tiêu môn học: - Kiến thức: + Phát biểu khái niệm, định luật, định lý mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha + Tính tốn thơng số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều pha, xoay chiều ba pha - Kỹ năng: + 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 + Giải thích số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm kỹ thuật điện - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có lực giải vấn đề mạch điện, loại dòng điện, nguồn điện + Làm việc độc lập làm việc theo nhóm đề giải tốn mạch điện + Hướng dẫn người khác giải tập mạch điện; chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm nhóm + Đánh giá chất lượng tập sau hoàn thành kết thực thành viên nhóm Nội dung môn học: Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mã chương: MH 09 - 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 trò 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 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 Mạch điện mơ hình mạch điện 1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn (phần tử dẫn) tạo thành vòng kín dịng điện chạy qua Mạch điện thường gồm loại phần tử sau: nguồn điện, phụ tải (tải), thiết bị phụ trợ Nguồn điện Thiết bị phụ trợ Phụ tải Hình 1.1: Mơ hình mạch điện 1.1.1 Nguồn điện - Nơi sản sinh lượng điện để cung cấp cho mạch - Nguồn điện nguồn chiều xoay chiều + Nguồn chiều: Pin, acquy, máy phát điện chiều, + Nguồn xoay chiều: Lấy từ lưới điện, máy phát điện xoay chiều,… Các nguồn điện công suất lớn thường truyền tải từ nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử ) Các nguồn điện chiều thường đặc trưng suất điện động E, điện trở nội r Với nguồn xoay chiều thường biểu diễn công suất P (công suất máy phát) hiệu điện lối u Hình 1.2: Một số loại nguồn điện 1.1.2 Phụ tải Là thiết bị sử dụng điện để chuyển hóa thành dạng lượng khác, dùng để thắp sáng (quang năng), chạy động điện (cơ năng), dùng để chạy lò điện (nhiệt năng) Các thiết bị tiêu thụ điện thường gọi phụ tải (hoặc tải) ký hiệu điện trở R trở kháng Z Hình 1.3: Một số loại phụ tải thơng dụng 1.1.3 Dây dẫn Có nhiệm vụ liên kết truyền dẫn dòng điện từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ Thường làm kim loại đồng nhơm số vật liệu dẫn điện có điện dẫn suất cao khác 1.1.4 Các thiết bị phụ trợ: Như thiết bị đóng cắt (cầu dao, cơng tắc ), máy đo (ampekế, vơn kế, óat kế …), thiết bị bảo vệ (cầu chì, aptơmát ) 1.2 Các tượng điện từ 1.2.1 Hiện tượng biến đổi lượng 1.2.1.1 Hiện tượng biến đổi điện thành nhiệt Dịng điện tích chuyển động có hướng vật dẫn làm va chạm với phần tử vật dẫn, truyền bớt lượng cho phần tử, làm tăng mức chuyển động nhiệt vật dẫn Như dịng điện qua vật dẫn làm nóng vật dẫn, tức điện chuyển hoá thành nhiệt Gọi điện trở vật dẫn r, công dòng điện là: A = I2.r.t, biết đương lượng nhiệt công 0,24 calo với Jun, nên nhiệt lượng cơng chuyển hố là: Q = 0,24A = 0,24.I2.r.t (Calo) (1.1) Định luật hai nhà Bác học Jun (người Anh) Lenxơ (người Nga) tìm thực nghiệm nên người ta gọi định luật Jun - Lenxơ Phát biểu định luật: Nhiệt lượng dòng điện toả điện trở tỷ lệ với bình phương dịng điện, với trị số điện trở thời gian dòng điện chạy qua Nếu thay I = U2 ta có: r U2 Q  0, 24 .t (Calo) r (1.2) 1.2.1.2 Hiện tượng biến đổi điện thành Giả sử có dây dẫn đặt từ trường đều, cường độ từ cảm B Nối dây dẫn với nguồn s.đ.đ EF, điện trở nguồn rF, dây dẫn có dịng điện I: I  E U U điện áp đặt vào dây dẫn (điện áp hai điểmA r B) Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn là: F = B.l.I N - F + B I rF B A I EF S Hình 1.4: Sự xuất sức phản điện Chiều F xác định theo qui tắc bàn tay trái Giả sử tác dụng lực F, dây dẫn chuyển động với tốc độ v theo chiều lực từ Phương cắt vng góc với đường sức, nên dây dẫn xuất s.đ.đ cảm ứng có trị số là: E = B.l.v Chiều s.đ.đ E xác định theo qui tắc bàn tay phải Ta thấy E có chiều ngược với dịng điện (và ngược chiều so với s.đ.đ EF nguồn) gọi s.đ.đ phản Gọi điện trở dây dẫn ro, áp dụng định luật kiêc khốp cho mạch vòng ta có: U – E = I.ro, hay U = E + Iro (1.3) Nhân hai vế biểu thức (1.3) với dịng điện I ta có: UI = EI + I2ro = Blv.I + I2ro = F.v + I2ro Hay Pđiện = Pcơ + Po (1.4) Ở đây, Pđiện = U.I công suất điện nguồn cấp cho động cơ, Pcơ = F.v công suất động ; Po = I2ro tổn thất điện trở động Như : dây dẫn mang dòng điện đặt từ trường nhận công suất điện nguồn biến thành công suất Đó sở ngun lí làm việc động điện 1.2.2 Hiện tượng tích phóng lượng 1.2.2.1 Qúa trình nạp điện Đóng mạch điện gồm điện dung C chưa tích điện mắc nối tiếp với điện trở r vào nguồn điện áp chiều Tụ điện bắt đầu nạp điện, điện tích hai cực tăng từ giá trị không trở lên Giả sử thời gian vơ nhỏ dt, điện tích tăng lượng dq, dịng điện qua mạch có trị số là: i dq dt (1.5) Điện tích nạp vào tụ, nên hai cực tụ có trị số điện áp UC = Từ ta có: q = C.UC Thay vào biểu thức dịng điện ta có: iC q C (1.6) dU C dt (1.7) Nghĩa là: dòng điện nạp tụ tỉ lệ với tốc độ biến thiên điện áp tụ Áp dụng định luật kiêc khốp cho mạch vịng kín ta có: U = i.r + UC (1.8) Biến đổi biểu thức thay vào biểu thức tính dịng điện ta có: U – UC = rC dU C dU   C dt dt (1.9) Ở đây:  = r.C gọi số thời gian mạch, có thứ nguyên s Phương trình (1.9) phương trình vi phân có ẩn UC Tại thời điểm đầu t = 0, UC = 0, (U - UC) = U, nên tốc độ tăng điện áp UC lớn Dịng điện nạp có trị số lớn Khi UC tăng lên hiệu U - UC giảm nên tốc độ tăng điện áp UC giảm dần Như vậy: Trong q trình tụ điện nạp điện, dịng điện nạp giảm dần từ cực đại khơng, cịn điện áp tăng từ không tới giá trị ổn định U + C U r i D B Hình 1.5: Đóng tụ điện vào điện áp chiều Biểu thức điện áp có dạng:  t U C  U (1  e  ) Điện áp điện trở: U = i.r = U – UC = U.e-t/ Dòng điện mạch: (1.10) (1.11) Q = Q1 + QC = Ptg1 + QC = Ptg Từ rút công suất QC tụ là: QC = -P(tg1 - tg) (3.110) Mặt khác côgn suất QC tụ điện tính là: QC = -UC.IC = -U.U..C = -U2 .C (3.111) So sánh (3.110) (3.111) ta tính điện dung C cuat tụ điện là: C P (tg1  tg ) U (3.112) Ví dụ 3.5: Một tải gồm R = 6Ω, XL = Ω, mắc nối tiếp, đấu vào nguồn U = 220V a Tính dịng điện I1, cơng suất P, Q, S cos1 tải  b Người ta nâng hệ số cơng suất mạch điện đạt cos = 0,93 Tính điện dung C tụ điện đấu song song với tải I1 R U=220V xL B Hình 3.33: mạch điện ví dụ 3.5 Giải: Tổng trở tải: Z  R  X L  62  82  10 R   0, Z 10 U 220 Dòng điện tải I1: I1    22A Z 10 Cos1  Công suất P tải: P = R.I12 = 6.222 = 2904W Công suất Q tải: Q = XL.I12 = 8.222 = 3872Var Công suất toàn phần tải: S = U.I = 220.22 = 4840VA Tính điện dung C cần thiết: Cos1 = 0,6 ; tg  = 1,33 Cos = 0,93; tg = 0,395 Bộ tụ điện cần có điện dung là: C P 2904 (tg1  tg )  (1,333  0,395)  1,792.104 F 2 U 314.220 CÂU HỎI ƠN TẬP: Câu 1: Trình bày tượng tính chất mạch điện xảy cộng hưởng điện áp? 68 Câu 2: Cho mạch điện có R- L – C mắc nối tiếp, biết điện áp đầu cực nguồn là: u = 100 sinωt (V) a Tính dịng điện I b Tính điện áp phần tử: UR; UL; UC c Vẽ đồ thị véc tơ? Câu 3: Cho mạch điện R-L-C mắc nối tiếp, biết điện áp đầu cực nguồn là: U = 220(v), f = 5(Hz) R = 𝜴, L = 80(mH), C = 64 µ F a Tính dịng điện I mạch? b Tính thành phần tam giác điện áp tam giác công suất mạch điện? c Vẽ đồ thị véc tơ? Câu 4: Cho mạch điện có R-L-C mắc nối tiếp, biết điện áp đầu cực nguồn là: u(t) = 220 sin314t (V) a Tính dịng điện I điện áp phần tử: UR; UL; UC? b Tính thành phần tam giác công suất mạch điện? c Vẽ đồ thị véc tơ R = 10 Ω ~ u(t) L = 160 mH C = 127 μF Câu 5: Cho mạch điện hình vẽ Hãy tính dịng điện chạy mạch khi: R = 10𝜴 a f = 50 Hz? b f = 100 Hz? ∼U = 220V L = 256 mH C = 127 μF Câu 6: Cho mạch điện có R- L – C mắc nối tiếp, biết điện áp đầu cực nguồn là: 69 u = 10 sinωt (V) - Tính tổng trở tồn mạch R = 75Ω - Tính dịng điện I điện áp XL = 25Ω ~ phần tử UR; UL; UC C = 50(μF) - Vẽ đồ thị véc tơ? Câu 7: Trình bày khái niệm dịng điện xoay chiều, chu kỳ tần số vẽ đồ thị dòng điện xoay chiều 70 Chương 4: MẠNG BA PHA Mã chương: MH 08 - 04 Giới thiệu: Trong chương làm quen với khái niệm, sơ đồ mạch ba pha phương pháp giải mạch ba pha đối xứng Mục tiêu: - Phân tích khái niệm ý nghĩa, đặc điểm mạch xoay chiều ba pha - Phân tích vận dụng dạng sơ đồ đấu dây mạng ba pha - Giải dạng toán mạng ba pha cân Nội dung chính: Khái niệm chung 1.1 Hệ thống ba pha cân Hiện phần lớn mạch điện có cơng suất lớn sử dụng mạch điện ba pha tính ưu việt kỹ thuật kinh tế Hệ thống điện pha tập hợp ba hệ thống điện pha nối với tạo thành hệ thống lượng điện từ chung, sức điện động mạch có dạng hình sin, tần số, lệch pha phần ba chu kỳ Nguồn điện gồm có ba sức điện động hình sin biên độ, tần số, lệch pha 2 , gọi nguồn ba pha đối xứng (hay nguồn cân bằng) Đối với nguồn đối xứng ta có : eA + eB + eC  EA + EB + EC = Tải ba pha có tổng trở phức pha : ZA = ZB = ZC gọi tải ba pha đối xứng Mạch điện ba pha gồm có nguồn, tải đường dây đối xứng gọi mạch điện ba pha đối xứng (còn gọi mạch ba pha cân bằng) Nếu không thỏa mãn điều kiện nêu gọi mạch ba pha khơng đối xứng 1.2 Đồ thị dạng sóng đồ thị vectơ Hệ thống điện ba pha đuợc tạo từ máy phát điện đồng ba pha, hoạt động dựa nguyên lý cảm ứng điện từ Cấu tạo nguyên lý máy phát điện pha gồm hai phần : Hình 4.1: Nguyên lý máy phát điện ba pha 71 + Stator (phần tĩnh) Gồm ba cuộn dây giống (gọi cuộn dây pha) đặt lệch 1200 rãnh lõi thép stator Các cuộn dây ba pha thường ký hiệu tương ứng AX, BY, CZ + Rotor (phần quay) Là nam châm điện N-S Khi rotor quay, từ trường quét qua cuộn dây pha, sinh sức điện động hình sin có biên độ, tần số, lệch pha góc 1200 Nếu chọn pha ban đầu sức điện động eA cuộn dây AX khơng ta có biểu thức sức điện động pha : eA  2.E.sin t eA  2.E.sin(t  1200 ) (4.1) eA  2.E.sin(t  2400 )  sin(t  1200 ) Nếu biểu diễn hệ thống SĐĐ pha số phức ta được: E A  E00 EB  E   1200 (4.2) EB  E  2400  E1200 Hình 4.2: Đồ thị dạng sóng đồ thị vectơ mạch điện ba pha 1.3 Đặc điểm ý nghĩa Hệ thống điện pha có nhiều ưu điểm hẳn hệ thống điện pha Để truyền tải điện pha ta cần dùng dây dẫn, để truyền tải hệ thống pha cần dùng dây dẫn tiết kiệm kinh tế Hệ pha dễ dàng tạo từ trường quay, làm cho việc chế tạo động điện đơn giản Các động công suất lớn phải sử dụng nguồn điện pha Nếu nối riêng rẽ pha với tải ta hệ thống pha độc lập, hay hệ thống pha không liên hệ với (hình 4.3) Hệ thống sử dụng thực tế khơng kinh tế cần tới dây dẫn Thông thường pha nguồn nối với nhau, pha tải nối với có đường dây pha nối nguồn tải Có phương pháp nối mạch pha thường sử dụng cơng nghiệp nối hình (Y) nối hình tam giác (Δ) 72 IA A ZA X Z Y C ZB B IB ZC IC Hình 4.3: Hệ thống mạch điện ba pha độc lập Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân 2.1 Các định nghĩa Mỗi pha nguồn tải có điểm đầu điểm cuối Ta thường ký hiệu điểm đầu pha A, B, C, điểm cuối pha X, Y, Z Để nối hình người ta nối điểm cuối pha lại với tạo thành điểm trung tính Đối với nguồn, điểm cuối X, Y, Z cuộn dây máy phát điện nối lại với tạo thành điểm trung tính O Đối với tải, điểm cuối X’, Y’, Z’ nối lại với tạo thành điểm trung tính O’ Ba dây nối điểm đầu nguồn tải AA’, BB’, CC’ gọi dây pha Dây dẫn nối điểm trung tính OO’ gọi dây trung tính Để nối hình tam giác người ta nối đầu pha với cuối pha kia, ví dụ A nối với Z, B nối với X, C nối với Y 2.2 Đấu dây hình (Y) 2.2.1 Nguyên tắc nối Để nối hình người ta nối điểm cuối pha lại với tạo thành điểm trung tính Đối với nguồn, điểm cuối X, Y, Z cuộn dây máy phát điện nối lại với tạo thành điểm trung tính O Đối với tải, điểm cuối X’, Y’, Z’ nối lại với tạo thành điểm trung tính O’ Ba dây nối điểm đầu nguồn tải AA’, BB’, CC’ gọi dây pha Dây dẫn nối điểm trung tính OO’ gọi dây trung tính Để nối hình tam giác người ta nối đầu pha với cuối pha kia, ví dụ A nối với Z, B nối với X, C nối với Y 73 Hình 4.4: Sơ đồ đấu dây hình a) Sơ đồ đấu dây ; b) Đồ thị vectơ 2.2.2 Quan hệ dòng điện dây Id dòng điện pha Ip Dòng điện pha Ip dòng điện chạy pha nguồn (hoặc tải) Dòng điện dây Id dòng chạy dây pha nối nguồn tải Từ hình 4.4a ta thấy dịng điện dây Id có giá trị dòng điện chạy pha Ip Id = Ip (4.3) 2.2.3 Quan hệ điện áp dây điện áp pha Điện áp pha Up điện áp điểm đầu điểm cuối pha (hoặc dây pha dây trung tính) Điện áp dây Ud điện áp dây pha :          U AB  U A  U B U BC  U B  U C (4.4) U CA  U C  U A Để vẽ đồ thị vectơ điện áp dây, trước hết ta vẽ đồ thị vectơ điện áp pha UA, UB, UC , sau dựa vào cơng thức (4.4) ta dựng đồ thị vectơ điện áp dây hình 4.4 b, hình 4.5 Ta có : Hình 4.5: Đồ thị vectơ mạch điện đấu 74 Về trị số, điện áp dây Ud lớn điện áp pha Up lần Thật vậy, xét tam giác OAB từ đồ thị hình 4.4 b ta có :  3OA AB  2AH=2OAcos30o  2OA (4.5)  U d  3U P Dễ thấy rằng, điện áp pha đối xứng, điện áp dây đối xứng - Về pha, điện áp dây UAB, UBC, UCA lệch pha góc 120o vượt trước điện áp pha tương ứng góc 300 Khi tải đối xứng, dịng điện qua dây trung tính không :     Io  I A I B  IC  (4.6) Trong trường hợp khơng cần dây trung tính, ta có mạch ba pha ba dây Ví dụ, động điện ba pha tải đối xứng, cần đưa ba dây pha nối đến động Thông thường thực tế, tải ba pha không cần bằng, dịng điện qua dây trung tính khác khơng, bắt buộc phải có dây trung tính Ví dụ 2.2: Một nguồn điện áp ba pha đối xứng hình sao, điện áp pha nguồn Upn = 220V Nguồn cung cấp điện cho tải R ba pha đối xứng Biết dịng điện chạy dây Id =10A Tính điện áp Ud, điện áp pha tải, dòng điện pha tải nguồn, vẽ đồ thị vectơ Giải: Nguồn nối hình sao, áp dụng cơng thức (4.5) điện áp dây : U d  3U f  3.220  380V Tải nối hình sao, biết Ud = 380V, theo cơng thức (4.5) ta có điện áp tải : Uf  A Id Ud  380  220V A IA UC Up Up Ud n O Ipt Ipn O R R B C IC t R IA UA B C IB IB IC a) UB b) Hình 4.6: Mạch điện đồ thị vectơ ví dụ 2.2 75 Nguồn nối sao, tải nối nên ta có : Dịng điện pha nguồn Ipn = Id = 10A Dòng điện pha tải: Ipt = Id = 10A Vì tải trở nên điện pha tải trùng pha với dòng điện pha tải 2.3 Đấu dây hình tam giác () 2.3.1 Nguyên tắc nối Để nối hình tam giác người ta nối đầu pha với cuối pha kia, ví dụ A nối với Z, B nối với X, C nối với Y (hình 4.7) Hình 4.7: Mạch điện ba pha nối tam giác 2.3.2 Quan hệ điện áp dây điện áp pha Từ hình vẽ ta thấy nối tam giác điện áp hai dây điện áp pha: Ud = UP (4.7) 2.3.3 Quan hệ dòng điện dây Id dòng điện pha Ip Áp dụng định luật Kirchhoff cho nút, ta có :    Tại nút A: I A  I AB  I CA       Tại nút B: I B  I BC  I AB Tại nút C: I C  I CA  I BC Đồ thị vectơ dòng điện dây IA, IB, IC dòng điện pha IAB, IBC, ICA vẽ hình 4.7b: Ta có : - Về trị số, dòng điện dây lớn gấp lần dòng điện pha Thật vậy, xét tam giác OEF từ đồ thị hình 4.6b ta có : EF = 2OEcos300  2OE  3OE Từ đó: I d  3I p (4.8) Ví dụ 2.3: Một mạch điện ba pha, nguồn điện nối sao, tải nối tam giác Biết điện áp pha nguồn Upn = 2kV, dòng điện pha nguồn Ipn = 20A 76 a Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha sơ đồ ghi rõ đại lượng pha dây b Hãy xác định dòng điện điện áp pha tải Ipt, Upt Giải: a Sơ đồ đấu dây cho hình 4.8 b Vì nguồn nối hình sao, nên dịng điện dây dòng điện pha Id = Ipn = 20A Điện áp dây lần điện áp pha nguồn : U d  3U pn  3.2  3, 646kV A A Id Upn Ud Z Z U pt Ipt O Ipn B C Z Z Id Id Hình 4.8: Sơ đồ đấu dây mạch điện ví dụ 2.3 Vì tải nối hình tam giác, nên điện áp pha tải Upt điện áp dây : Upt = Ud = 3,464kV Dòng điện pha tải nhở dòng điện nhỏ dòng điện dây lần I pt  Id  20  11,547A Công suất mạng ba pha cân 3.1 Công suất tác dụng P Gọi PA, PB, PC tương ứng công suất tác dụng pha A, B,C, ta có cơng suất tác dụng mạch ba pha tổng công suất tác dụng pha : P =PA +PB+PC = UAIAcosA+ UBIBcosB + UCICcosC Khi mạch ba pha đối xứng ta có : UA = UB = UC = UP IA = IB = IC = IP cosA = cosB + cosC Từ đó: P = 3UpIp cos (4.9) Hoặc : P = 3RpIp (4.10) Trong Rp điện trở pha Nếu thay đại lượng pha đại lượng dây : Trong cách nối hình : U I p  Id ; U p  d Trong cách nối tam giác : 77 U p  Ud ; I p  Id Ta có cơng suất tác dụng mạch ba pha viết theo đại lượng dây áp dụng cho hai trường hợp nối hình tam giác đối xứng : P = 3UdIdcos (4.11) Trong  góc lệch pha điện áp pha dịng điện pha tương ứng : cos = Rp R 2p  X p2 3.2 Công suất phản kháng Q Công suất phản kháng mạch ba pha : Q = QA +QB+QC=UAIAsinA +UBIBsinB+UCICsinC Khi mạch đối xứng ta có : Q =3UpIpsin (4.12) Hoặc: Q = 3XpIp (4.13) Trong Xp điện kháng pha Nếu biểu diễn theo đại lượng dây ta có : Q = 3UdIdsin (4.14) 3.3 Công suất biểu kiến Khi đối xứng, công suất biểu kiến ba pha : S  P2  Q2  3U p I p  3U d I d Phương pháp giải mạng ba pha cân Đối với mạch điện ba pha đối xứng, dịng điện điện áp pha có trị số lệch pha góc 1200 Khi giải mạch ba pha ta cần tính cho pha, sau suy pha cịn lại Khi nối vào nguồn có điện áp Ud, bỏ qua tổng trở đường dây, biết tổng trở tải, bước tính tốn thực sau: - Bước Xác định cách nối phụ tải : hình hay tam giác? - Bước Xác định điện áp pha tải : + Nếu nối hình : U d  3U P + Nếu tải nối tam giác: Ud = Up - Bước Xác định tổng trở pha hệ số công suất tải Z p  Rp2  X p2 Hệ số công suất: cos = Rp Zp  Rp Rp2  X p2 - Bước Tính dịng điện Ip phụ tải + Nếu tải nối sao: Id = Ip + Nếu tải nối tam giác: Id= Ip – Bước Tính cơng suất tiêu thụ phụ tải P = 3RpIp2 =3UpIpcos = 3UdIdcos 78 Q = 3XpIp2 =3UpIpsin = 3UdIdsin S = 3ZpIp2 = 3UpIp = UdId Ví dụ 4.1: Một tải pha có điện trở pha Rp = 20Ω, điện kháng pha Xp =15Ω, nối hình tam giác đấu vào lưới điện pha có điện áp dây Ud = 220V (hình 4.9a) Tính dịng điện pha Ip, dịng điện dây Id, cơng suất tải tiêu thụ vẽ đồ thị vectơ điện áp dây dòng điện pha phụ tải Giải: Theo sơ đồ đấu dây (hình 4.9) tải nối tam giác, điện áp pha tải là: Ud = Up = 220 V Tổng trở pha tải: Z p  Rp2  X p2  202  152  25 Dòng điện pha tải: Ip  Up Zp  220  8,8A 25 Hình 4.9: Sơ đồ mạch điện ví dụ 4.1 Dịng điện dây tải: Id = Ip = 8,8 = 15,24A Công suất tiêu thụ: P = 3RpIp2 = 3.20.8,82 = 4646,4W Q = 3Xp Ip2 = 3.15.8,82 = 3484,24Var S = UdId = 220.15,24 = 5870,21VA Hệ số công suất: cos = Rp Zp  20  0,8    36,87o 25 Dòng điện chậm pha điện áp góc  = 36,87o Đồ thị vectơ dịng điện điện áp pha vẽ hình 4.9b Ví dụ 4.2: Một tải pha cuộn dây đấu vào lưới điện pha có điện áp dây 380 V Cuộn dây có điện trở R = 2Ω, điện kháng X = 8Ω thiết kế làm việc điện áp định mức 220V 1) Xác định cách nối cuộn dây thành tải pha 2) Tính cơng suất P, Q cos tải 79 Hình 4.10: Sơ đồ mạch điện ví dụ 4.2 Giải: a Các cuộn dây phải nối hình (hình 4.10a), đấu vào lưới điện pha điện áp pha đặt lên cuộn dây điện áp định mức: Up  Up  380  220V Nếu tải nối tam giác, điện áp pha đặt lên cuộn dây (hình 4.10b) : Up = Ud = 380 V Giá trị điện áp 380V lớn điện áp định mức cuộn dây, nên cuộn dây bị hỏng b Tổng trở pha tải là: Z p  Rp2  X p2  22  82  8, 24 Hệ số công suất : cos = Rp sin  = Xp Zp Zp   0, 242 8, 24   0,97 8, 24 Dòng điện pha tải : Ip = Up Zp  220  26, 7A 8, 24 Dịng điện dây: Id = Ip = 26,7A Cơng suất tác dụng tải : P  3U d I d cos = 3.380.26, 7.0.242W Công suất phản kháng tải : Q  3U d I d sin   3.380.26, 7.0,97  17045, 7VAr Công suất biểu kiến: S  3U d I d  3.380.26,  17572,8VA CÂU HỎI ÔN TẬP: Câu 1: Một nguồn điện áp pha đối xứng hình sao, điện áp pha nguồn Up = 220V Nguồn cung cấp cho tải pha đối xứng Biết dòng điện chạy dây Id = 10A 80 a Vẽ sơ đồ nối dây mạng điện pha sơ đồ ghi rõ đại lượng pha đại lượng dây? b Xác định điện áp Ud, Up tải, Ip Id tải? Câu 2: Một tải pha cuộn dây đấu vào lưới điện pha có điện áp dây 380 V Cuộn dây có điện trở R = 2Ω, điện kháng X = 8Ω thiết kế làm việc điện áp định mức 220V a Xác định cách nối cuộn dây thành tải pha b Tính cơng suất P, Q cos tải Câu 3: Trình bày khái niệm nêu đặc điểm ý nghĩa mạng điện pha cân bằng? 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơ sở lý thuyết mạch điện - Nguyễn Bình Thành - Đại học Bách khoa Hà Nội - 1980 Kỹ thuật điện đại cương - Hoàng Hữu Thận - NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp - Hà Nội - 1976 Bài tập Kỹ thuật điện đại cương - Hoàng Hữu Thận - NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp - Hà Nội - 1980 Cơ sở kỹ thuật điện – Hoàng Hữu Thuận – NXB KHKT – Hà Nội 2005 Lý thuyết mạch – Hồ Anh Tuý – NXB KHKT – Hà nội 1996 82