Giáo trình Mạch điện (Nghề Điện công nghiệp Trình độ Cao đẳng)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 197 /QĐ-CĐDK ngày 25 tháng năm 2020 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ) 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 LỜI GIỚI THIỆU Đất nước Việt Nam cơng cơng nghiệp hố - đại hoá, nềnkinh tế đà phát triển Yêu cầu sử dụng điện thiết bị điện ngày càngtăng Việc trang bị kiến thức hệ thống điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt người, cung cấp điện cho thiết bị khu vực kinh thế, khu chế xuất, xí nghiệp cần thiết Với vai trò quan trọng xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình mơn học Trường Cao Đẳng Dấu Khí Chúng tơi biên soạn giáo trình Mạch điện gồm chương với nội dung sau: - 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 Giáo trình Mạch điện biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy giáo viên tài liệu học tập học sinh Do chun mơn thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi thiết sót,vậy mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp bạn đọc để sách đạt chất lượng cao Bà Rịa - Vũng Tàu, tháng năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên Lê Thị Thu Hường ThS Ninh Trọng Tuấn Nguyễn Xuân Thịnh MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN - 1.1 MẠCH ĐIỆN VÀ MƠ HÌNH - 1.1.1 Tổng quan mạch điện - 1.1.2 Mạch điện - 1.1.3 Các tượng điện từ - 1.1.4 Mơ hình mạch điện - 1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN - - 1.2.1 Dòng điện chiều quy ước dòng điện - 1.2.2 Cường độ dòng điện - 1.2.3 Mật độ dòng điện - 1.3 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG - 1.3.1 Nguồ n áp mắ c nố i tiế p - 1.3.2 Nguồ n dòng mắ c song song - 1.3.3 Các điê ̣n trở mắ c nố i tiế p, song song - 1.3.4 Biến đổi  - Y Y -  - 10 1.3.5 Biến đổi nguồn tương đương - 11 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP - 13 CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU - 15 2.1 CÁC ĐỊN LUẬT VÀ BIỂU THỨC CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN CHIỀU - 16 2.1.1 Định luật Ohm - 16 2.1.2 Công suất điện mạch chiều - 17 2.1.3 Định luật Joule – Lenz - 17 2.1.4 Định luật Faraday - 18 2.1.5 Hiện tượng nhiệt điện - 18 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH MỘT CHIỀU - 20 2.2.1 Phương pháp biến đổi điện trở - 20 2.2.2 Phương pháp xếp chồng dòng điện - 20 2.2.3 Các phương pháp ứng dụng định luật Kirhooff - 22 2.2.3.1 Các khái niệm - 22 2.2.3.2 Các định luật Kirhooff - 22 2.2.3.3 Phương pháp dòng điện nhánh - 23 2.2.3.4 Phương pháp dòng điện mạch vòng - 26 2.2.3.5 Phương pháp điện nút - 29 - CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP - 33 CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 37 3.1 KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 38 3.1.1 Dòng điện xoay chiều 38 3.1.3 Dòng điện xoay chiều hình sin 39 3.1.4 Các đại lượng đặc trưng 40 3.1.5 Pha lệch pha 41 3.1.6 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin đồ thị vectơ 41 3.2 GIẢI MẠCH XOAY CHIỀU KHÔNG PHÂN NHÁNH 44 3.2.1 Giải mạch R-L-C 44 3.2.2 Giải mạch có nhiều phần tử mắc nối tiếp 49 3.2.3 Cộng hưởng điện áp 52 3.3 GIẢI MẠCH XOAY CHIỀU PHÂN NHÁNH 53 3.3.1 Phương pháp đồ thị véctơ (Phương pháp Fresnel) 53 3.3.2 NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT Cosϕ 55 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 59 CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA 60 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 61 4.1.1 Hệ thống ba pha cân (đối xứng) 61 4.1.2 Đồ thị dạng sóng vectơ 62 4.1.3 Đặc điểm ý nghĩa 63 4.2 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRONG MẠNG PHA CÂN BẰNG 63 4.2.1 Các định nghĩa 63 4.2.2 Đấu dây hình (Y) 64 4.2.3 Cách nối hình tam giác (Δ): 66 4.3 CÔNG SUẤT MẠNG PHA CÂN BẰNG 67 4.3.1 Công suất tác dụng 67 4.3.2 Công suất phản kháng 68 4.3.3 Công suất biểu kiến 68 4.4 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH PHA CÂN BẰNG 68 4.4.1 Giải mạch điện ba pha tải nối hình 68 4.4.2 Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác 69 CÂU HỎI ÔN TẬP 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ mạch điện Trang Hình 1.2 Hiện tượng hỗ cảm Trang Hình 1.3 Điện trở Trang Hình 1.4 Từ thơng móc vịng với cuộn dây Trang Hình 1.5 Tụ điện Trang Hình 1.8 biến đổi Y-∆ Trang 10 Hình 1.9 biến đổi ∆ - Y Trang 10 Hình 2.1 Hiện tượng nhiệt điện Trang 18 Hình 2.2 Biến đổi Y-∆ Trang 19 Hình 2.3 Biến đổi ∆ - Y Trang 19 Hình 2.4 Định luật Kirhooff Trang 21 Hình 2.5 Định luật Kirhooff Trang 22 Hình 2.6 Hình 2.6 Phương pháp điện nút Trang 28 Hình 3.1 Chu kỳ tần số dịng điện xoay chiều Trang 36 Hình 3.2 Dịng điện xoay chiều hình sin Trang 37 Hình 3.3 Pha ban đầu Trang 38 Hình 3.4 Pha lệch pha Trang 39 Hình 3.6 Biểu diễn dịng điện xoay chiều hình sin đồ thị vectơ Biểu diễn dòng điện điện áp hình sin vectơ Hình 3.7 Góc pha Trang 40 Hình 3.9 Dịng điện sin nhánh điện trở R Trang 42 Hình 3.11a Nhánh cảm Trang 43 Hình 3.11b Góc lệch pha cảm Trang 43 Hình 3.11c Quá trình lượng Trang 44 Hình 3.12 Đồ thị vector nhánh cảm Trang 44 Hình 3.13 Dịng điện hình sin nhánh dung C Trang 45 Hình 3.15 Đồ thị vectơ dịng điện, điện áp nhánh dung Trang 47 Hình 3.16 Mạch R-L-C nối tiếp Trang 47 Hình 3.17 Cộng hưởng nối tiếp Trang 48 Hình 3.5 Trang 39 Trang 40 Hình 3.19 Đồ thị vectơ áp, dòng cộng hưởng áp Trang 50 Hình 3.23 Sơ đồ truyền tải điện Trang 54 Hình 3.24 Nâng cao hệ số cơng suất cosφ Trang 55 Hình 4.1 Máy phát điện đồng ba pha Trang 58 Hình 4.2 Đồ thị song dạng tức thời sức điện động ba pha Trang 59 Hình 4.3 Đồ thị vecto sức điện động ba pha Trang 60 Hình 4.4 Mạng ba pha nguồn phụ tải nối Trang 62 Hình 4.5 Đồ thị véctơ Trang 62 Hình 4.6 Mạch ba pha ba dây nối Trang 63 Hình 4.7 Mạch ba pha ba nguồn tải nối tam giác Trang 63 Hình 4.8 Đồ thị véctơ tải nối tam giác Trang 64 Hình 4.9 Mạch ba pha đối xứng nối Trang 66 Hình 4.10 Phụ tải hình đối xứng có xét tổng trở dây pha Trang 66 Hình 4.11 Mạch ba pha tam giác đối xứng Mạch ba pha tam giác đối xứng có xét tổng trở đường dây Trang 67 Hình 4.12 Trang 68 CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN Tên môn học: Mạch điện Mã môn học: KTĐ19MĐ31 Thời gian thực môn học: 60 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành: 28 giờ; kiểm tra: giờ) Số tín chỉ: 03 Vị trí, tính chất mơn học: Vị trí: Là mơn học thuộc mơn học sở chương trình đào tạo Mơn học dạy trước môn học, mô đun chuyên môn nghề sau mơn học, mơ đun chung Tính chất: Môn học trang bị kiến thức, kỹ 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; Về kỹ năng:  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 tốn mạch điện hợp lý  Giải thích số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm kỹ thuật điện Về lực tự chủ trách nhiệm:  Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, ham học hỏi Nội dung mơn học: 5.1 Chương trình khung STT Mã MH, MĐ I MHCB19MH02 MHCB19MH04 MHCB19MH06 MHCB19MH08 MHCB19MH10 TA19MH02 Thời gian đào tạo (giờ) Thực Kiểm Tên mơn học, mơ Tín hành, tra Lý đun Tổng thí nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH tập Các môn học 21 435 157 255 15 chung/đại cương Giáo dục trị 75 41 29 Pháp luật 30 18 10 Giáo dục thể chất 60 51 Giáo dục quốc 75 36 35 2 phòng An ninh Tin học 75 15 58 Tiếng Anh 120 42 72 Thời gian đào tạo (giờ) Thực Kiểm Tên mơn học, mơ Tín hành, tra STT Mã MH, MĐ Lý đun Tổng thí nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH tập Các môn học, mô đun chuyên môn II 70 1785 435 1241 30 49 ngành, nghề Môn học, mô đun II.1 11 270 84 145 sở An toàn vệ sinh ATMT19MH01 30 26 2 lao động KTĐ19MĐ31 Mạch điện 60 28 29 KTĐ19MĐ64 Vẽ điện 30 29 Vật liệu điện 30 28 10 KTĐ19MH63 Khí cụ điện 75 14 58 11 KTĐ19MĐ16 Điện tử 45 14 29 1 12 TĐH19MĐ03 Môn học, mô đun II.2 59 1515 351 1096 24 44 chuyên môn ngành, nghề Điều khiển điện TĐH19MĐ24 60 28 29 13 nén Đo lường điện 75 14 58 14 KTĐ19MĐ14 Máy điện 150 28 116 15 KTĐ19MĐ34 Cung cấp điện 90 56 29 16 KTĐ19MH8 Trang bị điện 120 28 87 17 KTĐ19MĐ56 Trang bị điện 2 45 14 29 1 18 KTĐ19MĐ57 PLC 75 14 58 19 TĐH19MĐ16 Thí nghiệm điện 75 14 58 20 KTĐ19MĐ37 Thí nghiệm điện 2 45 14 29 1 21 KTĐ19MĐ38 Kỹ thuật lắp đặt KTĐ19MĐ23 120 28 87 22 điện Kỹ thuật lạnh 90 28 58 2 23 KTĐ19MĐ22 Thiết bị điện gia KTĐ19MĐ47 90 28 58 2 24 dụng Bảo dưỡng sửa KTĐ19MĐ2 90 28 58 2 25 chữa thiết bị điện Bảo vệ rơ le 75 14 58 26 KTĐ19MĐ6 Thực tập sản xuất 180 15 155 10 27 KTĐ19MĐ52 Khóa luận tốt KTĐ19MĐ18 135 129 28 nghiệp Tổng cộng 91 2220 592 1496 45 57 5.2 Chương trình chi tiết môn học Thời gian (giờ) Số TT Nội dung tổng quát Chương1 : Các khái niệm mạch điện Chương 2: Mạch điện chiều Chương 3: Dịng điện xoay chiều hình sin Chương 4: Mạch ba pha Cộng Tổng số Thực hành, Lý thí nghiệm, thuyết thảo luận, tập Kiểm tra LT TH 0 20 12 18 13 60 28 29 1 Điều kiện thực mơn học 6.1 Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học lý thuyết 6.2 Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu 6.3 Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo trình, giáo án Phiếu thực hành, phiếu học tập (nếu có) 6.4 Các điều kiện khác: Nội dung phương pháp đánh giá 7.1 Nội dung Về kiến thức: Chương 1, 2, 3, Về kỹ năng: Về lực tự chủ trách nhiệm  Nghiêm túc học tập  Rèn luyện tính kiên nhẫn, xác tỉ mỉ cơng việc 7.2 Phương pháp đánh giá kết thúc mô học theo hình thức sau: Kiểm tra thường xuyên  Số lượng bài: 02  Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực thời điểm q trình học thơng qua việc kiểm tra vấn đáp học, kiểm tra viết với thời gian làm 30 phút, kiểm tra số nội dung thực hành, thực tập, chấm điểm tập Kiểm tra định kỳ: Thiết kế nội dung kiểm tra dạng lý thuyết đánh giá hình thức trắc nghiệm  Số lượng bài: 03  Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực theo theo số kiểm tra quy định chương trình mơn học mục III  TĨM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 1.1 Khái niệm dòng điện xoay chiều 1.2 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 1.3 Giải mạch xoay chiều phân nhánh  CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CỦNG CỐ CHƯƠNG Định nghĩa dịng điện xoay chiều hình sin? Biểu thức trị số tức thời, trị số hiệu dụng? Ý nghĩa trị số hiệu dụng? Định nghĩa góc lệch pha? Cho biết quan hệ dòng điện điện áp nhánh sau: R; L; C; RL; RC; LC; RLC nối tiếp Nêu biểu thức tính cơng suất tác dụng P? P công suất tiêu thụ phần tử mạch điện? Đơn vị P? Nêu biểu thức tính cơng suất phản kháng Q? Q công suất tiêu thụ phần tử mạch điện? Đơn vị Q? Nêu biểu thức tính cơng suất biểu kiến? Đơn vị S? Nêu cách biểu diễn dòng điện, điện áp hình sin vectơ Một tải có R = 6Ω, XL= 8Ω Tính hệ số cơng suất tải Người ta đấu vào nguồn U = 120V Tính công suất P, Q tải Để nâng cosφ mạch điện lên Tính dung lượng QC tụ mắc song song với tải Tính điện dung C tụ cho biết tần số nguồn điện f = 50 Hz Đáp số: cosφ = 0,6; P = 864W; Q = 1152VAr; QC = -1152 VAr; C = 2,547.10-4F  Chương 3: Mạch điện xay chiều hình sin Trang 59 CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA  GIỚI THIỆU CHƯƠNG 4: Chương chương giới thiệu mạng điện ba pha: định luật, phương pháp giải mạch điện  MỤC TIÊU CHƯƠNG 4: - 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 - Phát huy tính tích cực, chủ đô ̣ng và sáng ta ̣o ho ̣c tâ ̣p  PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực câu hỏi thảo luận tập chương (cá nhân nhóm) - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước buổi học; hồn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận tập tình chương theo cá nhân nhóm nộp lại cho người dạy thời gian quy định  ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG - Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Khơng - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, tài liệu liên quan - Các điều kiện khác: Khơng có  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kĩ  Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 60 + Nghiêm túc trình học tập - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 01  NỘI DUNG CHƯƠNG 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG Ngày nay, điện sử dụng công nghiệp thường dạng dòng điện sin ba pha Động điện ba pha có cấu tạo đơn giản đặc tính tốt động pha, việc truyền tải điện mạch điện ba pha tiết kiệm dây dẫn việc truyền tải điện dòng điện pha Mạch điện ba pha bao gồm nguồn điện ba pha, đường dây truyền tải phụ tải ba pha Để tạo nguồn điện ba pha, ta dùng máy phát điện đồng ba pha (hình 41) Cấu tạo máy phát điện đồng gồm: Phần tĩnh (cịn gọi stato) gồm lõi thép có xẻ rãnh, rãnh đặt ba dây quấn AX, BY, CZ có số vịng dây lệch góc 2π/3 khơng gian Mỗi dây quấn gọi pha Dây quấn AX gọi pha A, dây quấn BY gọi pha B, dây quấn CZ pha C Phần quay (cịn gọi rơto) nam châm điện N – S Nguyên lý làm việc sau: quay rôto, từ trường quét dây quấn stato, cảm ứng vào dây quấn stato sức điện động sin biên độ, tần số lệch góc 2π/3 Hình 4.1 Máy phát điện đồng ba pha 4.1.1 Hệ thống ba pha cân (đối xứng) Nguồn điện gồm ba sức điện động hình sin biên độ, tần số, lệch 2 pha , gọi nguồn ba pha đối xứng Đối với nguồn đối xứng, ta có: e A  eB  eC  E A  E B  E C  Nếu dây quấn AX, BY, CZ nguồn điện nối riêng rẽ với tải có tổng trở pha ZA, ZB, ZC, ta có hệ thống ba pha gồm ba mạch pha không lien hệ (hình 4-4) Mỗi mạch điện gọi pha mạch điện ba pha Sức điện động, điện áp, dòng điện pha nguồn (tải) gọi sức điện động pha ký hiệu Up, dịng điện pha kí hiệu Ip Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 61 Mạch điện ba pha gồm nguồn, tải đường dây đối xứng gọi mạch điện ba pha đối xứng Nếu không thoả mãn điều kiện nêu gọi mạch ba pha không đối xứng Tải ba pha có tổng trở phức pha Z A = ZB = ZC – gọi tải ba pha đối xứng Mạch điện ba pha gồm nguồn, tải đường dây đối xứng gọi mạch ba pha đối xứng (còn gọi mạch ba pha cân bằng) Nếu không thỏa mãn điều kiện nêu gọi mạch ba pha không đối xứng Ở mạch ba pha đối xứng, đại lượng điện áp, dịng điện pha đối xứng, có trị số hiệu dụng lệch pha 1200, tạo thành hình đối xứng tổng chúng không: IA  IB  IC  U  U  U  A B C 4.1.2 Đồ thị dạng sóng vectơ Nếu chọn pha đầu sức điện động eA dây quấn AX khơng biểu thức tức thời sức điện động ba pha là: Sức điện động pha A là: eA = 2E.sin t Sức điện động pha B là: e B  E sin( t  2 ) Sức điện động pha C là: eC  E sin( t  4 2 )  E sin( t  ) 3 Đồ thị song dạng eA, eB eC hình 4.2 Hình 4.2 Đồ thị song dạng tức thời sức điện động ba pha Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 62 Đồ thị vécto hình 4.3 Hình 4.3 Đồ thị vecto sức điện động ba pha 4.1.3 Đặc điểm ý nghĩa a Đặc điểm Mạch ba pha đối xứng thường làm việc trạng thái đối xứng: tức đảm bảo nguồn đối xứng, sức điện động giá trị lệch góc 120o, tổng trở dây dẫn ba pha tải ba pha đối xứng Với mạch ba pha đối xứng hệ thống dòng, áp phận mạch đối xứng, tất điểm trung tính nguồn tải đẳng b Ý nghĩa Hệ ba pha so với pha tiện lợi kinh tế Như để truyền tải lượng đến phụ tải, ta cần dùng dây dây Do tiết kiệm lượng vật liệu Ngoài ra, hệ ba pha dễ dàng tạo tuef trường quay nên làm cho việc chế tạo động điện đơn giản kinh tế 4.2 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRONG MẠNG PHA CÂN BẰNG 4.2.1 Các định nghĩa a Nguồn ba pha Nguồn ba pha hệ thống gồm sức điện động pha eA, eB, eC có tần số, lệch pha góc 2π/3 (hay 1200) Và nguồn ba pha gọi đối xứng, ba sức diện động pha có biên độ E m (hay trị hiệu dụng E), tần số ω lệch pha 1200 Trong chương ta đề cập đến nguồn bap đối xứng, ta coi sức điện động pha A có pha đầu 0: eA = Emsinωt = E sin t (V) eB = Emsin(ωt – 1200)= E sin( t  120 )(V ) eC = Emsin(ωt + 1200)= E sin( t  120 )(V ) Hay dạng phức: E A  E m 0 (V ); E B  E m   120 (V ); E C  E m 120 (V ) Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 63 Chú ý: 1) Khi nguồn ba pha đối xứng: Từ góc pha ban đầu sức điện động pha trên, ta rút nguyên tắc lệch pha ba pha hệ thống ba pha đối xứng sau: E A  E B  E C  - Coi pha A có pha đầu (0 ) thì: - Pha B chậm sau pha A 1200 (   120 ) - Pha C vượt trước pha A 1200 (   120 ) b Các đại lượng dây pha Thế áp pha, áp dây, dòng pha, dòng dây? Ta quan sát sơ đồ sau đây:  Áp pha: Điện áp dây pha với dây trung tính Cụ thể: - Giữa dây pha A với dây trung tính: u A   A   - Giữa dây pha B với dây trung tính: u B   B   - Giữa dây pha C với dây trung tính: uC   C    Áp dây: Điện áp dây pha Cụ thể: - Giữa dây pha A với dây pha B: u AB   A   B  u A  u B - Giữa dây pha B với dây pha C: u BC   B   C  u B  uC - Giữa dây pha C với dây pha A: uCA   C   A  uC  u A  Dòng pha: Dòng điện chạy qua pha tải  DỊng dây: Dịng điện chạy dây pha Cụ thể: - Chạy dây pha A: iA - Chạy dây pha B: iB - Chạy dây pha C: iC Chú ý: Dòng dây trung tính I0 và: IA + IB + IC = I0 4.2.2 Đấu dây hình (Y) Cách nối hình nối ba điểm cuối pha lại với tạo thành điểm trung tính (hình 4-4) Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 64 Khi nối ba điểm cuối X, Y, Z nguồn lại thành điểm 0, gọi điểm trung tính guồn, nối X’,Y’,Z’ tải lại thành điểm 0’ gọi điểm trung tính tải Dây 00’gọi dây trung tính Dây AA’, BB’, CC’ dây pha Mạch điện có ba dây pha dây trung tính gọi mạch ba pha bốn dây Hình 4.4 Mạng ba pha nguồn phụ tải nối Qui ước: + Dòng pha: dòng chạy pha nguồn phụ tải Ký hiệu: Ip + Dòng dây: dòng chạy dây pha Ký hiệu: Id + Điện áp pha: điện áp điểm đầu điểm cuối pha Ký hiệu: Up (hoặc dây pha với dây trung tính) + Điện áp dây: điện áp điểm đầu pha Ký hiệu: Ud (hoặc hai dây pha với nhau) Xét quan hệ: Ud Up; Id Ip mạch ba pha đối xứng nối Y: + Quan hệ: Ud Up U AB  U A  U B Ta có: U BC  U B  U C U  U  U CA C A Xét Δ 0AB (hình 4.5), ta có: OB = 2OAcos300 Hình 4.5 Đồ thị véctơ Ta thấy: Độ dài OB = Ud; Độ dài OA = Up, nên: Up = 3U p + Quan hệ: Ip Id Id = Ip Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 65 Khi nối hình phụ tải nguồn ba pha đối xứng hệ thống dịng điện, điện áp dây pha đối xứng, trị số điện áp dây lớn điện áp pha Còn pha, điện áp dây U AB U U lệch pha 120 vượt trước điện áp pha tương ứng BC CA góc 30 (hình 4-5) Ta gọi dịng dây trung tính (hình 4-3) Khi nguồn tải ba pha đối xứng: IA  IB  IC  I0  Khi dây trung tính khơng có tác dụng nên ta bỏ qua dây trung tính, mạch điện ba pha cịn mạch ba pha ba dây hình 4-6 Hình 4.6 Mạch ba pha ba dây nối Điện điểm trung tính tải đối xứng ln trùng với điện điểm trung tính nguồn Lúc mạch khơng đối xứng: I A  IB  IC  I0  4.2.3 Cách nối hình tam giác (Δ): Nối hình tam giác nguồn phụ tải nối điểm đầu pha nầy với điểm cuối pha Ví dụ A nối với Z, B nối với X, C nối với Y (hình 4-7) Hình 4.7 Mạch ba pha ba nguồn tải nối tam giác Xét quan hệ: U p Ud; Ip Id mạch ba pha đối xứng: + Quan hệ: Ud Up Ta có: Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 66 I A  I AB  ICA IB  IBC  I AB I  I  I C CA BC Xét Δ 0AB, ta có: OB  2OA cos 30 OB  3OA Ta thấy: Độ dài OB = Id; Hình 4.8 Đồ thị véctơ tải nối tam giác độ dài OA = Ip, nên: I d  3I p Khi nối hình tam giác nguồn phụ tải ba pha đối xứng thị hệ thống dòng điện, điện áp dây pha đối xứng, trị số dịng điện dây lớn dịng điện pha 4.3 CƠNG SUẤT MẠNG PHA CÂN BẰNG 4.3.1 Công suất tác dụng Công suất tác dụng P (đơn vị Watt, ký hiệu W), mạch ba pha tổng công suất tác dụng cc pha Gọi PA, PB, PC tương ứng l Công suất tác dụng pha A, B, C ta có: P= PA + PB + PC = UAIAcosϕA + UBIBcosϕB + UCICcosϕC Khi mạch ba pha đối xứng: Điện p pha hiệu dụng: UA = UB = UC = UP Dịng điện pha hiệu dụng: IA = IB = IC = IP CosϕA = cosϕB= cosϕC= cosϕ Ta có: P = 3UPIP cosϕ Hoặc P = 3RP.I2P Trong đó: RP – điện trở pha Thay đại lượng pha đại lượng dây: Đối với cách nối sao: IP = Id; UP = Ud Đối với cách nối tam giác: Đối với cách nối tam giác: IP = Id ; UP = Ud Ta có cơng suất tác dụng ba pha viết theo đại lượng dây, áp dụng cho trường hợp hình tam giác đối xứng: P= UdId cosϕ Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 67 Trong ϕ - góc lệch pha điện áp pha dòng điện pha 4.3.2 Công suất phản kháng Công suất phản kháng Q (đơn vị Var) ba pha là: Q= QA+QB+QC = UAIA sinϕ A + UBIB sinϕ B + UCIC sinϕC Khi đối xứng ta có: Q = 3UPIP sinϕ Hoặc Q=3XP IP2 Q = 3UdId sin ϕ 4.3.3 Công suất biểu kiến pha: Công suất biểu kiến hệ thống ba pha tổng công suất biểu kiến S∑ = SA + SB + SC Với: │S│ = P2  Q2 Công suất biểu kiến pha: │SA│ = 2 PA  QA ; │SB│ = 2 PB  QB ; │SC│ = 2 PC  QC ; Công suất biểu kiến hệ thống mạch ba pha: │S∑│= 2 P  Q = (P A P B  P C )  (QA  QB  QC ) Công suất biểu kiến hệ thống ba pha đối xứng │S∑│= 3UPIP = UdId Hệ số công suất hệ thống ba pha: Cos  = P 3U d I d = P S = P P   Q PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH PHA CÂN BẰNG Đối với mạch ba pha đối xứng, dòng điện (điện áp) pha có trị số lệch pha góc 2π/3 Vì mạch đối xứng ta tách pha để giải 4.4 4.4.1 Giải mạch điện ba pha tải nối hình a Khi khơng xét tổng trở đường dây (hình 4.9a) Điện áp đặt lên pha tải là: UP = Ud 2 Tổng trở pha tải: Z P  RP  X P RP, XP – điện trở, điện kháng pha tải Ud – điện áp dây mạch điện ba pha Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 68 Dòng điện pha (bằng dòng dây) tải: IP  Id  Up Zp  Ud R2  X p Góc lệch pha điện áp pha dịng điện pha:   arctg Xp Rp Hình 4.9 Mạch ba pha đối xứng nối Vì tải nối hình nên dịng điện dây dịng điện pha: Id = IP Đồ thị vectơ hình 4.9b b Khi có xét tổng trở đường dây pha Cách tính tốn tương tự, phải gộp tổng trở đường dây với tổng trở pha tính dịng điện pha dây: IP  Id  Ud ( R  RP )  ( X d  X P ) Hình 4.10 Phụ tải hình đối xứng có xét tổng trở dây pha Trong đó: Zd = Rd +jXd Rd, Xd – Điện trở, điện kháng đường dây (hình 4.10) 4.4.2 Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác a Khi không xét tổng trở đường dây: Điện áp pha tải điện áp dây (hình 4.11): Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 69 Hình 4.11 Mạch ba pha tam giác đối xứng Ud = U p Dòng điện pha tải là: IP  UP  Ud Ud R2P  X P Góc lệch pha ϕ điện áp pha dòng điện pha tương ứng:   arctg Dòng điện dây: Id = XP RP IP b Khi có xét tổng trở đường dây: Trên hình 4.12, ta biến đổi tương đương tam giác đối xứng thành hình đối xứng sau: Tổng trở pha lúc nối tam giác: Z   RP  jX P Biến đổi hình tam giác sang hình sao: ZY  Z  RP X  j P 3 Sau giải xét Dòng điện dây là: Id = ud X  R     Rd  P    X d  P      Dòng điện pha tải nối tam giác: I P  Chương 4: Mạch điện ba pha Id Trang 70 Hình 4.12 Mạch ba pha tam giác đối xứng có xét tổng trở đường dây Ví dụ 4-2: Mạch điện pha cung cấp nguồn pha đối xứng thứ tự thuận, biết điện áp pha hiệu dụng UA=100  00(V), Zd = j50Ω; Z1=Zn=100Ω; Z2=300Ω a Xc định gi trị IA, IB, IC b Xc định số dụng cụ đo AΣ A0 c Tìm cơng suất P tiêu thụ tải pha Z1 Z2 suy công suất tổng PΣ ba pha Hình 4.13a Hình 4.13b Nhận xét thấy tải mạch có phần dạng tam giác, ta biến đổi dạng hình sau: Từ hình 4.13b, ta có mạch ba pha nguồn đối xứng, tải đối xứng ta giải cho mạch pha A với sơ đồ mạch hình 4.13c hình 4.13d, bỏ Zn, dịng qua Zn khơng điện: Ta dễ dàng tìm dịng 1000 IA   2  45 ( A) 50  j 50 IA1  IA2    45 ( A) Hình 4.13c Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 71 Số đồng hồ AΣ (ampe) Số đồng hồ A0 (vì mạch ba pha nguồn đối xứng tải đối xứng)  2   50(W ) PZ  100 *     PZ  2   50(W )  100 *     Hình 4.13d Cơng suất tác dụng tồn mạch P=3(50+50) = 300(W)  TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 1.1 Khái niệm chung 1.2 Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân 1.3 Công suất mạng ba pha cân 1.4 Phương pháp giải mạng ba pha cân  CÂU HỎI ÔN TẬP CỦNG CỐ CHƯƠNG Nêu ưu điểm mạch điện ba pha Trình bày đặc điểm mạch điện ba pha đối xứng? Định nghĩa điện áp pha, điện áp dây, dòng điện pha dòng điện dây quan hệ chúng nối tam giác Trình bày bước giải mạch điện ba pha đối xứng? Nêu công thức công suất P, Q, S mạch điện ba pha đối xứng? Chương 4: Mạch điện ba pha Trang 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Thị Cư (chủ biên), Mạch điện 1, NXB Giáo dục, năm 2000 Hoàng Hữu Thuận, Cơ sở kỹ thuật điện, NXB Giao thông vận tải, 2000 Nguyễn Bình Thành, Nguyễn Thế Thắng, Lê Văn Bảng, Cơ sở lý thuyết mạch điện, NXB trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 1970 Hoàng Hữu Thuận, Bài tập kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 2004 Đặng Văn Đào, Kỹ thuật điện, NXB Giáo Dục, năm 2004, Tài liệu tham khảo Trang 73 ... soạn giáo trình Mạch điện gồm chương với nội dung sau: - Chương 1: Các khái niệm mạch điện - Chương 2: Mạch điện chiều - Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sin - Chương 4: Mạch ba pha Giáo trình. .. dòng điện mạch vòng sau: dòng điện nhánh tổng đại số dòng điện mạch vòng chạy qua nhánh Ví dụ minh họa: Chương 2: Mạch điện chiều Trang 26 Ví dụ 1: Cho mạch điện hình vẽ, điện trở sức điện động... Mạch điện nói chung chia ba loại: Mạch điện tử, mạch thiết bị điện tử, đặc trưng chứa nhiều phần tử hay linh kiện điện tử Mạch điện công nghiệp, mạch thiết bị điện cơ, nhà xưởng, cầu đường, tàu