Giáo trình điện kỹ thuật (nghề công nghệ chế tạo vỏ tàu thủy hệ trung cấp nghề)

TRƢỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI II KHOA KHAI THÁC MÁY GIÁO TRÌNH ĐIỆN KỸ THUẬT MÃ SỐ: MĐ 08 NGHỀ: CHẾ TẠO VỎ TÀU THỦY HỆ: TRUNG CẤP (Lưu hành nội bộ) GIÁO VIÊN: BÙI KIM HẢI TP HỒ CHÍ MINH - 2021 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật điện ngành kỹ thuật ứng dụng tượng điện từ để biến đổi lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu Năng lượng điện sử dụng trở nên phổ biến cần thiết, đóng vai trị vô quan trọng đời sống sản xuất Giáo trình mơn học Kỹ thuật điện biên soạn dành cho sinh viên ngành kỹ thuật không chuyên Điện thuộc trường Cao đẳng Hàng hải II Nội dung Giáo trình gồm phần chính: Phần 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN Cung cấp kiến thức mạch điện (thông số, mô hình, định luật bản), phép biến đổi tương đương mạch điện Phần 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Trình bày định luật bản, phương pháp giải mạch điện chiều thường gặp Phần 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN Trình bày ngun lý dịng điện xoay chiều hình sin, phương pháp giải mạch điện xoay chiều phân nhánh không phân nhánh Phần 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA Trình bày ngun lý, cách đấu nối mạch điện xoay chiều pha, tính tốn cơng suất mạch điện xoay chiều pha Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa Khai thác máy tàu thủy – Trường Cao đẳng Hàng hải II quan tâm tạo điều kiện cho tác giả hồn thành giáo trình ThS Bùi Kim Hải MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN 1.1 Mô hình Mạch điện 1.2 Các khái niệm mạch điện 11 1.3 Các phép biến đổi tương đương 12 CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 Các định luật biểu thức 18 2.2 Các phương pháp giải mạch điện chiều 24 Ôn tập Chương – 42 CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 3.1 Khái niệm 43 3.2 Giải mạch điện xoay chiều không phân nhánh 3.3 Giải mạch điện xoay chiều phân nhánh 48 57 Ôn tập Chương 80 CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA 4.1 Khái niện chung 81 4.2 Sơ đồ đấu dây mạch điện ba pha cân 82 4.3 Công suất mạch ba pha 88 4.4 Phương pháp giải mạch điện ba pha cân 91 Tài liệu tham khảo 100 Chƣơng 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN Bài 1.1: MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN 1.1.1: Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn tạo thành vòng kín để dòng điện chạy qua Mạch điện gồm ba phần bản: Nguồn điện, phụ tải dây dẫn Ví dụ: Sơ đồ mạch điện đơn giản.R d + _ E I Rt ro Hình 1-1 * Nguồn điện: Là thiết bị biến đổi dạng lượng năng, hóa năng, … thành điện Ví dụ: Máy phát điện, pin, ắc qui v.v… - Ký hiệu: + E + _ E _ r0 r0 Hình 1-2 Trong đó: - E sức điện động nguồn điện, có chiều từ (-) nguồn (+) nguồn - ro điện trở nguồn (nội trở) - Dòng điện nguồn điện tạo có chiều trùng với chiều sức điện động E * Dây dẫn: Để dẫn dòng điện từ nguồn tới nơi tiêu thụ, thường dây đồng nhôm * Phụ tải: Là thiết bị tiêu thụ điện năng, biến đổi điện thành dạng lượng khác năng, nhiệt năng, quang năng,… Ví dụ: Động điện, đèn điện, bàn điện,… Khi tính toán, phụ tải đèn điện, bàn điện,… biểu diễn điện trở R (Hình 1-3.a), phụ tải động điện biểu diễn điện trở ro nối tiếp với sức điện động E có chiều ngược với chiều dòng điện I chạy mạch (Hình 1-3.b) * Ngoài mạch điện có phần tử phụ trợ thiết bị đóng cắt (Cầu dao, rơ le…), thiết bị bảo vệ( Cầu chì, áp tô mát…), thiết bị đo lường (Vôn kế, Ampe kế…) + E _ R r0 I a b Hình 1-3 1.1.2: Các tượng cảm ứng điện từ Các tượng cảm ứng điện từ nhiều vẻ, tượng chỉnh lưu, biến áp, khuếch đại… Tuy nhiên xét theo quan điểm lượng trình điện từ mạch điện quy hai tượng lương : -Hiện tượng biến đổi lượng -Hiện tượng tích phóng lượng điện từ………………………………… 1.1.3: Hiện tượng biến đổi lượng Hiện tượng biến đổi lượng chia làm hai loại loại: -Hiện tượng nguồn : tượng biến đổi từ dạng lượng khác năng, hóa năng, nhiệt … thành lượng điện từ -Hiện tượng tiêu tán: tượng biến đổi lượng điện từ thành dạng lượng khác nhiệt, cơ, quang, hóa …tiêu tán không hoàn trở lại mạch 1.1.4: Hiện tượng tích phóng lượng điện từ Hiện tượng tích phóng lượng điện từ tưởng lượng điện từ tích vào vùng không gian có tồn trường điện từ đưa từ vùng trở lại bên Để thuận tiện cho việc nghiên cứu người ta coi tồn trường điện từ thống gồm hai mặt thể hiện: + Trường điện trường từ Vì tượng tích phóng lượng điện từ gồm tượng tích phóng lượng trường từ tượng tích phóng lượng trường điện Bởi dòng điện trường điện có liên quan chặt chẽ với nên thiết bị điện xẩy hai tượng biến đổi tích phóng lượng thiết bị tưởng lượng xẩy mạch so với tưởng lượng + Ví dụ: Trong tụ điện , tượng lượng chủ yếu xẩy tượng tích phóng lượng trường điện điện môi hai cực tụ có độ dẫn hữu hạn nên tụ xảy tượng tiêu tán biến điện thành nhiệt Trong cuôn dây xảy chủ yếu tượng tích phóng lượng trường từ Ngoài ra, dòng điện dẫn gây tổn hao nhiệt dây dẫn cuộn dây nên cuộn dây xảy tượng tiêu tán Trong cuộn dây xảy tượng tích phóng lượng trường điện thường yếu bỏ qua tần số làm việ c (và tốc độ biến thiên trường điện từ ) không lớn Trong điện trở thực, tượng chủ yếu xảy tượng tiêu tán biến đổi lượng trường từ thành điện Nếu trường điện từ biến thiên không lớn lắm, 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 điện từ Trong Ắcqui xảy nguồn biến đổi từ hóa sang điện năng, đồng thời xảy tượng tiêu tán 1.1.5: Mô hình mạch điện: Mô hình mạch dùng lý thuyết mạch điện, xây dựng từ phần tử mạch lý tưởng sau đây: 1.1.5.1: Phần tử điện trở: Là phần tử đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng điện từ Kí hiệu phần tử điện trở R i + u - H ình 1-4 Quan hệ dòng áp hai cực phần tử điện trở dạng u=Ri R làmột thông số mạch điện đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng, gọi điện trở 1.1.5.2: Phần tử điện cảm : Là phần tử đặc trưng cho tượng tích phóng lượng trường từ Kí hiệu: L i + u - H ình 1-5 Quan hệ dòng áp phần tử điện cảm thường có dạng uL di L thông số mạch điện đặc trưng cho dt tượng tích phóng lượng trường từ gọi điện cảm 1.1.5.3: Phần tử điện dung: Là phần tử đặc trưng cho tượng tích phóng lượng trường điện C i + u H ình 1-6 Quan hệ dòng điện điện áp thường có dạng i=Cdu/dt C gọi điện dung thông số mạch điện đặc trưng cho tượng tích phóng lượng trường điện 1.1.5.4: Phần tử nguồn: Là phần tử đặc trưng cho tượng nguồn Phần tử nguồn gồm loại Phần tử nguồn áp phần tử nguồn dòng Phương trình trạng thái phần tử nguồn áp có dạng u(t) = e(t), đố e(t) không phụ thuộc dòng i(t) chảy qua phần tử gọi sức điện động Phương trình trạng thái phần tử nguồn dòng có dạng i(t) = j(t0 j(t) không phụ thuộc áp u(t) cực phần tử e(t) j(t) thông số mạch điện đặc trưng cho tượng nguồn, đo khả phát nguồn R, L, C, e, j thông số mạch điện, đặc trưng cho chất trình điện từ ( tiêu tán, tích phóng lượng điện trường từ trường tượng nguồn) Các phần tử điện trở, điện cảm, điện dung, nguồn áp, nguồn dòng phần tử lý tưởng mạch điện Chúng phần tử cực, để tiện lợi xác mô hình phần tử thực có nhiều cực như: transistor, khuếch đại thuật toán, biến áp… Người ta xây dựng thêm phần tử lý tưởng nhiều cực như: phần tử nguồn phụ thuộc, phần tử có Z hỗ cảm, máy biến áp lý tưởng… 1.1.5.5: Phần tử thực: Một phần tử thực mạch điện mô hình gần hay tập hợp nhiều phần tử mạch lý tưởng ghép nối với theo cách để mô tả gần hoạt động phần tử thực tế Hình mô hình phần tử thực điện trở, tụ điện, cuộn dây Các phần tử lý tưởng điện cảm L, điện dung C, điện trở R theo thứ tự phản ánh trình điện từ xảy cuộn dây, tụ điện, điện trở thực Ngoài điều kiện cụ thể phải lưu ý đến trình phụ xảy phần tử thực cách bổ sung thêm vào mô hình phần tử phụ tương ứng Trong mô hình cuộn dây, phần tử điện cảm L đặc trưng cho trình cuộn dây trình tích phóng lượng trường từ, nhiều trường hợp cần lưu ý đến điện trở rL phản ánh tổn hao lượng cuộn dây lõi thép tần số cao phải kể đến điện dung kí sinh vòng dây Mô hình tụ điện đa số trường hợp gồm phần tử điện dung C điện trở rC, phần tử điện dung phần tử quan trọng đặc trưng cho trình chủ yếu tụ điện trình tích phóng lượng trường điện, điện trở rC tính đến tổn hao điện môi Nếu tần số làm việc cao phải lưu ý đến điện cảm lC dây nối tần số cao mô hình điện trở thực phải lưu ý đến tham số điện cảm Lr điện dung Cr mà đa số trường hợp bỏ qua Mỗi phần tử mạch lý tưởng tương ứng với cách biểu diễn hình R học ví i dụ: hình 1-7 + u a) điện trở L i + u b) điện cảm i - C + u -c) điện dung j e i i + + u d) nguồn áp + - u - e) nguồn dòng H ình 1-7 Mô hình phần tử thực mô tả hình học sở đồ gồm nhiều phần tử lý tưởng ghép nối với gọi sơ đồ thay sơ đồ tương đương phần tử thực sơ đồ nối dây phần tử thực, ví dụ hình 1.2.6 sơ đồ thay điện trở, cuộn dây, tụ điện Bởi mạch điện thực gồm phần tử thực ghép nối với theo sơ đồ nối dây cụ thể 1.1.5 Mơ hình mạch điện: (tham khảo) 1.1.5.1 Phần tử điện trở: Ta biết dòng điện dòng điện tích chuyển dời có hướng, di chuyển vật dẫn điện tích va chạm với phân tử, nguyên tử truyền bớt động cho chúng Đại lượng đặc trưng cho mức độ va chạm gọi điện trở vật dẫn Ký hiệu: R R   l S Trong đó: -  điện trở suất vật dẫn (mm2/m = 10-6m) - l chiều dài (m) - S tiết diện (mm2) Vậy: Điện trở vật dẫn tỷ lệ thuận với chiều dài, tỷ lệ nghịch với tiết diện phụ thuộc vào vật liệu làm nên vật dẫn Đơn vị: (Ôm) Các ước số bội số  là: m, , M, K 1 = 10-6M 1 = 10-3K 1 = 103m 1 = 106 * Nghịch đảo điện trở gọi điện dẫn: g g S 1 S    R  l l Trong đó: -  điện dẫn suất (Sm/mm2),  = 1/ Điện dẫn suất phụ thuộc vào chất dẫn điện tứng vật liệu, điện dẫn suất lớn vật đẫn điện tốt Đơn vị: S (Simen) (1S = 1/) 1.1.5.2 Phần tử điện cảm: - Khi dòng điện qua cuộn dây biến thiên từ thông móc vòng ( ) cuộn dây thay đổi, tỷ số /I số, gọi hệ số tự cảm hay điện cảm cuộn dây Ký hiệu: L L  I Trong đó: - I dòng điện chạy qua cuộn dây (A) -  từ thông móc vòng cuộn dây(Wb) Đơn vị: H (Henry) Các ước số H laø: mH, H 1H = 103mH 1H = 106H - Điện cảm đại lượng đặc trưng cho khả luyện từ cuộn dây (trao đổi tích lũy lượng từ trường cuộn dây) 1.1.5.3 Phần tử điện dung: Ta biết điện luôn tỷ lệ với điện tích gây điện trường Khi điện tích vật dẫn nhiễm điện tăng lên điện vật tăng theo, tỷ số điện tích điện vật số Tỷ số đặc trưng cho khả tích điện vật gọi điện dung vật dẫn Vậy: Điện dung vật dẫn đại lượng đo tỷ số điện tích vật dẫn điện nó, đại lượng đặc trưng cho khả tích điện vật dẫn Ký hiệu: C C q  Trong đó: - q điện tích vật dẫn ( C) -  điện vật dẫn (V) 10 dòng điện lớn, điện áp giảm nhỏ trị số Up bình thường, phụ tải pha không hoạt động Vì lý đó, mạch phụ tải pha không đối xứng (Mạch điện chiếu sáng v.v…) phải mắc dây trung tính để đảm bảo cho thiết bị làm việc bình thường Để bảo vệ dây trung tính khỏi đứt, người ta quy định không đặt thiết bị điều khiển, bảo vệ cầu dao, cầu chì, công tắc v.v…trên dây trung tính Dây trung tính tác dụng giữ cân điện áp pha, cho phép lấy cấp điện áp pha dễ dàng 4.2.3 Đấu dây hình (Y) 4.2.3.1 Cách đấu Điểm cuối cuộn dây pha A đấu với điểm đầu cuộn dây pha B, điểm cuối cuộn dây pha B đấu với điểm đầu cuộn dây pha C, điểm cuối cuộn dây pha C đấu với điểm đấu cuộn dây pha A, tất tạo thành tam giác kín (Hình – a, b), đỉnh tam giác nối với dây dẫn gọi dây pha Nếu hệ sức điện động pha máy phát hoàn toàn đối xứng có dạng hình sin tổng sđđ mạch vòng tam giác (Hình 7)      EO  E A  E B  EC     E A  E B   EC Hình - 86 Thực tế sđđ pha không hoàn toàn đối xứng không biến thiên theo quy luật hình sin, E0  Tổng trở cuộn dây máy phát nhỏ E0 tạo thành dòng điện lớn chạy mạch vòng gây tổn thất lượng nguy hiểm cho máy phát, máy phát điện pha đấu theo hình tam giác 4.2.3.2 Quan hệ đại lượng dây pha IA A ZA ZC eC eA ICA eB IBC IAB C B IC IB ZB Hình - - Quan hệ điện áp: Khi điện áp pha đối xứng: UA = UB = UC = Up Từ sơ đồ đấu tam giác, ta có: Ud = Up - Quan hệ dòng điện: Khi trở kháng pha đối xứng: RA = RB = RC = R, XA = XB = XC = X Thì: IAB = IBC = ICA = Ip A = B = C =  Nghóa dòng điện pha đối xứng p dụng định luật Kirshop cho điểm A, B, C, ta có: IA = IAB - ICA IB = IBC – IAB IC = ICA – IBC * Đồ thị véc tơ dòng điện dây IA, IB, IC vẽ Hình – 87 -ICA M IA IAB H 30 IA 30 -IBC 30 ICA IBC IA -IAB Hình - Từ đồ thị ta có: Id = IA = 2OH = Ipcos300 = 2I p Hay Id  3Ip Nghóa dòng điện dây lần dòng điện pha chậm pha sau dòng điện pha tương ứng góc 300 Việc tính mạch điện ba pha đối xứng nối tam giác quy tính cho pha suy hai pha lại - Ví dụ: Ba cuộn dây giống có R = 8, X = 6, nối hình tam giác đặt vào điện áp ba pha đối xứng có Ud = 220V Tính dòng điện pha, dòng điện dây hệ số công suất Giải: - Trở kháng pha: Z  R  X    10 - Phuï tải đấu tam giác nên: Up = Ud = 220V - Dòng điện pha: I p  Up Z  220  22 A 10 - Dòng điện dây: I d  3I p  22  38A - Hệ số công suất: cos  BÀI 4.3 R   0,8 Z 10 CÔNG SUẤT MẠCH BA PHA 4.3.1 Công suất mạch pha Cũng mạch điện pha, công suất mạch pha bao gồm công suất tác dụng, công suất phản kháng cơng suất biểu kiến 88 4.3.1.1 Công suất tác dụng Công suất tác dụng mạch ba pha tổng công suất tác dụng pha Gọi PA, PB, PC tương ứng công suất tác dụng pha A, B, C, ta có: Công suất tác dụng pha: PA = UAIAcosA PB = UBIBcosB PC = UCICcosC Ở đây: UA, UB, UC: điện áp pha IA, IB, IC: dòng điện pha A, B, C: góc lệch pha dòng điện điện áp pha Công suất tác dụng cuûa ba pha: P = PA + PB + PC ý: mạch pha đối xứng IA = IB = IC = Ip UA = UB = UC = Up A = B = C =P Do P3P = 3UPIPcosP Chúng ta biết quan hệ dòng áp mạch sau: Mạch nối hình sao: U d  3U P ; I d  I P Mạch nối hình tam giác: U d  U P ; I d  3I P Caû hai cách nối dều có quan hệ: U d I d  3I PU p Như vẫy công suất mạch pha cân tính theo công thức: P  3I d U d COS P Để dơn giản người ta thường viết gọn: P  3I U COS Hoặc: P = 3RpI2p Trong đó: Rp điện trở pha 4.3.1.2 Công suất phản kháng Gọi QA, QB, QC tương ứng công suất phản kháng pha A, B, C, ta có: - Công suất phản kháng moãi pha: QA = UAIAsinA QB = UBIBsinB QC = UCICsinC 89 Công suất phản kháng ba pha: Q = QA + QB + QC Khi mạch pha đối xứng: Q  3I d U d Sin P tương tự ta có: hay: Q  3I U Sin Hoặc: Q = 3XpI2p, Xp: điện kháng pha 4.3.1.3 Công suất biểu kiến Gọi SA, SB, SC tương ứng công suất biểu kiến pha A, B, C, ta có: - Công suất biểu kiến moãi pha: SA = UA.IA SB = UB.IB SC = UC.IC - Công suất biểu kiến ba pha: S = SA + S B + SC Khi mạch pha đối xứng: tương tự ta có: S  3I d U d  3I pU p hay: S  3.I U  P  jQ Hoaëc: S = 3ZpI2p, Zp: tổng trở pha Z  R  jX = R  X 4.3.1.4 Điện * Điện tác dụng thời gian t: Wr = P.t = (UAIAcosA + UBIBcosB + UCICcosC)t (Wh) * Điện phản kháng thời gian t: Wx = Q.t = (UAIAsinA + UBIBsinB + UCICsinC)t (VARh) Khi mạch pha đối xứng: * Điện tác dụng thời gian t: Wr = P.t = 3UpIpcos = UdIdcos * Điện phản kháng thời gian t: Wx = Q.t = 3UpIpsin = UdIdsin Ví dụ: Cho ba cuộn dây giống có R = 8, X = 6 nối hình tam giác đặt vào điện áp ba pha đối xứng có Ud = 220V Tìm dòng điện pha, dòng điện dây, hệ số công suất tính thành phần công suất điện tiêu thụ ngày đêm? Giải: 90 Z  R  X    10 Theo baøi ta có trở kháng pha là: - Điện áp pha là: - Dòng điện qua pha là: U P  U d  220V  U 220  22  IP  P  Z 10 - Doøng điện dây là: - Hệ số công suất pha là: - Công suất tác dụng ba pha là: I d  3I P  1,73.22  38  Cos  R   0,8 Z 10 P3P = 3PP = UPIPcos = 3.220.22.0,8 = 11616 (W) - Công suất phản kháng ba pha là: Q3P = 3QP = 3UPIPsin = 3.220.22.0,6 = 8712 (VAR) - Công suất toàn phần là: S3P = 3SP = 3UPIP = 3.220.22 = 14520 (VA) - Điện tiêu thụ ngày đêm là: Wr3P = P3P.t = 11616.24 = 278784 (Wh) = 278,784 (kWh) Bài 4.4 PHƯƠNH PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA CÂN BẰNG 4.4.1 Mạch điện ba pha phụ tải đấu có dây trung tính khơng đáng kể Giải mạch ba pha có tổng trở ZA ,ZB ,ZC đấu thành hình tạo ba đầu A’ ,B’ ,C’ điểm trung tính N’ nguồn cung cấp đấu hình sao, ba pha A,B,C , điểm trung tính N ,các dây pha A- A’ , B- B’ , C-C’ nối dây pha nguồn với tải cịn dây trung tính N –N’ nối hai điểm trung tính với ,trở kháng dây nối có trở kháng khơng đáng kể (hình 4-1) Điện áp dây pha dây trung IA tính điện áp pha, Điện áp pha đầu A A’ nguồn UA, UB, UC, điện áp pha tải U A, ,U B, ,UC, đđiện trở dây nối nhỏ ZA U UA’ EA ’ không đáng kể nên điểm A- A , BIN N B’ ,C-C’ N –N’ đẳng Kết EC ’ ZB ’ EB N UC điện áp nguồn tải nhau: ZC C 91 B IC ’ IB C UC’ B’ U A  U ;U B  U ;U C  UC, , A , B Dòng điện chạy dây pha I A ; I B ; I C dây trung tính I N Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch A’ – N’, B’ – N’ C’ – N’ ta có : U U U I A  A ;IB  B ;IC  C ZA ZB ZC Áp dụng định luật K1 cho điểm trung tính ta có: I N  I A I B IC Nghĩa là: dịng điện dây trung tính tổng (số phức trị số tức thời) dòng điện ba pha Nếu dòng điện ba pha đối xứng tổng chúng không ( I N  ).Trong thực tế nói chung dịng điện ba pha gần đối xứng nên dòng điện dây trung tính bé Vì dây trung tính thường dùng dây nhỏ so với dây pha Do tổng trở dây trung tính nhỏ bỏ qua, hai điểm N –N’ đẳng thế, nên điện áp ba pha nguồn đối xứng, điện áp tải đối xứng, kể tải ba pha không đối xứng Tuy nhiên tải ba pha không đối xứng, mà dây trung tính bị đứt hai điểm N N’ không đẳng thế, điện áp ba pha tải đối xứng Công suất tác dụng pha: PA = UAIAcosA PB = UBIBcosB PC = UCICcosC Công suất phản kháng pha: QA = UAIAsinA QB = UBIBsinB QC = UCICsinC Công suất phức pha: S A  U A I A  PA  JQA S B  U B I B  PB  JQB S C  U C I C  PC  JQC Công suất ba pha : P = PA + P B + P C Q = QA + QB + QC S  S A S B  S C  U A I A  U B I B  U C I C Ví dụ: Máy phát ba pha đấu có dây trung tính điên áp pha Uf = 240V mắc vào tải bóng đèn có trở kháng pha ZA=rA=20 ZB=rB=8, ZC=rC=50 điện trở nối bỏ qua 92 Xác định dòng điện dây pha dây trung tính? Giải: Lấy vecto U A gốc, tức U A  U p  240V Từ U B  U A e j120  240(Cos1200  jSin1200 )  ( 120  j 208)V U C  U A e j120  240(Cos1200  jSin1200 )  ( 120  j 208)V Dòng điện pha, dòng điện dây pha: U 240 IA  A   12 A; I A  12 A ZA 20 U 120  j 280 IB  B   (15  j 26) A ZB I B  15  262  30 A U 120  j 280 IC  C   (2,  j 4,16) A ZC 50 I C  2,  4,162  4,8 A Dòng điện dây trung tính: I N  I A  I B  I C  12  15  j 26  2,  j 4,16  (4,5  j 21,84) A I N  5, 42  21,842  22,5 4.4.2 Mạch ba pha đấu đối xứng Khi tải ba pha đối xứng (ZA =ZB =ZC) dòng điện ba pha dòng đối xứng I A ; I B  I A e j120 ; I C  I A e j120 Dòng điện dây trung tính: I N  I A  I B  I C =  I A (1  e j120  e j120 )  0 Vì dịng điện dây trung tính khơng nên sụt áp UNN’= 0, hai điểm N N’ đẳng thể, không phụ thuộc vào tổng trở dây trung tính nên khơng cần thiết, bỏ qua Ta có mạch điện đấu ba pha ba dây Việc tính tốn mạch điện ba pha đối xứng quy việc tính với pha, suy kết lại Giả thiết điện áp nguồn ba pha đối xưng, UAB = UBC = UCA = Ud ; UA= UB= UC = Uf, mắc vào tải ba pha đối xứng ZA =ZB =ZC = r + jx Điện áp pha hệ đối xứng: Uf  Ud Dòng điện dây dòng điện pha: 93 Id  I f  Uf z  Ud 3z góc lệch pha  dòng điện điện áp pha xác định từ biểu thức sau: x x r tg  ; cos = ;sin  r z x Công suất tác dụng ,phản kháng biểu kiến pha: Id A A’ Ud If Pf  U f I f cos; Q f  U f I f sin ; S f  U f I f  P  Q Uf f Công suất tác dụng ba pha tổng công suất pha : C U P  3Pf  3U f I f cos  d I d cos  3U d I d cos Suy công suất biểu kiến phản kháng ba pha: Q  3Q f  3U f I f sin  f Uf N’ Uf N B Id If C’ If Id Ud I d sin   3U d I d sin  S  3S f  3U f I f  3U f I f  3U d I d  P  Q Cần ý góc  cơng thức góc lệch pha dịng điện pha điện áp pha Ví dụ: Tải ba pha đối xứng trở kháng pha R = 8, X = 6 nối hình sao, đặt vào điện áp ba pha đối xứng có Ud = 220V Tìm dòng điện pha, hệ số công suất công suất tác dụng ba pha? Giải: Z  R  X    10 Tổng trở pha: - Điện áp pha đặt vào tải là: Uf  U d 220   127(V ) z 1,73 - Dòng điện qua pha là: If  Uf z  220  12,7(V ) 10 - Hệ số công suất pha laø: cos   r   0,8(V ) z 10 -Công suất tác dụng ba pha là: 94 B’ P = P  3U d I d cos   1, 73* 220*0,8  3880W  3,88KW 4.4.3 Khi phụ tải đấu có dây trung tính Trong mạch điện ba pha có dây trung tính trở kháng không đáng kể, điện áp UNN’ hai điểm trung tính N-N’ coi khơng đảm bảo điện áp tải điện áp pha tưng ứng nguồn Trường hợp trở kháng ZN dây trung tính khơng thể bở qua mà tải ba pha khơng đối xứng, dịng điện IN chay dây trung tính gây nên sụt áp U NN '  U N '  I Z N gọi điện áp di điểm trung tính Bỏ qua trở kháng pha dây dẫn, điện áp pha tải tổng điện áp nguồn điện áp di điểm trung tính IA A U A'  U A  U N' ' ;U B'  U B  U N' ' ;U C'  U C  U N' ' Giả thiết điện áp ba pha nguồn đối xứng, điện áp ba pha tải khơng đối xứng Điện áp di điểm trung tính U N lớn, điện áp tải đối xứng Điện áp di điểm trung tính xác định phương pháp điện áp hai nút UA’ UA IN ZN UC’ N ' A’ C ’ IB B N ’ ZC IC U A'  U A  U N' ' ;U B'  U B  U N' ' ;U C'  U C  U N' ' : YA  1 1 ; YB  ; YC  ; YN  , E A  E A , EB  EB , EC  EC ZA ZB ZC ZN Nếu tổng trở pha đường dây không đáng kể bỏ qua cộng thêm Z d vào phần ZA, ZB ,ZC Như vậy, việc tính mạch điện quy việc xác định điện áp hai điểm trung tính ( điện áp di trung tính ), sau tính điện áp pha phụ tải theo: U  U A  U ;U  U B  U ;U  U C  U N' ' ' A ' N' ' B ' N' ' C Dòng điện pha xác định theo định luật Ôm: U' U' U' I A  A  U A' YA ; I B  B  U B' YB ; I C  C  U C' YC ; ZA ZB ZC Dịng điện dây trung tính xác định theo định luật K1 I N  I A  I B  IC Công suất pha xác định theo: * * * U A' I A  PA  JQA ;U B' I B  PB  JQB ;UC' I C  PC  JQC Đối với mạch ba pha ba dây ZN =  , YN = 0, IN = 95 ZA ZB UC’ C’ Khi tính toán mạch tải ba pha đấu sao, đặt vào mạng điện có điện áp (dây) ba pha cân Ta thay hệ điện áp ba pha nguồn đối xứng: UA = UB = UC = EA= EB = EC = Ud Sau giải mạch theo phương pháp Ví dụ: Nguồn điện ba pha đấu sao, có Sđđ pha đối xứng, EA = EB =EC= 120 (V) Cung cấp cho tải đấu có trở kháng ZA = rA = 1, ZB = rB =0,4, ZC = rC = 2,5, tổng trở dây trung tính ZN= ( 0,3 +J 0,4)  Tìm điện áp dòng điện pha tải? Giải: Sđđ pha nguồn dạng phức: EA  120; EB  EA e j120  (60  j104)V , Ec  E A e j120  (60  j104)V Tổng dẫn pha tải: YA  1  1S ; YB   2,5S ; YC   0, 4S ZA ZB ZC Tổng dẫn dây trung tính: YN  1   (1,  j1, 6) S Z N (0,3  j 0, 4) Điện áp di điểm trung tính: U N'  EYA  EYB  EYC 120*1  (60  j104)* 2,5  (60  j 40)*0,  (2,  j 42)V  YA  YB  YC  YN  2,5  0,  (1,  j1, 6) Điện áp pha tải: U A'  E A  U N '  120  2,  j 42  117,  j 42 U A  117, 42  422  122V U B'  EB  U N '  60  j104  2,  j 42  62,  j 62 U B  (62, 62 )  622  84, 4V U C'  EC  U N '  60  j104  2,  j 42  62,  j146, U B  (62, 62 )  146, 22  159V 96 Dòng điện pha: I A  U A * YA  (117,  j 42) *1  (117,  j 42) A I A  117, 42  422  122 A I B  U B * YB  (62,  j 62) * 2,5  (158  j155) A I B  1582  1552  221A I C  U C * YC  (62,  j146, 2)*0,  (25  j58) A I C  252  582  62 A I N  U C * YC  (2,  j 42) *(1,  j1, 6)  (64  j 55) A I N  642  552  84,5 A 4.4.4 Khi phụ tải đấu tam giác Nhìn vào mạch điện ta thấy phụ tải tam giác hệ thống dịng điện chảy pha tải đồi xứng cần tính pha I PA  I PB I PC U dAB  I PA e j Z dA IPC U  dBC  I PA e  j120 Z dBC U  dCA  I PA e  j 240 Z dCA  I PA (1  e  j1200 ZAB ZCA ZBC C C I dA  I PA  I PC  I PA (1  e  j 240 ) IPA UdAB Dòng điện chạy dây truyền tải A’ A )  I PA 3.e  j 300 ’ B ) Điều có nghĩa dịng điện chạy đường dây truyền tải tạo thành hệ thống dòng điện đối xứng có trị số lần dòng điện pha muộn dòng điện pha tương ứng góc 300 Việc tính mạch điện ba pha đấu tam giác đối xứng quay việc tính tốn pha ,rồi suy kết pha Điện áp pha: Uf = Ud Dòng điện pha: I f  Uf z Trong z tổng trở pha tải Dòng điện dây: I d  3I f Công suất tác dụng ba pha: P  3U f I f cos = 3U d I d cos Công suất phản kháng ba pha: Q  3U f I f sin  = 3U d I d sin  97 B’ IPB Công suất biểu kiến ba pha: S  3U f I f = 3U d I d  P  Q Ví dụ 1: Tải pha đối xứng Zd = + j4 đấu tam giác mắc vào điện áp pha đối xứng Ud = 220V Xác định dòng điện pha dây Giải: Coi góc pha ban đầu điện áp U AB 0, nghĩa U AB = 220V từ đó: U BC  U AB e j120  220(Cos1200  jSin1200 )  ( 110  j190)V U CA  U AB e j120  220(Cos1200  jSin1200 )  ( 110  j190)V Dòng điện pha là: I AB U 220  AB   26,  j 35, A Z AB  j I AB  26, 42  35, 22  44 A I BC U 110  j190  BC   11  j19 A  j4 Z BC I BC  11  192  22 A I CA U 110  j190  CA   2,  j 21,8 A  j4 Z CA I CA  6,  21,82  22 A Dòng điện dây pha là: I A  I AB  I CA  (26,  j 35, 2)  (2,  j 21,8)  23,8  j57 A I A  23,82  57  61, A I b  I BC  I AB  (11  j19)  (26,  j 35, 2)  37,  j16, A I B  37, 42  16, 2  40,8 A I C  I CA  I BC  (2,  j 21,8)  (11  j19)  13,  j 40,8 A I A  3, 62  40,32  43,3 A Ví dụ 2: Ba cuộn dây giống có R = 8, X = 6 nối hình tam giác đặt vào điện áp ba pha đối xứng có Ud = 220V Tìm dòng điện pha, dòng điện dây, hệ số công suất hệ số công suất Giải: Z  R  X    10 Tổng trở pha: 98 Phụ tải đấu hình tam giác nên Uf = Ud =220V - Điện áp pha đặt vào tải là: - Dòng điện qua pha là: If  Uf z  220  22(V ) 10 - Dòng điện dây là: I d  3I f  *22  38 A - Hệ số công suất pha là: cos   r   0,8(V ) z 10 NHẬN XÉT: Nếu điện ba pha nguồn không đổi trở kháng pha tải khơng đổi đổi từ cách đấu sang tam giác, dòng điện đường dây tăng lên ba lần (38/12,7=3) Việc đấu hình hay hình tam giác tùy thuộc vào điện áp định mức tải Chẳng hạn mạng điện 220 /127V (điện áp dây 220 V, điện áp pha 127 V) điện áp định mức pha tải 127V, ta dùng cách đấu (để điện áp pha đặt vào tải điện áp pha nguồn) Ngược lại điện áp điện mức pha tải 220V, ta đấu tải thành tam giác (để điện áp pha tải điện áp dây nguồn) Đông ba pha có ghi 380/220V, Y/ có nghĩa mạng điện có điện áp dây 380V động đấu hình sao, cịn mạng điện có điện áp dây 220V động đấu hình tam giác 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Xuân Phú – Tô Đằng Khí cụ điện – Kết cấu sử dụng, sửa chửa – NXB Khoa học kỹ huật – 1995 Hoàng Hữu Thuật – Cơ sở kỹ thuật điện NXB Công nhân kỹ thuật 1980 Nguyễn Văn Sắt – Vật liệu khí Công nghệ kim loại NXB Công nhân kỹ thuật 1978 Nguyễn Xuân Phú – Hồ Xuân Thanh NXB Khoa học kỹ thuật 100