Giáo trình Mạch điện (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp)

SỞ GIAO THÔNG VẬN TẢI NAM ĐỊNH TRƯỜNG TRUNG CẤP GIAO THƠNG VẬN TẢI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: MẠCH ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP ( Lưu hành nội bộ) Ban hành kèm theo Quyết định số: 136 /QĐ-TTCGTVT ngày 07 tháng 05 năm 2021 Hiệu trưởng trường Trung cấp GTVT Nam Định Nam Định, năm 2021 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 Giáo trình biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên chuyên ngành Điện cơng nghiệp Trên sở này, sinh viên dễ dàng tiếp cận môn học khác để hồn thành chương trình Điện cơng nghiệp Để học tốt môn học, HS cần phải nắm kiến thức điện chương trình phổ thơng giai đoạn Một trình độ kỹ tính tốn phần số phức phương trình vi tích phân cần thiết cho việc tiếp thu phát triển mơn học Trong điều kiện cịn khó khăn phải đọc sách ngoại ngữ, hy vọng tài liệu thiếu tủ sách sinh viên chuyên ngành Điện công nghiệp Tác giả hy vọng cung cấp cho sinh viên nội dung phong phú giáo trình trang nhã khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý độc giả Cuối tác giả xin thành thật cám ơn đồng chí tổ biên soạn giáo trình đọc đóng góp nhiều ý kiến q báu để giáo trình hoàn thành Nam Định, ngày 28 tháng 03 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Đồn Cơng Danh 2.Thành viên tham gia: Nguyễn Thị Liên MỤC LỤC TRANG 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Lời giới thiệu Mục lục Giới thiệu mô đun Bài mở đầu : Khái quát chung mạch điện Tổng quát mạch điện Các mơ hình tốn mạch điện Chương 1: Các khái niệm mạch điện Mạch điện mơ hình Các khái niệm mạch điện Các phép biến đổi tương đương Chương 2: Mạch điện chiều Các định luật biểu thức mạch chiều Các phương pháp giải mạch chiều Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sin Khái niệm dịng điện xoay chiều Giải mạch xoay chiều không phân nhánh Giải mạch xoay chiều phân nhánh Chương 4: Mạng ba pha Khái niệm chung Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân Công suất mạng ba pha cân Phương pháp giải mạng ba pha cân Tài liệu tham khảo 4 6 10 10 18 20 25 25 33 51 51 61 75 97 97 100 106 110 117 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Mạch điện Mã mơn học: MH08 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: - Vị trí: Mơn học Mạch điện bố trí học sau môn học chung học trước môn học, mơ đun chun mơn nghề - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Phát biểu khái niệm, định luật, định lý mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha + Tính tốn thông số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha trạng thái xác lập - Về kỹ năng: + 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 - Năng lực tự chủ chịu trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, xác, ham học hỏi Nội dung môn học Bài mở đầu: Khái quát chung mạch điện Mã chương: MH08-00 Mục tiêu: - Khái quát hệ thống mạch điện - Phân tích mơ hình tốn mạch điện - Rèn luyện phương pháp học tư nghiêm túc công việc Nội dung: Tổng quát mạch điện Mạch điện môn học sở kỹ thuật quan trọng trình đào tạo công nhân lành nghề, kỹ sư ngành kỹ thuật điện cơng nghiệp, tự động hóa Nó nhằm mục đích trang bị sở lý luận có hiệu lực cho ngành kỹ thuật điện mà vận dụng cho nhiều ngành kỹ thuật khác Kỹ thuật điện ngành kỹ thuật ứng dụng tượng điện từ để biến đổi lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu bao gồm việc tạo ra, biến đổi sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ hoạt động thực tế người So với tượng vật lý khác cơ, nhiệt, quang tượng điện từ phát chậm giác quan người không cảm nhận trực tiếp tượng Tuy nhiên việc khám phá tượng điện từ thúc đẩy mạnh mẽ cách mạng khoa học kỹ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí hóa, tự động hóa Điện có ưu điểm bật sản xuất tập trung với nguồn cơng suất lớn, truyền tải xa phân phối đến nơi tiêu thụ với tổn hao tương đối nhỏ Điện dễ dàng biến đổi thành dạng lượng khác Mặt khác trình biến đổi lượng tín hiệu điện từ dễ dàng tự động hóa điều khiển từ xa, cho phép giải phóng lao động chân tay lao động trí óc người Các mơ hình tốn mạch điện 2.1 Mơ hình tốn học q trình a Mơ hình tốn học q trình Muốn sử dụng, khống chế, cải tạo vật thể vật lý kỹ thuật loại q trình ví dụ trình điện từ, nhiệt, điều kiện phải nhận thức tốt loại q trình Mơ hình tốn học cách mơ tả loại q trình mơn tốn học Có thể xây dựng mơ hình tốn học theo cách: định nghĩa biến trạng thái trình, tìm nhóm đủ tượng bản, mơ tả tốn học chế tượng cách hợp thành trình khác Theo mơ hình tốn học q trình xếp vật thể thành trường, môi trường hay hệ thống Mạch điện hệ thống thể dịng truyền đạt, lưu thơng lượng hay tín hiệu Mơ hình tốn học thường dùng để mơ tả q trình điện từ thiết bị điện mơ hình mạch Kirchooff mơ hình mạch truyền đạt b Ý nghĩa mơ hình tốn học Về nhận thức, xây dựng tốt mơ hình tốn học cho trình vật thể giúp ta hiểu đắn vật thể Về thực tiễn cơng tác, mơ hình tốn học tốt sở lý luận tốt dùng vào việc xét, sử dụng, khống chế loại trình vật thể Về mặt lý luận ngày mơ hình tốn học khơng sở lý luận mà nội dung đối tượng lý thuyết 2.2 Các xây dựng mơ hình tốn học a Cách nhận thức loại tượng Ta gọi trình diễn biến hoạt động vật thể vật lý – kỹ thuật – kinh tế thời gian t không gian (không gian hình học r khơng gian thơng số khác µ, nhiệt độ, áp suất, giá ) Muốn có khái niệm tổ chức chế hoạt động vật thể phải quan sát trình cụ thể Nhưng vơ số hồn cảnh cụ thể, vật thể lại có vơ số q trình khác nhau, ngun tắc khơng thể quan sát hết Vì từ số hữu hạn trình lý tưởng thể đặc điểm quy luật vật thể Ta gọi tượng Về nguyên tắc có nhiều tượng, ví dụ thiết bị điện có tượng tiêu tán, tích phóng lượng điện từ, tượng tạo sóng, phát sóng, khuếch đại, chỉnh lưu điều chế thực tế cho thấy thường tồn nhóm đủ tượng Đó tượng từ hợp thành tượng khác b Cách lập mơ hình tốn học cho loại q trình Từ cách nhận thức trình ta suy cách xây dựng mơ hình tốn học cho trình sau: Chọn định nghĩa biến trạng thái Đó thường hàm hay vecto phân bố thời gian khơng gian Ví dụ để đo trình điện từ ta định nghĩa vecto cường độ từ trường, điện trường Quan sát trình phân tích tìm nhóm đủ tượng Mơ tả tốn học chế tượng Thông thường ta mô tả chúng phương trình liên hệ biến trạng thái, ta gọi phương trình trạng thái Mơ tả việc hợp thành q trình cụ thể, cách kết hợp phương trình trạng thái phương trình cân hệ phương trình trạng thái Kiểm nghiệm lại mơ hình thực tiễn hoạt động vật thể 2.3 Hai loại mơ hình tốn học Theo cách phân bố khơng gian, thời gian biến trạng thái xếp mơ hình tốn học thành hao loại mơ hình hệ thống mơ hình trường - Một loại mơ hình có q trình đo số hữu hạn biến trạng thái phân thời gian mà không phân bố không gian Về tương tác, biến quan hệ nhân trước sau thời gian: trạng thái t chịu ảnh hưởng trạng thái trước t, khởi đầu t0 Về tốn học q trình mơ tả hệ phương trình vi phân, tích phân đại số thời gian, ứng với tốn có điều kiện đầu Ta quy ước gọi vật thể mà q trình hoạt động mơ tả mơ hình túy hệ thống mơ hình chúng mơ hình hệ thống Trong thực tế hay gặp hệ thống mà q trình ngồi dạng biến thiên theo thời gian cịn gắn với lưu thông (chảy, truyền đạt) trạng thái giữ phận hệ thống Ví dụ thiết bị động lực có truyền đạt lượng, có dịng điện chảy, hệ thống thông tin - đo lường – điều khiển, hệ thống rơle có truyền đạt tín hiệu, hệ thống máy tính có truyền đạt số Ta gọi chung hệ thống mạch (circuit): mạch lượng, mạch truyền tin, mạch điều khiển, mạch tính tốn gọi mơ hình chúng mơ hình mạch, dạng riêng phổ biến mơ hình hệ thống Cụ thể mạch điện hệ thiết bị điện ta xét trình truyền đạt, biến đổi lượng hay tín hiệu điện từ, đo số hữu hạn biến dịng, áp, từ thơng, điện tích phân bố thời gian - Một loại mơ hình khác trình coi đo số hữu hạn biến x(r, ,t) phân bố không gian thời gian cách hình thức đo tập không đếm biến trạng thái thời gian ứng với vô số điểm không gian Về tương tác quan hệ nhân trước sau cịn thêm quan hệ nhân khơng gian: trạng thái điểm khơng gian cịn chịu ảnh hưởng trạng thái lân cận điểm đó, bờ S0 Về tốn học q trình thường mơ tả hệ phương trình đạo hàm riêng thời gian khơng gian, ứng với tốn có điều kiện đầu điều kiện bờ Ta gọi vật thể mà trình hoạt động gọi trường (hoặc mơi trường) gọi mơ hình chúng mơ hình trường Khi xét loại trình, tùy cách nhìn nhận dùng trường mơ hình trường mơ hình hệ thống, coi vật trường hệ thống hay mạch Vấn đề cho mô hình phù hợp với thực tế khách quan với mức độ cần thiết 2.4 Mơ hình hệ thống, mơ hình mạch - Thứ nhất, mơ hình hệ thống hệ phương trình xác định riêng thời gian, mơ tả quy luật loại trình hệ thống a) Mơ hình mạch truyền đạt hay truyền tin: loại ứng với phương trình vi phân vi tích phân có phép tính phép tốn tử T b) Mơ hình mạch lơgic: loại ứng với hệ phương trình đại số loogic với phép tác động lên biến quan hệ hàm lôgic L Đó phép làm ứng với hai giá trị 0,1 biến x với hai giá trị 0,1 biến y biểu diễn tín hiệu từ x sang y c) Mơ hình mạng vận trù: loại ứng với hệ phương trình phiếm hàm có phép tác động lên biến phép phiếm hàm F Đó cách làm ứng hàm x(t) với số a[x(t)] để đánh gia q trình x(t) d) Mơ hình mạch động lượng hay mơ hình mạch Kirchooff: loại ứng với hệ phương trình vi phân hay đại số loại (a).Ở trình đo cặp biến xk(t), yk(t) với xk yk lượng hay động động lượng thường thỏa mãn luật bảo tồn liên tục Trong hệ thống có truyền đạt lượng phận - Thứ hai, mơ hình hệ thống cịn sơ đồ hệ thống hay sơ đồ mạch mô tả trình xét Đó hệ thống mạch biến trạng thái không phân bố không gian, nên dành hình học để lập cách mơ tả tốn học q trình xét Ta gọi chung cách mơ tả hình học sơ đồ q trình Cụ thể graph, hình chắp nối ký hiệu hình học, dùng để mơ tả theo cách phân bố biến, phép tính lên biến, quan hệ biến hệ phương trình trạng thái trình Vì lý thuyết hệ thống lý thuyết mạch sơ đồ đồng với hệ phương trình trạng thái Mặt khác sơ đồ cịn thường dùng mơ tả cấu trúc chắp nối phận vật thể xét Về mặt sơ đồ cịn mơ tả rõ hệ phương trình Chình theo thói quen người ta thường hiểu sơ đồ theo nghĩa mô tả cấu trúc vật thể theo nghĩa mơ hình tốn học, tất nhiên cách hiểu khơng đầy đủ 10 • • • I0 = I A + I B + I C Ví dụ 4.1: Một nguồn điện ba pha đối xứng nối hình điện áp ba pha nguồn UPn=220V Nguồn cung cấp điện cho tải R ba pha đối xứng Biết dịng điện dây Id = 10A Tính điện áp dây Ud, điện áp pha tải, dòng điện pha tải nguồn Vẽ đồ thị vectơ Giải: Nguồn nối hình sao, áp dụng cơng thức tính để điện áp dây là: Ud = UP= 220 = 380V Tải nối hình sao, biết Ud=380V, Điện áp pha tải là: Upt = U d 380 = =220V 3 Hình 4.5 Mạch điện đồ thị vectơ ví dụ 4.1 Nguồn nối sao, tải nối sao, áp dụng cơng thức ta co Dịng điện pha nguồn: Ipn = Id = 10A Dòng điện pha tải: Ipt = Id = 10A Vì tải điện trở R, điện áp pha tải trùng pha với dịng điện pha tải Ipt 2.3 Đấu dây hình tam giác () a Cách nối Muốn nối hình tam giác, ta lấy đầu pha nối với cuối pha Ví dụ A nối với Z; B nối với X; C nối với Y Cách nối tam giác dây trung tính 103 Hình 4.6 Mạch điện nối hình tam giác Các đại lượng dây pha ký hiệu hình vẽ b Quan hệ điện áp dây điện áp pha Nhìn vào mạch điện nối tam giác ta thấy: Ud = Up c Quan hệ dòng điện dây dòng điện pha Khi giải mạch điện nối tam giác ta thường quen quy ước: chiều dương dòng điện pha Ip nguồn ngược chiều quay kim đồng hồ, chiều dương dòng điện pha tải chiều quay kim đồng hồ Áp dụng định luật Kirchooff 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 Dòng điện IA, IB, IC chạy dây pha từ nguồn điện đến tải dòng điện dây Id Dòng điện IAB, IBC, ICA chạy pha dịng điện pha, lệch pha với • • • điện áp U AB , U BC , U CA góc  Để vẽ dịng điện dây IA, IB, IC ta dựa vào phương trình Vectơ IAB cộng với vectơ (-ICA) ta có vectơ IA; Q trình tương tự ta vẽ IB, IC Đồ thị vectơ dòng điện pha IAB, IBC, ICA dòng điện IA, IB, IC vẽ hình Xét tam giác OEF 104 OF = 2OE = OE Id = Ip Về pha: dòng điện dây chậm sau dòng điện pha tương ứng góc 300 (IA chậm pha IAB góc 300; IB chậm pha IBC góc 300; IC chậm pha ICA góc 300) Ví dụ 4.2: Một mạch điện ba pha, nguồn điện nối sao, tải nối hình tam giác Biết tiết điện áp pha nguồn Upn = 2kV, dòng điện pha nguồn Ipn = 20A a Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha sơ đồ ghi rõ đại lượng pha dây b Hãy xác định dòng điện pha điện áp pha tải Ipt, Upt Giải: a Sơ đồ nối dây mạch điện Hình 4.7 Mạch điện ví dụ 4.2 b Vì nguồn nối hình sao, nên dịng điện dây dòng điện pha Id = Ipn = 20A Điện áp dây lần điện áp pha nguồn Ud = Upn = = 3,464 kV Vì tải nối hình tam giác, nên điện áp pha tải Upt điện áp dây Upt = Ud = 3,464 kV Dòng điện pha tải nhỏ dòng điện dây lần Ipt = Id 20 = = 11,547 A 3 105 Ví dụ 4.3: Một mạch điện ba pha, tải nối hình sao, nguồn nối hình tam giác Nguồn tải đối xứng Biết dòng điện pha tải Ipt = 50A, điện áp pha tải Upt = 220V a Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha Trên sơ đồ rõ đại lượng pha dây b Hãy xác định dòng điện pha điện áp pha nguồn Ipn, Upn Giải: a Sơ đồ nối dây mạch điện ba pha vẽ hình 4.8 Hình 4.8 Mạch điện ví dụ 4.3 b Vì tải nối hình nên Id = Ipt = 50A Ud = Upt = 220 = 380V Biết dòng điện dây điện áp dây, ta tính dịng điện pha điện áp pha nguồn Vì nguồn đối xứng nối hình tam giác, nên ta có điện áp pha Upn nguồn là: Upn = Ud = 380V Dòng điện pha nguồn là: Ipn = Id 30 = = 28,868 A 3 Công suất mạng ba pha cân 3.1 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 cosA + UB IB cos + UC IC cosC 106 Khi ba pha đối xứng Điện áp pha: UA = UB = UC = Up Dòng điện pha: IA = IB = IC = Ip Hệ số công suất: cosA = cosB = cosC = cos 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 3.2 Công suất phản kháng 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  Trong đó: XP điện kháng pha tải Hoặc Q= XP IP2 Nếu tính theo đại lượng dây: Q= Ud Idsin  3.3 Công suất biểu kiến S = UP IP S = Ud Id S = ZP IP2 107 Ví dụ 4.4: Một động điện ba pha có công suất định mức Pđm = 14kW, hiệu suất định mức đm = 0,98, hệ số công suất định mức cosđm = 0,88 Dây quấn động điện nối hình sao, điện áp dây mạng điện Ud = 380V Tính điện áp đặt lên pha dây quấn Tính dịng điện dây dòng điện pha động điện Giải: a Vì dây quấn động nối hình nên điện áp pha đặt vào dây quấn pha là: Up = U d 380 = = 220V 3 b Đối với động điện, công suất định mức Pđm cơng suất có ích trục động cơ, công suất điện động tiêu thụ là: Pđiện = Pdm  dm Mà Pđiện = Ud Idcos Vậy dòng điện động là: Id = Pdien 3U d cos  = Pdm 3U d cos dm.dm = 14.10 = 27,16 A 3.380 0,88.0,89 Vì dây quấn nối hình nên Ip = Id = 27,16A Hình 4.9 Mạch điện ví dụ 4.4 Ví dụ 4.5: Một mạch điện ba pha đối xứng Ud = 380V cung cấp điện cho tải đối xứng: Tải1 tiêu thụ P1 = 6kW; Q1 = 4kVAr Tải tiêu thụ P2 = 8kW; A2 = 2kVAr 108 a Tính dịng điện dây tải b Tính dòng điện dây Id nguồn cung cấp cho tải Hình 4.10 Mạch điện ví dụ 4.5 Giải: Công suất biểu kiến tải 1: S1 = P12 + Q12 = + =7,211kVA Công suất biểu kiến tải 2: S2= P12 + Q12 = + 2 =8,246kVA Dòng điện dây tải 1: I1 = S1 3U d = 7211 =10,956A 3.380 Dòng điện dây tải 2: I2 = S1 3U d = 8246 =12,528A 3.380 Để tính dịng điện Id nguồn cung cấp cho tải, ta cần tính cơng suất nguồn Công suất tác dụng nguồn cung cấp cho tải P = P1 + P2= 6+8 = 14kW Công suấ phản kháng nguồn cung cấp cho tải Q = Q1 + Q2 = + =6kVAr Công suất biểu kiến nguồn S = P12 + Q12 = 14 + =15,231kVAr Ta có dòng điện dây nguồn cung cấp cho tải Id = S 3U d = 15231 = 23,14A 3.380 109 Phương pháp giải mạng ba pha cân 4.1 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: 𝑈𝑝 = zp = Rp2 + X p2 Tính dịng điện pha Ip tải: Ip = 𝑈𝑑 √3 Up zp Dịng điện dây: Id = Ip Góc lệch pha điện áp pha dòng điện pha: = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 b Khi có xét tổng trở đường dây pha 𝑋𝑝 𝑅𝑝 Cách giải tương tự tính dịng điện pha dây phải cộng tổng trở đường dây với tổng trở tải: 𝐼𝑝 = 𝐼𝑑 = 𝑈𝑑 √3√(𝑅𝑑 + 𝑅𝑝 ) + (𝑋𝑑 + 𝑋𝑝 ) 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 tính cách nối cuộn dây thành tải ba pha b Tính cơng suất P, Q, cos tải Giải: 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 110 Hình 4.11 Mạch điện ví dụ 4.6 b Tổng trở pha tải zp = Rp2 + X p2 = 2 + = 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 4.2 Mạch ba pha có phụ tải nối tam giác a Khi không xét tổng trở đường dây Điện áp pha tải điện áp dây: Up = Ud 111 Dòng điện pha tải: 𝐼𝑝 = Dòng điện dây: 𝐼𝑑 = √3𝐼𝑝 𝑈𝑝 𝑍𝑝 = 𝑈𝑑 √𝑅𝑝2 +𝑋𝑝2 Góc lệch pha điện áp pha dịng điện pha: = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 b Khi có xét tổng trở đường dây pha 𝑋𝑝 𝑅𝑝 Ta biến đổi tương đương tam giác thành hình sao: Tổng trở pha nối tam giác: 𝑍̇∆ = 𝑅𝑝 + 𝑗𝑋𝑝 Khi biến đổi sang hình sao: 𝑍̇𝑌 = Dịng điện dây: 𝐼𝑑 = 𝑈𝑑 𝑅𝑝 𝑍̇∆ = 𝑅𝑝 +𝑗 𝑋𝑝 √3√(𝑅𝑑 + ) +(𝑋𝑑 + ) Dòng điện pha tải nối tam giác: 𝐼𝑝 = 𝑋𝑝 𝐼𝑑 √3 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 = Rp2 + X p2 = 20 + 15 = 25 Dòng điện pha tải: Ip = Up zp = 220 = 8,8 A 25 Vì tải nối tam giác dòng điện dây tải: Id = 3I p = 8,8 = 15,24A Công suất tải tiêu thụ: P = R p I p2 = 20 8,82 = 4646,4W Q = X p I p2 = 15 8,82 = 3484,8VAr 112 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 4.12 Mạch điện ví dụ 4.7 4.3 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 Hình 4.13 Mạch điện ví dụ 4.8 113 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 4.14 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 Vì nguồn tải đối xứng nên: I0 = I A + I B + I C = • • • Đồ thị vectơ vẽ hình vẽ, dịng điện trùng pha điện áp, I A , I B , I C tạo thành hệ thống vectơ đối xứng 114 Câu hỏi ôn tập tập 4.1 Nêu ưu điểm mạch điện ba pha 4.2 Các đặc điểm mạch điện ba pha đối xứng 4.3 Định nghĩa điện áp pha, điện áp dây; dòng điện pha, dòng điện dây quan hệ chúng nối nối tam giác 4.4 Trình bày bước giải mạch điện ba pha 4.5 Các biểu thức công suất P, Q, S mạch ba pha đối xứng 4.6 Vai trị 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 cơng 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, công suất điện động tiêu thụ Đáp số: Ip = Id = 26,81A; Pđiện = 15kW 4.11 Một động khơng đồng có số liệu định mức sau: công suất định mức Pđm = 14kW Hiệu suất đm = 0,88; hệ số công suất cosđm = 0,89; Y/380V/220V Người ta đấu động vào mạng 220V/127V a Xác định cách đấu dây động 115 b Tính cơng suất điện động tiêu thụ định mức c Tính dịng điện dây Id dòng điện pha Ip động Đáp số: a Động nối hình tam giác  b Pđiện = Pco  dm = 15,9kW c Id = 46,9A; Ip = 27A 4.12 Một động điện đấu hình sao, làm việc với mạng điện có Ud = 380V; động tiêu thụ 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 116 Tài liệu cần tham khảo: [1] Phạm Thị Cư (chủ biên), Mạch điện 1, NXB Giáo dục, năm 2000 [2] Hoàng Hữu Thận, Cơ sở Kỹ thuật điện, NXB Giao thông vận tải, năm 2000 [3] Đặng Văn Đào, Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo Dục, năm 2004 [4] Hoàng Hữu Thận, Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, năm 2000 [5] Hoàng Hữu Thận, Bài tập Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 2004 117