Bài giảng chương 4 mạch điện ba pha

Mạch điện ba pha gồm nguồn, taỷi và đường dây đối xứng gọi là mạch điện ba pha đối xứng.. Thường ba pha của nguồn được nối với nhau, ba pha của taỷi cũng được nối với nhau và có đường d

CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

Đ.4 ư 1 khái niƯm chung

Ngày nay trong công nghiƯp dùng rất rộng rãi điƯn năng dòng

điƯn hinh sin ba pha Động cơ điƯn ba pha có cấu tạo đơn giản và

đỈc tính tốt hơn động cơ một pha ViƯc truyỊn tải điƯn năng bằng mạch điƯn ba pha tiết kiƯm đưỵc dây dẫn hơn viƯc truyỊn tai

điƯn năng bằng dòng điƯn một pha.

Mạch điƯn ba pha bao gồm nguồn điƯn ba pha, đường dây truyỊn tải và các phơ tải ba pha

ĐĨ tạo ra nguồn điƯn ba pha, ta dùng máy phát điƯn đồng bộ ba

pha

CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ BA PHA :

PHẦN TĨNH GỒM CÁC RÃNH, TRONG CÁC RÃNH ĐẶT BA DÂY QUẤN AX, BY, CZ CÓ CÙNG SỐ VÒNG DÂY VÀ LỆCH NHAU MỘT GÓC 2 /3 TRONG KHÔNG GIAN MỖI DÂY

QUẤN ĐƯỢC GỌI LÀ MỘT PHA DÂY QUẤN AX GỌI LÀ PHA

A, DÂY QUẤN BY GỌI LÀ PHA B, DÂY QUẤN CZ LÀ PHA C PHẦN QUAY LÀ NAM CHÂM ĐIỆN N – S

NẾU CHỌN PHA ĐẦU CỦA SỨC ĐIỆN ĐỘNG E A CỦA DÂY

QUẤN AX BẰNG KHÔNG, THỠ BIỂU THỨC TỨC THỜI SỨC ĐIỆN ĐỘNG BA PHA LÀ:

SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHA A: E A = E SIN T

SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHA B: E B = E SIN( T ­ 2  /3)

SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHA C: E C = E SIN ( T ­ 4  /3)= E SIN (

Nguồn điện gồm ba sức điện động hỡnh sin cùng biên độ, cùng tần

số, lệch pha nhau 2  /3 gọi là nguồn ba pha đối xứng.

ẹối với nguồn đối xứng ta có:

e A +e B +e C = 0

hoặc EA + EB+ EC = 0

Thường quen ký hiệu đầu pha là A,B,C cuối pha là X,Y,Z Nếu tổng trở phức của các pha taỷi bằng nhau Z A = Z B = Z C thỡ ta có taỷi đối xứng Mạch điện ba pha gồm nguồn, taỷi và đường dây đối xứng gọi

là mạch điện ba pha đối xứng Nếu không thoừa mãn điều kiện đã nêu gọi là mạch ba pha không đối xứng

Thường ba pha của nguồn được nối với nhau, ba pha của taỷi cũng được nối với nhau và có đường dây ba pha nối liền giửừa nguồn và taỷi, dẫn điện naờng từ nguồn đến taỷi Dòng điện chạy trên đường dây pha từ nguồn đến taỷi gọi là dòng điện dây kí hiệu là I d , điện áp giửừa các đường dây pha gọi là điện áp dây, kí hiệu là U d

Thông thường có hai cách nối: nối hinh sao, và nối hinh tam giác.

4­ 2 CÁCH NỐI HINH SAO

1 Cách nối

Muốn nối hỡnh sao ta nối ba điểm cuối pha với nhau tạo thành điểm trung tính ẹối với nguồn, ba điểm X, Y, Z nối với nhau tạo thành điểm trung tính O của nguồn

ẹối với taỷi, ba điểm cuối X’, Y’, Z’ nối với nhau tạo thành trung tính của taỷi O’.

• Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối hình sao

CA

C B

BC

B A

AB

U U

U

U U

U

U U

B

U C

U B B'

TTừ đồ thị điện áp ta thấy rõ :

­ Về trị số, điện áp dây U d lớn hơn điện áp pha U p là lần TThật vậy xét tam giác OAB: AB = 2.OA.cos 30 0 =2.OA /2= OA

AB là U d , OA là U p ; U d = U p

3

3

3 3

4ư 3 CÁCH NỐI HINH TAM GIÁC

•Cách nối

Muốn nối hỡnh tam giác ta lấy đầu pha này nối với cuối pha kia Ví

dụ A nối với Z, B nối với X, C nối với Y

•Các quan hệ giữa đại lượng dây và đại lượng pha trong cách nối

hình tam giác đối xứng

Quan hệ giửừa dòng điện dây và pha như sau:

áp dụng định luật Kiếchốp 1 tại các nút ta có:

BC CA

C

AB BC

B

CA AB

A

I I

I

I I

I

I I

3 3

Về pha, dòng điện dây A , B , C lệch pha nhau một góc 120 0 và

chậm sau dòng điện pha tương ứng một góc 30 0 ( ví dụ như : AB chậm sau A một góc 30 0 )

4­ 4.CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN BA PHA

CÔNG SUẤT TÁC DỤNG P CỦA MẠCH BA PHA BẰNG

TỔNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG CỦA CÁC PHA GỌI P A , P B ,

P C TƯƠNG ỨNG LÀ CÔNG SUẤT TÁC DỤNG CỦA PHA A,

THAY ĐẠI LƯỢNG PHA BẰNG ĐẠI LƯỢNG DÂY:

ẸỐI VỚI NỐI SAO : I P =I D ; U P = U D /

ẸỐI VỚI NỐI TAM GIÁC : I P = I D / ; U P = U D

P= U D I D COS 

 LÀ GÓC LỆCH PHA GIỮA ĐIỆN ÁP PHA VÀ DÒNG ĐIỆN

3

3 3

•Công suất phản kháng

Công suất phaỷn kháng Q của ba pha là: Q= Q A + Q B +Q C =

U A I A sin  A + U B I B sin  B + U C I C sin  C

Khi đối xứng ta có: Q =3 U p I p sin  =3 X p I 2

p ; trong đó X p là điện kháng pha hoặc

Q= U3 d I d sin .

•Công suất biểu kiến

Khi đối xứng, công suất biểu kiến ba pha:

S= = 3 U2 2 p I p = U d I d

Q

4ư 5 CÁCH GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA ĐỐI XỨNG

• Giải mạch điện ba pha tải nối hình sao đối xứng

A, Khi không xét tổng trở đường dây pha điện áp đặt lên mỗi pha tải là:

U p = U d / ; Tổng trở pha taỷi Z p = trong đó R p , X p là

điện trở và điện kháng mỗi pha taỷi U d là điện áp dây của mạch

Gúc lệch pha  giửừa điện ỏp

pha và dũng điện pha là  =

arctgX p /R p , vi taỷi nối hinh sao

nờn dũng điện dõy bằng dũng

điện pha I d = I p

2 2

p

R 

2 2

p

p X

B, Khi có xét tỉng trở cđa đường dây pha

Cách tính toán cịng tương tự, nhưng phai gộp tỉng trở đường dây với tỉng trở pha tải đĨ tính dòng điƯn pha và dây :

I d = I p = U d / ; trong đó R d , X d điƯn trở và

điƯn kháng đường dây.

) (

) (R d R p 2 X d X p 2

3

C B

4 GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA TẢI NỐI TAM GIÁC ĐỐI XỨNG.

A, KHI KHÔNG XÉT TỔNG TRỞ ĐƯỜNG DÂY ẸIỆN ÁP PHA TAỶI BẰNG ĐIỆN ÁP DÂY

U D = U P ; DÒNG ĐIỆN PHA TAỶI LÀ: I P = U P / Z P = U P/ /

B, Khi có xét tổng trở đường dây Trên hỡnh vẽ ta biến đổi tương đương tam giác thành hỡnh sao như sau:

Tổng trở mỗi pha lúc đấu tam giác

 = R p + jX p

Biến đổi sang hỡnh sao = /3= (Rp + jXp)/3

Dòng điện dây là: Id= Ud/

Dòng điện pha của tai khi nối tam giác Ip = Id/

Z

3

) 3 / (

) 3 / (R d R p 2  X d X p 2

3

A

I d A

4ư 6 Cỏch giai mạch điện ba pha taỷi nối hỡnh sao khụng đối xứng Khi taỷi ba pha khụng đối xứng ( A B  C ) thỡ dũng điện và điện ỏp trờn cỏc pha taỷi sẽ khụng đối xứng Lỳc đú ta coi một mạch điện như một mạch phức tạp cú nhiều nguồn sức điện động và giaỷi theo phương phỏp trỡnh bày ụỷ trờn.

Ta xột một số trường hợp sau:

Z

•Tải nối hình sao có dây trung tính tổng trở o

để giaỷi mạch điện trên, ta nên dùng phương pháp điện áp hai nút

ta có điện áp giửừa hai điểm trung tính O’ và O.

Z

C B

O’O = ( A A + B B + C C )/ ( A + B + C + o )

trong đó A = 1/ A ; B =1/ B ; C =1/ C ; o =1/ 0 là tổng dẫn phức các pha của taỷi và dây trung tính

Trường hợp nguồn đối xứng thi A = p ; B = p e ­j120 ; C = p e ­j240 thay vào công thức trên ta có:

O’O = p ( A + B e ­j120 + C e ­j240 )/ ( A + B + C + o ) Sau khi tính được O’O ta tính điện áp trên các pha taỷi :

Z Y

Z Y

•Khi tổng trở dây trung tính 0 = 0

Diểm trung tính của taỷi O’ trùng với điểm trung tính của nguồn

O và điện áp trên các pha của taỷi bằng điện áp pha tương ứng của nguồn Rỏ ràng là nhờ có dây trung tính điện áp pha trên taỷi vẫn đối xứng.

Tính dòng điện trong các pha, ta áp dụng định luật Ôm cho từng pha riêng rẽ:

4­ 7 CÁCH GIAI MẠCH ĐIỆN BA PHA TA NỐI HINH TAM

GIÁC KHÔNG ĐỐI XỨNG TRƯỜNG HỢP TAỶI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI HINH TAM

GIÁC, NGUỒN ĐIỆN CÓ ĐIỆN ÁP DÂY LÀ AB BC , CA NẾU KHÔNG XÉT TỔNG TRỞ CÁC DÂY DẪN PHA, ĐIỆN

ÁP ĐẶT LÊN CÁC PHA TAỶI LÀ ĐIỆN ÁP DÂY NGUỒN DO

ĐÓ TA TÍNH ĐƯỢC DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC PHA TAỶI

ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT KIẾCHỐP 1 TẠI CÁC NÚT TA CÓ DÒNG ĐIỆN DÂY: