Bài giảng Mạch điện ba pha cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm, mạch ba pha đối xứng và không đối xứng tải tĩnh, tính và đo công suất mạch điện ba pha, mạch ba pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng, phân tích mạch ba pha không đối xứng bằng phương pháp thành phần đối xứng.
CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Chương 8: Mạch điện ba pha I Khái niệm II Mạch ba pha đối xứng khơng đối xứng tải tĩnh III Tính đo công suất mạch điện ba pha IV Mạch ba pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng V Phân tích mạch ba pha khơng đối xứng phương pháp thành phần đối xứng CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha I.1 Định nghĩa Mạch điện ba pha mạch điện làm việc với nguồn kích thích ba pha Nguồn điện ba pha gồm nguồn điện pha có: V eA (t ) Cùng biên độ hiệu dụng eB (t ) eC (t ) Cùng tần số t Pha ban đầu lệch 120 theo thứ tự E A E (V ) eA (t ) Em sin t (V ) 0 eB (t ) Em sin(t 120 )(V ) E B E 120 (V ) e ( t ) E sin( t 120 )( V ) m C E C E 1200 (V ) Nhận xét: Tại thời điểm, tổng suất điện động dây quấn triệt tiêu eA (t ) eB (t ) eC (t ) EA EC 1200 120 EB EA EB EC Thứ tự pha: Pha B chậm pha A góc 1200; pha C sớm pha A góc 1200 CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha I.2 Cách tạo nguồn điện ba pha Để tạo nguồn điện ba pha, người ta thường dùng máy phát điện xoay chiều đồng ba pha đối xứng Cấu tạo máy phát điện đồng ba pha đối xứng: Stator: Có dạng hình trụ, gắn thân máy, đặt cuộn dây AX, BY, CZ giống lệch góc khơng gian 1200 Rotor: Có dạng hình trụ tròn, đặt stator, quay quanh trục Trục rotor gắn với tuốc bin Hoạt động máy phát điện đồng ba pha đối xứng: Rotor từ hóa dòng điện chiều lấy từ nguồn kích thích bên ngồi, trở thành nam châm điện Rotor quay (do tác động bên nước, thủy điện, động kéo …) với vận tốc ω Từ trường nam châm rotor quét qua dây quấn stator tạo suất điện động cảm ứng xoay chiều hình sin cuộn dây AX, BY, CZ CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha I.3 Động không đồng ba pha a Từ trường quay Xét cuộn dây stator cấp hệ thống dòng điện pha đối xứng iA (t ) I m cos t iB (t ) I m cos(t 120 ) iC (t ) I m cos(t 240 ) C Y C A X Z Y Y C A X B B X A Z Z Im I T Tại t iB I m ; iA iC m Im 2T t i I ; i i C m A B Tại Tại t iA I m ; iB iC CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 B Quy ước: Dòng điện dương dòng khỏi đầu cuộn dây, vào cuối cuộn dây áp dụng quy tắc vặn nút chai Từ trường máy điện từ trường quay https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha I.3 Động không đồng ba pha b Động không đồng ba pha Cấu tạo: Stator: Gồm cuộn dây có tác dụng tạo từ trường quay Rotor: Có cấu tạo kiểu lồng sóc đoản mạch Các dẫn lắp xiên so với đường sinh lồng sóc Nguyên lý hoạt động: Từ trường quay cuộn dây stator tạo cắt dẫn dây quấn rotor làm sinh suất điện động cảm ứng Dây quấn rotor nối ngắn mạch nên suất điện động cảm ứng sinh dòng điện cảm ứng dẫn Lực tác dụng tương hỗ dòng dẫn với từ trường quay làm rotor quay chiều với chiều quay từ trường CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha I.4 Cách đấu dây mạch ba pha Mỗi dây quấn stator có cực đầu cực cuối (cực đầu cực chiều dương dòng điện ra, cực lại cực cuối) Có cách đấu dây nguồn điện ba pha: Nối hình Y: Nối cực cuối X, Y, Z chụm lại điểm O, gọi điểm trung tính nguồn A Pha A eA (t ) X≡Y≡Z≡O C eC (t ) Dây trung tính eB (t ) B Sơ đồ tương đương O eA (t ) Pha A eB (t ) Pha B eC (t ) Pha C Pha B Dây trung tính Pha C Sơ đồ pha - dây Mạng pha - dây với tải nối hình thường dùng cung cấp điện mạng điện sinh hoạt CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha I.4 Cách đấu dây mạch ba pha Nối hình tam giác Δ: Nối đầu dây cuộn trước với điểm cuối cuộn sau A≡Z eC (t ) Pha A Pha A Sơ đồ tương đương eA (t ) eB (t ) eC (t ) eA (t ) eB (t ) C≡Y B≡X Pha B Pha B Pha C Pha C Sơ đồ pha - dây Mạng pha - dây với tải nối hình thường dùng để cung cấp điện cho mạng điện công nghiệp, phục vụ nhu cầu sản xuất, với tải động pha CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha I.4 Cách đấu dây mạch ba pha Các tải mạng điện pha đấu nối theo cách: Hình Y hình tam giác Δ Pha A ZA ZA ZB Trung tính tải O’ ZC Pha A ZB ZC Pha B Pha C Sơ đồ hình Y - pha - dây Pha B Pha C Sơ đồ hình Δ - pha - dây Cách đấu dây nguồn tải không phụ thuộc vào khác eA (t ) Zd eB (t ) Zd eC (t ) Zd O Zd Tải nối Y CuuDuongThanCong.com pha - dây Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 Tải nối Y pha - dây Tải nối Δ https://fb.com/tailieudientucntt pha - dây CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Chương 8: Mạch điện ba pha I Khái niệm II Mạch ba pha đối xứng không đối xứng tải tĩnh II.1 Khái niệm mạch ba pha đối xứng II.2 Đặc điểm mạch ba pha đối xứng II.3 Cách phân tích mạch ba pha đối xứng II.4 Mạch ba pha không đối xứng tải tĩnh III Tính đo cơng suất mạch điện ba pha IV Mạch ba pha có tải động - Phương pháp thành phần đối xứng V Phân tích mạch ba pha khơng đối xứng phương pháp thành phần đối xứng CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt Chương 8: Mạch điện ba pha II.1 Khái niệm mạch ba pha đối xứng Mỗi phận mạch ba pha gồm ba phần hợp lại; phần hợp thành hệ thống ba pha gọi pha mạch điện Ví dụ: Máy phát điện có dây quấn, đường dây truyền tải có dây, tải ba gồm tải pha hợp thành Mạch điện ba pha đối xứng mạch điện ba pha có nguồn đối xứng tải đối xứng, đó: Nguồn ba pha đối xứng nguồn có: Tải ba pha đối xứng tải có Biên độ Biên độ Tần số Pha Pha ban đầu lệch 1200, theo thứ tự pha Khái niệm đại lượng pha dây Các dòng điện chảy dây dẫn từ nguồn đến tải điện áp dây gọi dòng điện dây điện áp dây Ký hiệu: Id, Ud Dòng điện điện áp pha nguồn tải gọi dòng điện pha điện áp pha Ký hiệu: If, Uf CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 10 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn không đối xứng Giả sử nguồn pha có suất điện động khơng đối Nguồn Tải A Z1ng xứng đặt lên tải hình bên Cần tìm dòng điện xác lập pha tải Ta phân tích hệ suất điện động khơng đối xứng thành thành phần đối xứng thuận, nghịch không Z1t B Z2ng Z2t C Z0ng Z0t ZN U A1 (U A a.U B a U C ) U ( U a U a U A B C) A2 U A0 (U A U B U C ) E A1 E A E A0 A E B1 E B E B E C1 E C E C Thay nguồn suất điện động vào sơ đồ áp dụng B C tính chất xếp chồng ta tách thành tốn đối xứng, tốn có thành phần đối xứng suất ZN điện động CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 27 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng I A1 Bài tốn 1: Nguồn tác dụng hệ suất điện động thứ tự thuận Z1ng Z1t E A1 E A1 , E B1 , E C1 Khi mạch điện hồn tồn đối xứng Cách giải giống hồn tồn tốn mạch điện ba pha đối Sơ đồ thứ tự thuận xứng: Dùng sơ đồ tách riêng pha A, ta có: I A1 E A1 Z1ng Z1t Bài toán 2: I A2 Nguồn tác dụng hệ suất điện động thứ tự ngược Z2ng E A2 E A2 , E B , E C Tương tự trên, ta có sơ đồ tính tốn cho mạch ba pha đối xứng xét riêng pha A I A2 CuuDuongThanCong.com Z2t Sơ đồ thứ tự ngược E A2 Z ng Z 2t Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 28 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Bài tốn 3: Nguồn tác dụng hệ suất điện động thứ tự không Z0ng E A0 , E B , E C , tổng trở tải Z0t tổng nguồn Z0ng đối Z0ng xứng Z0ng Z0t E A0 Z0t E B0 Z0t EC0 ZN Lúc mạch điện có dây trung tính, dòng điện dây trung tính lần dòng điện thứ tự không Xét riêng pha A ta có: I A0 Z ng E A0 Z 0t 3.Z N Z0ng I A0 Z0t E A0 3ZN Sơ đồ thứ tự không Chú ý: Với sơ đồ thứ tự không, khơng có dây trung tính, dòng điện pha không CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 29 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Sau tính thành phần dòng điện hệ thống ba pha thuận, nghịch, không tác dụng riêng rẽ, áp dụng công thức tổng hợp, ta tính dòng điện pha: I A I A1 I A2 I A0 I B a I A1 a I A I A0 I C a I A1 a I A I A0 Các bước giải tốn mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng: Phân tích nguồn đối xứng thành tổng thành phần thuận, nghịch, không Lập tính giá trị dòng áp cần thiết sơ đồ thuận, nghịch, không (Sơ đồ thuận nghịch có kết cấu giống nhau; sơ đồ thứ tự khơng có thêm tổng trở dây trung tính với giá trị tăng gấp lần) Áp dụng công thức tổng hợp để tính tốn giá trị dòng, áp cần tìm CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 30 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Nguồn Ví dụ: Tính dòng điện pha mạch pha không đối Z1ng xứng hình bên, biết: Z2ng E A 6500(V ); E B 6800 1350 (V ); E C 6300 1300 (V ) Z1ng Z2ng j.14(); Z0ng j.1(); Z N j.10(); Z1t 40 j.45(); Z2t j.8(); Z0t j.3(); A Z0t ZN E A1 E A E A0 A E B1 E B E B CuuDuongThanCong.com Z2t C Z0ng thành phần thứ tự thuận nghịch không Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 Z1t B Giải: Phân tích hệ thống suất điện động không đối xứng thành E A1 ( E A a E B a E C ) 6420 20 (V ) E A2 ( E A a E B a E C ) 800 13,500 (V ) E A0 ( E A E B E C ) 783(V ) Tải B E C1 E C E C C ZN https://fb.com/tailieudientucntt 31 Chương 8: Mạch điện ba pha V.1 Mạch ba pha có nguồn khơng đối xứng Xét sơ đồ thuận: Z1ng Xét sơ đồ ngược: I A1 Z1t E A1 Z0ng I A0 Z0t 3ZN Sơ đồ thứ tự không E A2 40.5 710 ( A) Z ng Z 2t I A I A1 I A2 I A0 111 56, 200 ( A) I B a I A1 a I A2 I A0 81, 141,500 ( A) I A0 I A2 Áp dụng công thức tổng hợp ta có: E A0 E A1 90, 57,500 ( A) Z1ng Z1t Xét sơ đồ không: Z2t Sơ đồ thứ tự ngược I A1 I A2 E A2 Sơ đồ thứ tự thuận Z2ng Z ng E A0 23 900 ( A) Z 0t 3.Z N CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 I C a I A1 a I A2 I A0 11182, 450 ( A) https://fb.com/tailieudientucntt 32 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, đứt dây mạch ba pha Khi mạch ba pha đối xứng bị cố (sự cố đứt dây, ngắn mạch …), phần mạch nơi cố không đối xứng Điện áp phần mạch cố lập thành hệ điện áp không đối xứng Phương pháp xét toán mạch điện ba pha cố: Phân tích thành phần điện áp khơng đối xứng vị trí cố thành thành phần đối xứng thuận, nghịch, không Áp dụng phương pháp xét mạch ba pha đối xứng Có loại cố mạch ba pha: Sự cố dọc đường dây: Ví dụ: Sự cố đứt dây pha, đứt dây pha … Làm thay đổi tổng trở pha đường dây Thay vị trí cố hệ thống dòng, áp mắc nối tiếp vào đường dây Sự cố ngang đường dây: Ví dụ: Sự cố ngắn mạch pha, chạm đất pha … Làm thay đổi tổng trở cách điện pha đường dây với với đất Thay vị trí cố hệ thống dòng, áp mắc song song vào đường dây CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 33 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, đứt dây mạch ba pha a Sự cố đứt dây pha Z fa A Hiện tượng: Tổng trở vị trí cố: Z fa B Z fa C U A Điện áp ví trí cố: U B U C Phương trình cố: CuuDuongThanCong.com IA 0 U B U C Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 A UA B UB A’ B’ C UC C’ A A’ B B’ C C’ I A1 I A2 I A0 a U A1 a.U A2 U A0 a.U A1 a U A1 U A0 https://fb.com/tailieudientucntt 34 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, đứt dây mạch ba pha a Sự cố đứt dây pha Ví dụ: Cho mạch điện pha đơn giản, cho đường dây bị đứt pha A làm thành phận khơng đối xứng biểu diễn hình chữ nhật Tìm dòng áp mạch Phần mạch cố Nguồn Z1ng Z2ng Đường dây A A’ Z1d, Z2d, Z0d B B’ C C’ Z0ng ZN Tải đối xứng Z1t Z2t Z0t Tải đối xứng Z Trừ phần cố ra, mạch điện lại hồn tồn đối xứng Muốn đưa toán đối xứng cần thay hệ thống điện áp không đối xứng phần cố thành phần đối xứng thuận, nghịch, không CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 35 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, đứt dây mạch ba pha a Sự cố đứt dây pha Ví dụ: Nguồn Tải đối xứng Z1ng Z2ng Đường dây A A’ Z1d, Z2d, Z0d B B’ C C’ Z0ng E A1 U A1 Z2ng I A1 U A2 Z2d Z Z0t Z Z1d Z2t Tải đối xứng ZN Z1ng Z1t Z0ng Z1t Sơ đồ thứ tự thuận CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 Z I A2 Sơ đồ thứ tự ngược U A0 Z0d Z2t 3ZN I A0 Z0t Sơ đồ thứ tự không Thứ tự không chạy mạch có dây trung tính https://fb.com/tailieudientucntt 36 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, đứt dây mạch ba pha a Sự cố đứt dây pha Ví dụ: Sơ đồ thứ tự thuận: Sơ đồ thứ tự ngược: Z1ng Z1d I A1 Z E A1 Z2ng U A1 I A1 Z1d E td I A2 Z Z1t Z2d U A2 I A2 Ztd2 Z2t Ztd1 Z2d U A2 I A2 ( Ztd Z2 d Z2t ) U A2 Z2t Ztd U A1Z Z ng Z Z Z ng 1t Sơ đồ thứ tự không: Z1ng Z E A1 Z E td ; Ztd Z Z1ng Z Z1ng U A1 I A1 (Ztd Z1d Z1t ) E td CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 Z0ng I A0 3ZN Z0d U A0 Z0t U A0 I A0 (3.Z N Z0 ng Z0 d Z0t ) https://fb.com/tailieudientucntt 37 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, đứt dây mạch ba pha a Sự cố đứt dây pha Ví dụ: Vậy có phương trình = phương trình cố + phương trình lập từ sơ đồ thuận, nghịch, không U A1 I A1 ( Z td Z1d Z1t ) E td U A I A ( Z td Z d Z 2t ) U A0 I A0 (3.Z N Z ng Z d Z 0t ) I A1 I A I A0 a U A1 a.U A U A0 a.U A1 a U A U A0 Giải phương trình ta tìm được: I A1 , I A2 , I A0 ,U A1 ,U A2 ,U A0 Thay U A1 ,U A2 ,U A0 vào sơ đồ thuận, nghịch, không tìm dòng áp thứ tự thuận, nghịch, khơng nhánh mạch Để tìm dòng áp nhánh mạch điện, tao dùng công thức tổng hợp: U A U A1 U A U A0 I B a I A1 a I A I A0 CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 I C https://fb.com/tailieudientucntt a I A1 a I A I A0 38 Chương 8: Mạch điện ba pha V.2 Các cố ngắn mạch, đứt dây mạch ba pha b Sự cố đứt dây pha A UA B UB A’ A’ A d Sự cố ngắn mạch pha B’ B’ B UC C’ C’ C B’ B C A’ A UA M I A ; IB ; UC c Sự cố chạm đất pha A A’ A A’ B C B’ C’ B C B’ C’ UA UB Z C U C C’ A A’ B C B’ C’ UC UB IA ; UB ; UC I A ; I B ; U C Z I C CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 39 Chương 8: Mạch điện ba pha V.3 Các điều hòa cao dòng - áp mạch ba pha Có nhiều ngun nhân sinh điều hòa cao suất điện động dòng ba pha: Máy phát điện chế tạo khơng hồn hảo sinh suất điện động không sin … Phân tích suất điện động thành chuỗi Furie, ngồi sóng có tần số ω, chứa nhiều sóng bậc cao có tần số 3ω, 5ω, 7ω … Do máy phát điện có cấu tạo đối xứng, nên suất điện động pha hoàn toàn giống nhau, lệch thời gian 1/3 chu kỳ nên: ekA (t ) Ek 2.sin k..t T 2. ekB (t ) Ek 2.sin k.(t ) Ek 2.sin( k..t k ) 3 CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 40 Chương 8: Mạch điện ba pha V.3 Các điều hòa cao dòng - áp mạch ba pha ekA (t ) Ek 2.sin k..t Nhận xét: T 2. ekB (t ) Ek 2.sin k.(t ) Ek 2.sin( k..t k ) 3 Các sóng điều hòa có k = 3n φk = n.2.π tạo thành hệ thống thứ tự không Các sóng điều hòa có k = 3n + φk = n.2.π + 2.π/3 tạo thành hệ thống thứ tự thuận Các sóng điều hòa có k = 3n + φk = n.2.π + 4.π/3 tạo thành hệ thống thứ tự ngược Suy ra: Dòng điện dây trung tính chứa sóng điều hòa bậc 3.n dòng pha I N I32 I92 I152 Điện áp pha bao gồm tất sóng điều hòa: U f U12 U32 U52 U 72 U92 Điện áp dây không chứa thành phần thứ tự không (3n) U d U12 U 52 U 72 U112 CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 41 ... pha - phần tử ^ P3 fa Ptai PE1 PE2 Re{U AC I A} Re{U BC I B } CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 18 CƠ SỞ KỸ THUẬT... thành phần thứ tự khơng CuuDuongThanCong.com Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 https://fb.com/tailieudientucntt 25 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Chương 8: Mạch điện ba pha I Khái niệm II Mạch ba... CuuDuongThanCong.com pha - dây Cơ sở kỹ thuật điện - Nguyễn Việt Sơn - 2010 Tải nối Y pha - dây Tải nối Δ https://fb.com/tailieudientucntt pha - dây CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Chương 8: Mạch điện ba pha I Khái niệm II