Bài giảng Kỹ thuật điện B: Chương 3 - Mạch điện 3 pha

Bài giảng Kỹ thuật điện B: Chương 3 được biên soạn nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy. Nội dung bài giảng gồm: Khái niệm chung, nguồn 3 pha, tải 3 pha, công suất của mạch 3 pha, giải mạch 3 pha đối xứng,...Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƯƠNG MẠÏCH ĐIỆÄN XOAY CHIỀU BA PHA 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG Dòng điện xoay chieu Dong chiều pha đươc sử sư dụ dung ng rộng rai rãi công nghiệp : - Truyen Truyền tả taii điện nang bằ bang ng mach mạch điện pha tiế tiett kiệm dây dẫn, giảm bớt tổn thất điện tổn thất điện áp so vớ ap vơii truyen truyền tả taii bằ bang ng dò dong ng pha pha - Động điện pha có cấu tạo đơn giản đặc tính tốt động điện pha pha Mạch M điệän pha h b bao gồàm : nguồàn điệän pha, h đường dây truyền tải tải pha 3.2 NGUỒN PHA 1/ Cach Cách tạ tao o nguon nguồn điện pha Phan Phầ n quay (rotor) : nam châm điện N – S Phầ tónh (stator) m lõnigthé p quét qua dây Khin quay rotor, :từgồtrườ rotor xẻ rãnh,lam g cátchiệ rãnnh cac đặtc ba quấcó quan n stator, stator làtrong m xuat xuấ cá sức điện động cam sưc cảm ưng ứng moi quấ (pha A), BY phabộdâdâ y yquấ n n: eAX , e , e Cá c sức điện động có dạng hình (pha B) CZ A (phaBC);Ccó sin, biên độ, tần số, lệch góc 120° số vong so dây va lệch goc Nguồ ànvò3ngpha hday nà øy đượ đ c gọi lgóø cnguồàn pha h đố đ xứùng (hay (h cân 120° không gian bằng) 3.2 NGUỒN PHA 1/ Cach Cách tạ tao o nguon nguồn điện pha Neu Nế u chon chọn sứ sưcc điện động eA cua pha A co có goc góc pha ban đau đầu 0, ta coù : e A = E p sin ωt eB = E p sin (ωt − 120°) eC = E p sin i (ωt + 120°) 3.2 NGUỒN PHA 2/ Nguon Nguồn pha noi nối hình (Y) – Quan hệ giữ giưa a cá cacc đạ đaii lượng dây pha mạch đối xứng Ba điem điểm cuoi cuối X X, Y Y, Z nố noii vơi với thành điem điểm trung tính N (hay O) nguồn, ba điểm đầu gọi đầu pha, ta nguồn pha dây eA UAN, UBN, UCN : điện aùp pha nguoàn I I pA A dA IpB B IdB eC IpC C IdC eB N N UAB, UBC, UCA : điệän áp dây nguồ g n Vì nguồn pha đối xứng nên : U AN = U BN = U CN = U pn = E p U AB = U BC = U CA = U d 3.2 NGUỒN PHA 2/ Nguon Nguồn pha noi nối hình (Y) – Quan hệ giữ giưa a cá cacc đạ đaii lượng dây pha mạch đối xứng Với : eA IpA A IdA IpB B IdB eC IpC C IdC eB N N • • • • • • U AN = E A = U pn ∠0° U BN = E B = U pn ∠ − 120° U CN = E C = U pn ∠ + 120° Theo định nghóa điện áp dây ta có : • • • • • • • • • • • • • • • U AB = U AN + U NB = U AN − U BN U BC = U BN + U NC = U BN − U CN U CA = U CN + U NA = U CN − U AN 3.2 NGUỒN PHA 2/ Nguon Nguồn pha noi nối hình (Y) – Quan hệ giữ giưa a cá cacc đạ đaii lượng dây pha mạch đối xứng UCA UCN -UBN UAB • • • • • • • • • • • • • • • U AB = U AN + U NB = U AN − U BN U BC = U BN + U NC = U BN − U CN 30° U CA = U CN + U NA = U CN − U AN 30° -UAN UAN 30° -UCN UBN UBC Nhận xét : - Trị hiệu duï dung ng : U d = U pn - Điện áp dây nhanh pha điện áp pha tương ứng góc 30° • Tổng quát : • U d = U pn ∠30° - Doø D øng pha h = dò d øng dâ d ây 3.2 NGUỒN PHA 3/ Nguon Nguồn pha noi nối hình tam giá giacc ( Δ) – Quan hệ giữ giưa a cac đại lượng dây pha mạch đối xứng - Muon Muốn noi nối hình tam giac, giác ta lấ lay y đau đầu pha nố noii vơi với cuoi cuối pha Ví dụ : A nối với Z, B nối với X, C nối với Y Cách nối dây trung tính - Nguồn pha nối tam giác sử dụng thực tế cho cấp điện áp điện áp dây, điện áp pha Ta có : Ud = Upn p dụng ĐK1 cho nút A, B C • B, • • I dA = I pA − I pC • • • I dB = I pB − I pA • • • I dC = I pC − I pB 3.2 NGUỒN PHA 3/ Nguon Nguồn pha noi nối hình tam giá giacc ( Δ) – Quan hệ giữ giưa a cac đại lượng dây pha mạch đối xứng Khi mạ mach ch đoi đối xưng, xứng, dong dòng pha va dong dòng day dây cung đoi đối xưng xứng • • • • • • I dA = I pA − I pC I dB = I pB − I pA • • • I dC = I pC − I pB Suy : - Về trịị hiệäu dung ï g : Id = I p - Veà góc pha : dòng điện dây chậm sau dong dòng điện pha tương ứng góc 30° • • Tổng quaùt : I d = I pn ∠ − 30° 3.3 TẢI PHA Một tả taii ba pha thự thưcc chấ chatt bao gom gồm tai tải moät pha : - Khi : Z a = Z b = Z c = Z p = R p + jX p ta có tải pha cân (hay đoi đối xưng) xứng) - Điện áp đặt lên pha tải gọi điện áp pha tải : Upa, Upb, Upc - Dong Dòng điện chay chạy qua moi pha tai tải gọ goii la dong dòng điện pha: Ipa, Ipb, Ipc 3.3 TẢI PHA 1/ Tai Tải ba pha noi nối hình Y a) Cách nối Ba điem điểm cuoi cuối x, x y, y z noi nối vơi với tạ tao o thành điem điểm trung tính tai tải n nối với điểm trung tính nguồn N Ba đau đầu a, a b, b c đượ đươcc noi nối vao vào đau đầu pha cua nguon nguồn A, A B, B C C 3.3 TẢI PHA 1/ Tai Tải ba pha noi nối hình Y b) Các quan hệ đại lượng dây pha cách nối Y đối xưng đoi xứng - Quan hệ dòng điện dây pha : Id = Ipt - Quan hệ điện áp dây điện aùp pha : • • • • • • • • • U abb =U an −U bn b Uca Ucn U bc = U bn − U cn U ca = U cn − U an -Uan Suy : + Trị hiệu dụ dung ng : U dt = 3U pt + Điện áp dây nhanh điện aùp pha 300 Ubn • -Ubn Uab 30° 30° Uan 30° -Ucn • U dt = U pt ∠30° Ubc 3.3 TẢI PHA 2/ Tai Tải ba pha noi nối hình Δ a) Cách nối Nối tuầ Noi tuan n tự tư đau đầu đau đầu cua pha vơi với đau đầu cuố cuoii củ cuaa pha : a noái y; b noái z; c nối x (hoặc a nối z; c nối y; b nối x) Cách nối điểm trung g tính tải 3.3 TẢI PHA 2/ Tai Tải ba pha noi nối hình Δ b) Quan hệ đại lượng dây pha đối xứng : - Điệ Đi än áùp pha h bằ b èng điệän áùp d dâây : Udt = Upt - p dụng định luật Kirrchoff nút a, b, c ta có quan hệ dòng day dong dây va pha : + Trị hiệu dụng : I d = I pt + Cac C ù dong d ø day d â chaä h äm pha h hơ cacù dong d ø pha h tương tươ ưng ứ 30° • • I d = I pt ∠ − 30° 3.4 CÔNG SUẤT CỦA MẠCH PHA 1/ Cong Công suat suất tac tác dụ dung ng P : Công suất tác dụng P mạch pha tổng công suất tác dung dụ ng cua cac pha : P = Pa + Pb + Pc = UpaIpacosϕa + UpbIpbcosϕb + UpcIpccosϕc Khi mạ mach ch pha đoi đối xưng xứng : - Điện áp pha : Upa = Upb = Upc = Up - Dong Dòng điện pha : Ipa = Ipb = Ipc = Ip - Goùc pha : cosϕa = cosϕb = cosϕc = cosϕ Ta co coù : P = 3UpIpcosϕ Hoặc : (Rp : điện trơ trở pha) P = R p I 2p 3.4 CÔNG SUẤT CỦA MẠCH PHA 1/ Cong Công suat suất tac tác dụ dung ng P : Thay đai đại lương lượng pha bằ bang ng đạ đaii lượ lương ng day dây : - Đối với cách nối hình Y : I =I ; p - Đối với cách nối Δ : Ip = d Id ; Up = Ud U p = Ud Ta coù công suất tác dụng pha viết theo đại lượng dây áp dung dụ ng cho ca trương trường hơp hợp va tam giac giác đố đoii xứ xưng ng : P = U d I d cos ϕ ϕ góc lệch pha điện áp pha dòng pha tương g ứng g 3.4 CÔNG SUẤT CỦA MẠCH PHA 2/ Cong Công suat suất phan phản khang kháng Q : Q = Qa + Qb + Qc = UpaIpasinϕa + UpbIpbsinϕb + UpcIpcsinϕc Khi mạch đối xứng, ta có : Q = 3UpIpsinϕ H ëc : Hoaë Q = X p I 2p Hoaëc : Q = U d I d sin ϕ (Xp : điệ än khang kh ù pha) h ) 3.4 CÔNG SUẤT CỦA MẠCH PHA 3/ Cong Công suat suất bieu biểu kien kiến S Công suất biểu kiến mạch pha đối xứng : S = 3U p I p = U d I d = P + Q 3.5 GIẢI MẠCH PHA ĐỐI XỨNG Đoii vơi Đố với mạ mach ch pha đoi đối xưng, xứng dong dòng điện va điện ap áp cua cac pha có trị hiệu dụng lệch góc 120° Vì vậy, ta cần tính cho mộät p pha tiêu biểu suyy p pha lạïi 1/ Mạch pha tải nối hình Y đối xứng • • • • I N = I dA + I dB + I dC = • U nN = ( n ≡ N ) Dựa vao Dưa vào mạ mach ch điện ta thay thấy cac dong dòng dây (bằng dòng pha) trị hiệu dụng lệch góc 120°, dù đường dây có hay tổng trở dòng đường dây trung g tính Hay y điệän áp trung tính tải n trung tính nguồn N Điều tương đương vơi với n trung trùng vơi với N hay trung tính tải trung tính nguồn Vì tải ba pha đối xứng nối hình Y, người ta thường không cầàn nốái dây trung tính 3.5 GIẢI MẠCH PHA ĐỐI XỨNG 1/ Mạ Mach ch pha tai tải noi nối hình Y đoi đối xưng xứng a) Khi không xét tổng trở đường dây : Zd = A ≡ a; B ≡ b; C ≡ c N≡n Upt = Upn Dòng dây = dòng p pha : Trị hiệu dụng : I d = I p = Số phức : • • I dA = I pa • U pn Zp ( = Ud R 2p + X 2p • U an U AN = = = Z p Z p∠ϕ ) U pn ∠0° ⎛ Xp ⎞ ⎟ R + X ∠arctg⎜⎜ ⎟ R p ⎝ ⎠ p p 3.5 GIẢI MẠCH PHA ĐỐI XỨNG 1/ Mạ Mach ch pha tai tải noi nối hình Y đoi đối xưng xứng b) Khi có xét tổng trở đường dây : Zd ≠ A≠ a;; B ≠ b;; C ≠ c N≡n Upt ≠ Upn Dòng pha tải • • • I dA = I pa • U AN = Z p + Zd • Điện áp pha tải U an = I pa Z p • • I d = I pt = U pn = U dn / ( R p + Rd ) + ( X p + X d ) U pt = I pt Z p Đi än áùp dâ Điệ d ây tả t ûi U ab = 33U U an ∠30° U dt = U pt 2 3.5 GIẢI MẠCH PHA ĐỐI XỨNG 2/ Mạ Mach ch pha tai tải noi nối hình tam giac giác đoi đối xưng xứng a) Khi không xét tổng trở đường dây : Zd = Id A Udn a A ≡ a;; B ≡ b;; C ≡ c Ipt Udt= Upt Rp Upt = Udn Xp B c b C Trò hiệu dụ dung ng - Dòng pha tải : I pt = - Dòng dây : U dn R p2 + X p2 I d = I pt Soá phưc So phức • • U AB = Zp • • I ab I dA = I ab ∠ − 30° 3.5 GIẢI MẠCH PHA ĐỐI XỨNG 2/ Mạ Mach ch pha tai tải noi nối hình tam giac giác đoi đối xưng xứng b) Khi có xét tổng trở đường dây : Z d = Rd + jX d Rd A Udn Xd Id a Tổng trở pha lúc nối tam g giác : Ipt Rp Upt= Udt Z p = R p + jX p Xp B C b c Biến đổi tải thành hình : Xp Z p Rp ZY = = +j 3 3.5 GIẢI MẠCH PHA ĐỐI XỨNG 2/ Mạ Mach ch pha tai tải noi nối hình tam giac giác đoi đối xưng xứng b) Khi có xét tổng trở đường dây : Z d = Rd + jX d AA XX RR d d d d Udn Udn IdId a Rp/3 a Xp/3 Udt Upt= Udt b X p BB Id = Ipt Rp c U dn / Rp ⎞ ⎛ Xp ⎞ ⎛ ⎜ Rd + ⎟ + ⎜ Xd + ⎟ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ Z p = R p + jX p n ≡N b c CC Tổng trở pha lúc nối tam g giác : Biến đổi tải thành hình : Xp Z p Rp ZY = = +j 3 • I dA • U An = Zp Zd + 3.5 GIẢI MẠCH PHA ĐỐI XỨNG 2/ Mạ Mach ch pha tai tải noi nối hình tam giac giác đoi đối xưng xứng b) Khi có xét tổng trở đường dây : Z d = Rd + jX d Trở lạ Trơ laii tai tải noi nối tam giac giác ban đau đầu Xd Rd Id A Udn a Ipt Rp Upt= Udt Xp B C Dòng pha tải nối Δ : Điện áp pha taûi : c b Id I pt = U pt = I pt Z p • • I ab • I dA = 3.∠ − 30° • U ab = I ab Z p ... : - Trị hiệu dụ dung ng : U d = U pn - Điện áp dây nhanh pha điện áp pha tương ứng góc 30 ° • Tổng quát : • U d = U pn ? ?30 ° - Dò D øng pha h = dò d øng dâ d ây 3. 2 NGUỒN PHA 3/ Nguon Nguồn pha. .. bớt tổn thất điện tổn thất điện áp so vớ ap vơii truyen truyền tả taii bằ bang ng dò dong ng pha pha - Động điện pha có cấu tạo đơn giản đặc tính tốt động điện pha pha Mạch M điệän pha h b bao... pB Suy : - Về trịị hieääu dung ï g : Id = I p - Về góc pha : dòng điện dây chậm sau dong dòng điện pha tương ứng góc 30 ° • • Tổng quát : I d = I pn ∠ − 30 ° 3. 3 TẢI PHA Một tả taii ba pha thự thưcc