Giáo trình Điện kỹ thuật cung cấp cho người học các kiến thức: Mạch điện một chiều; Điện từ và cảm ứng điện từ; Dòng điện xoay chiều hình sin một pha; Mạch điện xoay chiều ba pha. Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ:CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCGNB ngày…….tháng….năm 2019 củaHiệu trưởngTrường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình Ninh Bình, năm 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên 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 Cùng với công đổi cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, kỹ thuật lạnh phát triển mạnh mẽ Việt Nam Tủ lạnh, máy lạnh thương nghiệp, công nghiệp, điều hòa nhiệt độ trở nên quen thuộc đời sống sản xuất Các hệ thống máy lạnh điều hịa khơng khí phục vụ đời sống sản xuất như: chế biến, bảo quản thực phẩm, bia, rượu, in ấn, điện tử, thông tin, y tế, thể dục thể thao, du lịch phát huy tác dụng thúc đẩy mạnh mẽ kinh tế, đời sống lên Cùng với phát triển kỹ thuật lạnh, việc đào tạo phát triển đội ngũ kỹ thuật viên lành nghề Đảng, Nhà nước, Nhà trường cơng dân quan tâm sâu sắc để làm chủ máy móc, trang thiết bị nghề Được quan tâm sâu sắc Đảng, Nhà nước đặc biệt Cơ quan chuyên môn Tổng cục dạy nghề - Bộ lao động, Thương binh Xã hội giáo trình nghề Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí biên soạn sở Chương trình dạy nghề áp dụng cho trường đạt chuẩn quốc gia nghề Nghề Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí chuyên ngành ngành điện Kỹ thuật điện mơn học sở chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Việc học tập tốt mơn học giúp học sinh, sinh viên có điều kiện để tiếp thu nội dung kiến thức, kỹ chuyên môn phần điện nghề Giáo trình mơn học gồm chương với thời lượng 75 tiết Giáo trình gồm chương bao gồm: Chương 1: Mạch điện chiều Chương 2: Điện từ cảm ứng điện từ Chương 3: Dịng điện xoay chiều hình sin pha Chương 4: Mạch điện xoay chiều ba pha Giáo trình đề cập tới kiến thức nhất, để học sinh sinh viên hiểu tượng điện, từ xảy phần tử mạch điện giải toán phạm vi nghề mạch điện Mặc dù cố gắng, thời gian kiến thức cịn hạn chế nên giáo trình khơng thể tránh khỏi sai sót, mong góp ý đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Ninh Bình, ngày… tháng… năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên: Lê Thị Kim MỤC LỤC Lời giới thiệu CHƯƠNG I: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Khái niệm chung dòng điện mạch điện 1.2 Dòng điện - mạch điện 1.3 Dòng điện môi trường 12 1.4 Định luật ôm 17 1.5 Công suất lượng điện 26 1.6 Biến đổi điện thành nhiệt 29 Tóm tắt chương 31 Bài tậpchương 32 CHƯƠNG 2: ĐIỆN TỪ VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 35 2.1 Điện từ 35 2.2 Cảm ứng điện từ 43 Tóm tắt chương 54 CHƯƠNG 3: DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN MỘT PHA 3.1 Khái niệm 3.2 Các đại lượng đặc trưng cho dịng điện xoay chiều hình sin 3.3 Mạch điện xoay chiều trở - cảm - dung 3.4 Mạch điện xoay chiều r,l,c mắc nối tiếp 3.5.Cộng hưởng điện áp 3.6.Ý nghĩa - cách nâng cao hệ số cơng suất Tóm tắt chương Bài tập chương CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 4.1.Khái niệm mạch điện xoay chiều ba pha 4.2 Mắc nguồn điện theo hình 4.3.Mắc phụ tải theo hình 4.4 Mắc phụ tải ba pha theo hình tam giác 4.5 Cơng suất mạch ba pha Tóm tắt chương Bài tập chương 55 55 57 61 69 75 77 80 81 84 84 86 87 89 90 92 92 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên môn học: ĐIỆN KỸ THUẬT Mã môn học: MH10 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí mơn học: Là mơn học sở cung cấp cho học sinh, sinh viên kiến thức điện để tiếp thu nội dung kiến thức chuyên môn phần điện môn học chuyên môn chuyên ngành Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí; Mơn học giảng dạy học kỳ I khóa học với môn Vẽ kỹ thuật, Cơ kỹ thuật…và học trước môn chuyên nghành Điện kỹ thuật môn học sở chương trình đào tạo trình độ Trung cấp nghề Cao đẳng nghề điện Việc học tập tốt môn học giúp học sinh, sinh viên có điều kiện để tiếp thu nội dung kiến thức, kỹ chuyên môn phần điện nghề - Tính chất mơn học: Là mơn học kỹ thuật sở bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học: giúp cho sinh viên có kiến thức kỹ thuật điện, góp phần vào học môn chuyên môn tốt hơn, nâng cao hiệu học tập Mục tiêu môn học/mô đun: - Về kiến thức: Trình bày kiến thức từ trường, điện trường kiến thức mạch điện chiều, xoay chiều kiến thức máy điện - Về kỹ năng: Phân tích từ trường dòng xoay chiều pha, pha, làm tảng để tiếp thu kiến thức chuyên môn phần điện; Phân tích nguyên lý làm việc máy điện biết vận dụng kiến thức để giải tập liên quan - Về lực tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện khả tư logic điện, nắm kiến thức làm tảng cho phần học thực hành sau Nội dung môn học: CHƯƠNG I: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Mã chương: MH10 – 01 Giới thiệu: Mạch điện chiều ứng dụng thực tế không nhiều; chủ yếu thiết bị điện di động có cơng suất nhỏ Song nghiên cứu kỹ mạch điện làm sở tư cho mạch điện xoạy chiều ứng dụng phổ biến sản xuất đời sống Mục tiêu: Học xong chương người học có khả năng: - Trình bày khái niệm chung dòng điện mạch điện, hiểu chất dịng điện mơi trường; - Trình bày định luật ơm định luật Jun-Len Xơ, biết vận dụng định luật để giải tập liên quan; - Rèn luyện tính cẩn thận xác Tuân thủ quy định, quy phạm kỹ thuật điện Nội dung chính: 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ DÒNG ĐIỆN VÀ MẠCH ĐIỆN 1.1.1 Khái niệm chung điện tích điện trường a Điện tích điện trường Tất vật cấu tạo nguyên tử Mỗi nguyên tử gồm hạt nhân tích điện dương điện tích âm quay quanh hạt nhân Khi điện tử quay quanh hạt nhân trạng thái liên kết Điện tử thoát khỏi hạt nhân để trở thành điện tử tự do, chuyển động hỗn loạn phân tử nguyên tử Bình thường nguyên tử trung hoà điện Khi bớt điện tử chúng trở thành ion dương Ngược lại nguyên tử nhận thêm điện tử để trở thành điện tích âm gọi ion âm Điện tử, ion dương, ion âm gọi chung điện tích Các vật thể bình thường trung hồ điện điện tích dương điện tích âm phân bố vật thể Do đặc tính điện vật thể khơng thể Nếu dùng tác nhân đó, chẳng hạn dùng phương pháp ma sát để truyền thêm hay làm bớt số điện tử vật thể tính trung hồ trở thành vật tích điện Lượng điện tích mà vật thể nhận thêm hay bớt để trở thành vật tích điện gọi điện lượng, hay cịn gọi điện tích, ký hiệu q Q Đơn vị điện tích Cu lơng (ký hiệu C) Đặc tính điện tích tác dụng lực lên điện tích khác Mỗi điện tích hút điện tích khác dấu, đẩy điện tích dấu Khoảng khơng gian bao quanh điện tích mà có lực tác dụng điện tích lên điện tích khác gọi điện trường điện tích Các điện tích tạo xung quanh điện trường Điện trường điện tích khơng chuyển động gọi trường tĩnh điện b Cường độ điện trường Cường độ điện trường đại lượng đặc trưng cho độ mạnh điện trường ký hiệu : = F Q Ở đây: F lực điện trường tác dụng lên điện tích điểm Điện tích điểm vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách vật điện tích gây điện trường Vì lực đại lượng véc tơ nên cường độ điện trường đại lượng véc tơ Phương chiều cường độ điện trường trùng với phương chiều lực tác dụng lên điện tích dương Hình vẽ 1-1 vẽ véc tơ điểm M điện trường tạo nên hai phẳng tích điện trái dấu + Q - Q Để biểu diễn điện trường người ta dùng đường sức điện trường Đó đường cong vẽ trường mà tiếp tiếp tuyến điểm trùng với véc tơ cường độ điện trường + Q - Q điểm (hình 1.1) Chiều đường sức điện trường chiều khỏi điện tích dương hướng tới điện tích âm Nếu điện trường điểm (cả phương chiều) điện trường điện trường Hình 1.1: Véc tơ cường độ điện trường c Điện áp Giả sử đặt điện tích điểm q điểm M điện trường có cường độ chịu tác dụng lực F tính theo cơng thức: F = q A = F l = q l Trong l khoảng cách điểm MN không phụ thuộc vào cách di chuyển q từ M đến N nghĩa không phụ thuộc vào dạng quỹ đạo điện tích q Đại lượng đo công di chuyển đơn vị điện tích từ M đến N gọi điện áp điện trường Ký hiệu U Ta có: U = UMN = N t UMN Hình 1.2: Điện tích điểm A q Điện áp đại lượng vô hướng Trong điện trường ta có : U A ql l q q Từ ta xác định cường độ điện trường: U l Trong đó: U điện áp đơn vị Vôn(V); l chiều dài đơn vị mét (m) Cường độ điện trường đơn vị Vôn/mét (V/m) Ngồi đơn vị V/m người ta cịn dùng đơn vị V/cm Nếu đặt điện tích điểm q điểm M (hình 1- 2) để tự di chuyển đến điểm có cường độ điện trường Như điểm M trường điện tích q có W M Nếu đặt điểm N có W N Đại lượng đặc trưng cho khả sinh công trường điểm gọi điện Ký hiệu V Điện trường điểm trường truyền cho đơn vị điện tích điểm đặt điểm đó: VM WM q VN WN q Biết công di chuyển q từ M đến N độ giảm từ M đến N; A = W M.W N = q( V M - V N ) Mặt khác ta có: U MN A qVM V N VM V N q q Nghĩa điện áp hai điểm trường hiệu điện hai điểm Vì điện áp cịn gọi hiệu điện 1.1.2 Vật dẫn điện mơi a Vật dẫn Vật dẫn vật có nhiều điện tích (điện tử ion) trạng thái tự Khi đặt điện trường điện tích chịu tác dụng lực di chuyển, tạo thành dòng điện Các vật dẫn thường kim loại, dung dịch điện ly chất khí bị ion hoá Kim loại dẫn điện điện tử tự Lớp điện tử kim loại có điện tử Các điện tử liên kết yếu với hạt nhân dễ dàng bất khỏi nguyên tử, trở thành điện tử tự Do kim loại dẫn điện tốt b Điện môi (chất cách điện) Điện môi (chất cách điện) vật có điện tích trạng thái tự Khi đặt điện trường, nói chung điện mơi coi khơng có dịng điện.Tuy nhiên điện tử bị lực điện trường tác dụng bị kéo lệch phía phân tử, làm trọng tâm điện tích dương âm tách tạo thành lưỡng cực điện Giữa vật dẫn điện mơi chất có tính chất trung gian, gọi chất bán dẫn Đặc tính dẫn điện chất thay đổi tuỳ theo yếu tố bên (điện trường, nhiệt độ, xạ, tạp chất vv…) 1.2 DỊNG ĐIỆN - MẠCH ĐIỆN 1.2.1 Dịng điện a Định nghĩa Đặt vật dẫn điện trường, tác dụng lực điện trường, điện tích dương di chuyển từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp hơn, cịn điện tích âm di chuyển ngược lại, từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao tạo thành dịng điện Vậy : Dịng điện dịng điện tích chuyển dời có hướng tác dụng điện trường Người ta quy ước chiều dòng điện chiều di chuyển điện tích dương, tức hướng từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp Đó chiều điện trường Trong kim loại, dòng điện dòng điện tử chuyển dời có hướng.Vì điện tử di chuyển từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao hơn, nên chiều dòng điện tử ngược với chiều quy ước dịng điện (hình 1- 3a) Anốt I Catốt S b a Hình 1.3: Quy ước chiều dịng điện Trong dung dịch điện ly, dòng điện ion chuyển dời có hướng (hình 1-3b) Nó gồm hai dịng ngược chiều dịng ion dương có chiều theo quy ước chiều điện trường) dòng ion âm ngược chiều quy ước Như ion dương di chuyển từ a nốt (cực dương) ka tốt (cực âm) nên gọi cation (ion ca tốt) Các ion âm từ ca tốt a nốt gọi anion Trong mơi trường chất khí bị ion hố, dịng điện dịng điện tử chuyển dời có hướng Nó gồm ion dương theo chiều điện trường, từ a nốt catốt, dòng ion âm điện tử ngược chiều điện trường từ ka tốt a nốt b Cường độ dòng điện Đại lượng đặc trưng cho độ lớn dòng điện gọi cường độ dòng điện (gọi tắt dòng điện) Đơn vị Am pe (A) Ký hiệu I Cường độ dòng điện lượng điện tích chuyển qua tiết diện thẳng dây dẫn đơn vị thời gian 10 I Q t Giả sử chưa mắc tụ, dòng điện qua đường dây dòng điện tải I t chậm sau điện áp góc Khi mắc tụ C, dịng điện điện dung I C vượt trước U góc 90 (hình 3.12b) Dịng điện qua đường dây I tổng hai vectơ I t I c , chậm sau điện áp U góc < t , cos > cost Bằng cách tính chọn tụ C thích hợp, ta bù cos tới giá trị tuỳ ý, tối đa đảm bảo cos = Ngồi tụ điện, người ta cịn thực bù động điện đồng máy bù đồng gọi bù quay Tóm tắt Chương Dịng điện xoay chiều hình sin dịng điện có trị số chiều biến đổi tuần hoàn theo quy luật hình sin đặc trưng cơng thức sau: e = E m sin t + ) (V) Như muốn xác định lượng hình sin ta cần biết: * Biên độ * Tốc độ góc tần số chu kỳ * Góc pha đầu Trong mạch điện trở có X L X C = dòng điện điện áp đồng pha Mạch cảm có điện áp vượt pha trước dịng điện góc 90 Mạch dung vượt qua trước điện áp góc 90 Góc góc lệch pha dịng điện điện áp ta mắc điện trở, điện cảm điện dung nối tiếp Cơng thức định luật Ơm áp dụng cho loại mạch là: I= U Z U R X L X C 2 Nếu X L > X C > : mạch điện có tính chất điện cảm Nếu X L < X C < : mạch điện có tính chất điện dung Khi X L = X C xảy tượng cộng hưởng điện áp tạo điện áp lớn cục cuộn dây tụ điện nguy hiểm cho thiết bị ứng với chế độ làm việc khơng bình thường thiết bị 80 Trong mạch điện xoay chiều công suất tác dụng đặc trưng cho khả sinh công, công suất biểu kiến đặc trưng cho khả chứa giữ công suất thiết bị điện, công suất phản kháng đặc trưng cho trình trao đổi lượng nguồn với trường Hệ số cơng suất có ý nghĩa lớn kinh tế kỹ thuật, kỹ thuật sản xuất, truyền tải, cung cấp sử dụng điện, người ta luôn nghiên cứu biện pháp nâng cao cosj Biện pháp nâng cao hệ số công suất chủ động giảm công suất phản kháng nơi tiêu thụ, cịn biện pháp sản xuất cơng suất phản kháng nơi tiêu thụ biện pháp thụ động Bài tập chương Bài số 3.1: Cho sức điện động hình sin có biểu thức: e = 210 sin (314t - /4) (V) Hãy xác định: a) Biên độ, tốc độ góc, chu kỳ, tần số? b) Giá trị tức thời t = 0; t = 1/4 (s)? c) Tìm trị số hiệu dụng? Bài số3.2: Cho dịng điện hình sin có: f = 50 Hz i = 10 sin( t + 2/3) ( A ) Hãy xác định: a) Biên độ, tốc độ góc, chu kỳ? b) Giá trị tức thời t = 0; t = 5; t = 0,25 (s)? c) Tìm trị số hiệu dụng dịng điện? Bài số 3.3: Cuộn dây có điện trở 8, cảm kháng 6 mắc vào mạch xoay chiều tần số 50Hz Dịng điện qua điện trở 5A Tìm điện áp nguồn, trị số điện cảm, hệ số công suất? Bài số3.4: Một cuộn dây mắc vào mạch xoay chiều tần số 50Hz dụng cụ đo U = 80V, I = 5A, P =160W Tìm điện trở điện cảm cuộn dây? 81 Bài số 3.5: Mạch điện có R = 7, nối tiếp với L = 0,08H C = 150F, đặt vào điện áp U = 200V; f = 50Hz Tìm dịng điện mạch, thành phần tam giác điện áp, tam giác công suất? Vẽ đồ thị vectơ Bài số3 6: Một mạch điện xoay chiều có R = 4; X L = 4; X C = 1 mắc nối tiếp mắc vào lưới điện áp U = 220V, f = 50Hz a) Tính dịng điện mạch, điện áp đặt vào thành phần công suất mạch điện b) Nếu tụ điện không đổi phải mắc cuộn dây có hệ số tự cảm để có mạch cộng hưởng điện áp? c) Nếu cuộn dây có hệ số tự cảm không đổi phải mắc tụ điện có điện dung để có mạch cộng hưởng điện áp? d) Nếu không thay đổi cuộn dây tụ điện, xác định tần số có cộng hưởng điện áp? Bài số 3.7 Một điện trở R = 10 nối tiếp với tụ điện C đặt vào mạch điện xoay chiều có U = 110 V, f = 50 Hz Biết dịng điện mạch có trị số hiệu dụng I = 5A Tính điện dung C tụ điện điện áp R, C Vẽ đồ thị véc tơ Bài số 3.8 Mạch RLC nối tiếp nối vào nguồn có U = 120 V, tần số f biến thiên (hình vẽ) Biết: R = 10 ; L = 0,3 H; C = 250 F Tính dịng điện, điện áp phần tử, hệ số công suất f = 50 Hz Vẽ đồ thị véc tơ i u, f R L C Xác định tần số f để dòng điện mạch đạt giá trị cực đại Tính điện áp phần tử cơng suất trường hợp Vẽ đồ thị véc tơ Bài số 3.9 82 Cho cuộn dây có điện trở R điện cảm L Khi đặt điện áp chiều có U = 12 V dịng điện qua cuộn dây 0,5 A Khi đặt điện áp xoay chiều có tần số 50 Hz dịng điện hiệu dụng qua cuộn dây A Tính R, L cuộn dây Bài số 3.10 Có bốn bóng đèn loại 110 V - 100 W mắc vào mạch điện xoay chiều có điện áp U = 220V Vẽ sơ đồ mắc bóng đèn tính dịng điện qua bóng, cơng suất bốn bóng tiêu thụ 83 CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA Mã chương: MH10 – 04 Giới thiệu: Dòng điện ba pha ứng dụng nhiều sản xuất đặc tính ưu việt tạo từ trường quay để làm nguồn động lực cho động điện Vậy việc sản xuất, kết nối phụ tải mạch điện toán giải chương Mục tiêu: Học xong chương người học có khả năng: - Trình bày phân tích hình thành hệ thống dòng điện ba pha, cách nối mạch ba pha quan hệ đại lượng điện áp, dòng điện mạch ba pha nối sao, nối tam giác; - Giải thích ý nghĩa dịng điện ba pha ứng dụng thực tế; - Rèn luyện khả tư trừu tượng tượng cụ thể hệ thống điện xoay chiều pha, ứng dụng thực tế Nội dung chính: 4.1 KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 4.1.1 Định nghĩa Hệ thống mạch điện xoay chiều ba pha tập hợp ba mạch điện xoay chiều pha nối với tạo thành hệ thống lượng điện từ chung sức điện động mạch có dạng hình sin tần số lệch pha 1/3 chu kỳ (120 ) - Mỗi mạch điện thành phần hệ ba pha gọi pha - Sức điện động pha gọi sức điện động pha - Hệ ba pha mà sức điện động pha có biên độ gọi hệ ba pha đối xứng hay cân 4.1.2 Cách tạo dòng điện xoay chiều ba pha Hệ sức điện động xoay chiều ba pha máy phát xoay chiều ba pha tạo Về nguyên tắc máy phát điện ba pha (hình 4.1): Phần ứng (Stato): Gồm ba cuộn dây giống AX, BY, CZ đặt lệch góc 120 khơng gian Ba cuộn dây mắc theo hình 84 Phần cảm (rơto): ): Là hệ thống cực từ thường nam châm điện có hai cực N S cuộn dây luyện từ cho nam châm A Khi rôto quay từ trường cắt qua cuộn dây thay đổi sinh sức điện động hình sin cuộn dây Y N Z C S B X Vì ba cuộn dây lệch góc 120 khơng gian nên ba sức điện động lệch pha 1/3 chu kỳ (120 hay 2/3 rad) Hình 4.1: Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo máy phát Do ba cuộn dây giống nên ba sức điện động có biên độ E mA = E mB = E mC ) 4.1.3 Đồ thị biểu diễn (hình 4.2) Nếu coi góc pha đầu A ta có: e A = E msinwt (V) e B = E m sin(wt + 120 ) (V) e C = E msin(wt + 240 ) (V) EA e eB eA eC 1200 120 T 2 t EC 120 a ) b ) Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn dòng điện ba pha 85 EB 4.1.4 Ý nghĩa hệ ba pha Hệ ba pha so với hệ pha tiện lợi kinh tế Để dẫn công suất ba pha ta cần dùng bốn dây dẫn hay ba dây dẫn, tiết kiệm dây dẫn nối dây tiện lợi Dòng điện xoay chiều ba pha dễ dàng tạo từ trường quay làm cho việc chế tạo động điện đơn giản kinh tế Vì hệ ba pha dùng phổ biến công nghiệp 4.2 MẮC NGUỒN ĐIỆN THEO HÌNH SAO 4.2.1 Cách mắc Mắc nguồn điện theo hình sao, mắc chụm ba đầu cuối ba cuộn dây (X;Y;Z) lại với thành điểm chung gọi điểm trung tính Ký hiệu O (hình 4.3) Id A A’ Ip Z O X Y Ip Z Ud Ip C Ud Ip O’ B Ip ZC Up Id C’ Ip ZB Id I0 Hình 4.3: Cách mắc nguồn điện theo hình 4.2.2 Các định nghĩa a Dây dẫn Dây dẫn nối với điểm đầu A; B; C gọi dây pha, dây nối với điểm trung tính gọi dây trung tính Mạch điện có ba dây pha gọi mạch điện ba pha ba dây Mạch điện có dây trung tính gọi mạch ba pha bốn dây b Dòng điện 86 Dòng điện cuộn dây pha gọi dòng điện pha ký hiệu IP Dòng điện dây pha gọi dòng điện dây ký hiệu I d Dòng điện dây trung tính ký hiệu I o c Điện áp Điện áp hai đầu cuộn dây pha gọi điện áp pha là điện áp dây pha dây trung tính ký hiệu: UP (U PA; UPB ; UPC ; hay U A ; U B ; U C ) Điện áp hai dây pha gọi điện áp dây ký hiệu: U d (UAB ; UBC ; U AC ) 4.2.3 Quan hệ đại lượng dây pha Trong hệ ba pha mắc điện áp dây có trị số lần điện áp pha Dòng điện dây dòng điện pha Ud = Up Id = Ip 4.3 MẮC PHỤ TẢI THEO HÌNH SAO 4.3.1 Mạch mắc đối xứng Cũng cuộn dây máy phát điện phụ tải ba pha mắc theo hình có dây trung tính (mạch ba pha bốn dây có dây trung tính, mạch ba pha ba Nếu điện áp ba pha đối xứng với trị số điện áp U d điện vào pha phụ tải là: UP = khơng dây) áp đặt Ud Dịng điện dây pha dòng điện dây tương ứng: I PA = I dA ; IPB 87 = I dB ; IPC = I dC CC A B C A’ C’ B’ Z CD C’ B’ V1 V5 V2 Z Z X’ CD A’ CC Y’ Z’ Hình 4.4: Sơ đồ mạch mắc đối xứng Dòng điện dây pha dòng điện dây tương ứng: I PA = I dA ; I PB = I dB ; I PC = I dC Phụ tải ba pha có thành phần trở kháng giống gọi thành phần đối xứng ZA = ZB = ZC Lúc đó: I PA = IPB = IPC = UP /Z P A A’ ZA X Z Y C B C’ ZC hình 4.5: Sơ đồ mắc phụ tải theo hình 88 ZB B’ Mạch ba pha có phụ tải đối xứng dịng điện dây trung tính Vì mạch đối xứng động ba pha, lò điện ba pha người ta bỏ dây trung tính Trong mạch đứt dây pha, điện áp tải pha khơng, điện áp hai pha lại U d /2 Khi bị ngắn mạch pha mạch điện áp pha ngắn mạch không, điện áp hai pha tăng lên lần (bằng điện áp dây) 4.3.2 Mạch ba pha có dây trung tính (Hình 4.4b) Nếu phụ tải ba pha khơng đối xứng hệ dịng điện ba pha khơng đối xứng dịng điện dây trung tính khác i0 = iA + iB + iC Thông thường dịng điện dây trung tính nhỏ dịng điện pha phụ tải Trong mạch ba pha phụ tải khơng đối xứng khơng có dây trung tính dây trung tính bị đứt dịng điện ba pha khơng cân sụt áp đường dây pha khác điện áp ba pha đặt vào phụ tải đối xứng, pha dòng điện nhỏ điện áp tăng q mức bình thường cá biệt dịng điện lớn có điện áp giảm nhỏ UP bình thường đèn sáng lờ mờ cịn vật tiêu thụ khác khơng đủ điện áp làm việc Vì mạch ba pha khơng đối xứng (đèn, lị điện pha vv…) phải có dây trung tính Để dây trung tính khơng bị đứt người ta quy định khơng đặt cầu chì hay cầu dao đầu dây trung tính 4.4 MẮC PHỤ TẢI BA PHA THEO HÌNH TAM GIÁC CD A CC A’ Ud B’ B Ud C’ C ZA ZB ZC Hình 4.6: Sơ đồ phụ tải ba pha mắc theo hình tam giác 89 X’ Y’ Z’ Cuộn dây máy phát điện phụ tải ba pha mắc theo hình tam giác, thực tế thường mắc phụ tải theo hình tam giác 4.3.1 Cách mắc (hình 4.6) Mắc theo hình tam giác mắc điểm cuối pha với điểm đầu pha thành mạch vịng tam giác kín 4.3.2 Đặc điểm Trong cách mắc theo hình tam giác điện áp đặt vào pha pha phụ tải điện áp dây lưới điện Dòng điện dây pha lớn gấp dòng điện pha phụ tải UP = U d I d = I P 4.5 CÔNG SUẤT MẠCH BA PHA 4.5.1 Cơng thức tính cơng suất a Mạch khơng đối xứng Trong mạch không đối xứng tổng trở pha không nhau, nên công suất pha khơng Do tính cơng suất mạch ba pha trường hợp ta phải tính cơng suất pha cộng lại Do ta có : S 3P = S A + S B + S C P 3P = P A + P B + P C Q 3P = QA + QB + QC b Mạch đối xứng Trong mạch đối xứng tổng trở ba pha nhau, nguồn cung cấp đối xứng công suất pha Do tính cơng suất mạch ta việc tính cơng suất pha nhân với Ta có cơng thức tính cơng suất : S 3P = 3U P IP = U d Id P 3P = 3UP IP cos = U d I d cos Q 3P = 3UP IP sin = U d I d sin 4.5.2 Ví dụ áp dụng Mạch điện ba pha cân pha có R = 8; X L =10; X C = 4, mắc nối tiếp mắc vào lưới điện có điện áp Ud = 380 V Tính cơng suất pha ba pha nối theo hình tam giác 90 Giải Tổng trở mạch điện: Z = R ( X L X c ) (10 4) 100 10 a Mạch mắc theo hình sao: I d = IP Ud = IP = UP = 3U P Ud 380 220V U P 220 22 A Z 10 Công suất pha: S 1P = U P IP = 220.22 = 4840 (VA) Cos = Sin = R 0,8 Z 10 X 0,6 Z 10 P 1P = UP I P cos = 220.22.0,8 = 3872 (W) Q 1P = UP I P sin = 220.22.0,6 = 29004 (VAr) Công suất ba pha: S 3P = Ud I d = 380.22 = 14479 (VA) P 3P = U d I d cos = Q 3P = U d I d sin = 380.22.0,8 = 11583 (W) 380.22.0,6 = 8687 (VAr) b Mạch điện mắc theo hình tam giác: U d = UP ; I d = Id = I P IP = U P 380 38 A Z 10 I P I d = 38 Công suất pha: S 1P = UP I P = 380.38 = 14440 (VA) P 1P = U p IP cos = 380.38.0,8 = 11.552 (W) Q 1P = UP IP sinj = 380.38.0,6 = 8.664 (VAr) Công suất ba pha: S 3P = UdI d = P 3P = U d I d cos = 380 380 91 38 = 43.320 (VA) 38 0,8 = 34.656 (W) Q3P = U d I d sin = 380 38 0,6 = 25.992 (VAr) Tóm tắt chương Hệ thống mạch điện xoay chiều ba pha tập hợp ba mạch điện xoay chiều pha Khi mắc ba mạch để tạo thành hệ thống ba pha ta có hai cách mắc theo hình mắc theo hình tam giác Đối với máy phát điện thường dùng cách mắc theo hình Trong mạch nối ta có U d = U p dòng điện dây dòng điện pha Đối với phụ tải hệ thống chiếu sáng mắc theo hình có dây trung tính Dây trung tính mạch điện có tác dụng giữ cân điện áp pha cho phép lấy cấp điện áp pha phù hợp với thiết bị điện sinh hoạt Còn phụ tải động ba pha mắc theo hình hình tam giác Trong cách mắc theo hình tam giác ta có: U d = Up ; Id = I p Trong mạch ba pha đối xứng muốn tính cơng suất mạch ta cần tính cơng suất pha nhân với ba, mạch khơng đối xứng ta phải tính pha cộng lại Bài tập chương Bài số 4.1 Một mạch điện ba pha bốn dây cung cấp điện cho phụ tải thắp sáng có điện áp pha 220V, đèn dùng loại 220V - 75W; số đèn nối vào pha A 34 bóng, pha B 45 bóng, pha C 56 bóng Tính dịng điện pha? Bài số 4.2 Một động điện ba pha nối hình sao, lưới điện U d = 380V động tiêu thụ công suất P = kW, cos = 0,78 a) Tính cơng suất phản kháng cơng suất biểu kiến động b) Xác định dòng điện chạy dây quấn động dòng điện dây Tìm điện trở cuộn dây stato động cơ? Bài số 4.3 Một động điện ba pha nối hình tam giác, lưới điện U d = 220V động tiêu thụ công suất P = 5,28 kW, cos = 0,8 92 a) Tính cơng suất phản kháng công suất biểu kiến động b) Xác định dòng điện chạy dây quấn động dịng điện dây Tìm điện trở cuộn dây stato động cơ? Bài số 4.4 Id A Id Ip Ud B C Id Tải Tải Ip Mạch ba pha đối xứng có U p = 127 V cung cấp cho hai tải (hình vẽ): - Tải động ba pha nối có P = kW, cos = 0,6, = 0,9 - Tải nối Y có R = , X = Tính: Dịng điện pha tải Dòng điện đường dây I d1 I d2 Dòng điện tổng đường dây I d Công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q, công suất biểu kiến S toàn mạch Bài số 4.5 Ba cuộn dây giống nhau, cuộn có R = , X = đấu hình sao, đặt vào điện áp ba pha có U p = 220 V Tính dịng điện cuộn, cơng suất mạch tiêu thụ Vẽ đồ thị véc tơ Bài số 4.6 Tải ba pha đối xứng nối vào lưới điện có U d = 220 V Biết pha tải có R = , X = Xác định dịng điện, điện áp, cơng suất trường hợp sau: Bình thường Đứt dây pha A 93 94 ... phần điện môn học chuyên môn chuyên ngành Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí; Mơn học giảng dạy học kỳ I khóa học với môn Vẽ kỹ thuật, Cơ kỹ thuật? ??và học trước môn chuyên nghành Điện kỹ thuật. .. lưới điện có điện áp U = 220(V) Tính: a) Dịng điện tồn mạch ; dòng điện qua điện trở; điện trở tồn mạch b) Cơng suất điện trở tiêu thụ cơng suất tồn mạch Bài số 1.4 33 Mạch điện gồm có nguồn điện. .. lên điện tích khác Mỗi điện tích hút điện tích khác dấu, đẩy điện tích dấu Khoảng khơng gian bao quanh điện tích mà có lực tác dụng điện tích lên điện tích khác gọi điện trường điện tích Các điện