Giáo trình Cơ sở kỹ thuật điện (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí) - CĐ Công nghiệp và Thương mại

Giáo trình Cơ sở kỹ thuật điện gồm có 5 chương, với các nội dung chính như: Mạch điện một chiều; Từ trường; Cảm ứng điện từ; Mạch điện xoay chiều hình sin một pha; Mạch điện xoay chiều hình sin ba pha. Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI GIÁO TRÌNH Tên mơn học: Cơ sở kỹ thuật điện NGHỀ: KTML VÀ ĐHKK TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCN&TM, ngày tháng năm 2018 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Thương mại Vĩnh Phúc, năm 2018 CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Mục tiêu: Trình bày kiến thức mạch điện chiều, ứng dụng thực tiễn, làm sở cho việc tiếp thu kiến thức kỹ thuật điện phục vụ chuyên ngành học; Giải thích khái niệm mạch điện,các phần tử mạch điện; Rèn luyện khả tư logic mạch điện Nội dung chính: * Kiến thức cần thiết để thực công việc: KHÁI NIỆM DỊNG MỘT CHIỀU: 1.1 Định nghĩa dịng điện- chiều dịng điện: Đặt vật dẫn điện trường, điện tích dương tác dụng lực điện trường chuyển động từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp, điện tích âm ngược lại chuyển động từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao, tạo thành dịng điện * Định nghĩa: Dịng điện dịng điện tích chuyển dời có hướng tác dụng lực điện trường * Chiều dòng điện: Được quy ước chiều chuyển dịch điện tích dương 1.2 Bản chất dịng điện mơi trường: * Dịng điện kim loại: Ở điều kiện bình thường kim loại ln tồn điện tử tự do, chúng chuyển động hỗn loạn khơng tạo dịng điện Khi đặt kim loại điện trường, tác dụng lực điện trường điện tử tự chuyển động hướng cực dương tạo thành dòng điện Vậy dòng điện kim loại dòng điện tử tự chuyển động ngược chiều với chiều quy ước dòng điện * Dòng điện dung dịch điện ly: Ở điều kiện bình thường dung dịch điện ly ln tồn ion dương ion âm Khi đặt dung dịch điện ly điện trường, iôn dương chuyển động hướng cực âm chiều với chiều quy ước dịng điện, ngược lại iơn âm chuyển động hướng cực dương ngược chiều với chiều quy ước dòng điện Như dòng điện dung dịch điện ly dòng ion chuyển động có hướng * Dịng điện khơng khí: Ở điều kiện bình thường khơng khí chất cách điện tốt Nếu lý khơng khí xuất điện tử tự khơng khí đặt điện áp đủ lớn để điện tử tự bắn phá ngun tử khí, khơng khí bị ion hố Dưới tác dụng lực điện trường ion điện tử tự chuyển động có hướng tạo thành dịng điện Vậy dịng điện chất khí dịng ion dương chuyển động theo chiều quy ước dòng điện dòng ion âm điện tử tự chuyển động ngược chiều quy ước dòng điện 1.3 Cường độ dòng điện: Cường độ dòng điện lượng điện tích chuyển dịch qua tiết diện thẳng dây dẫn đơn vị thời gian Cường độ dòng điện ký hiệu I, đặc trưng cho độ lớn dịng điện, ta có biểu thức: I q t (1-1) Trong đó: q lượng điện tích chuyển dịch qua tiết dây dẫn thời gian t Nếu lượng điện tích chuyển dịch qua tiết diện dây dẫn thay đổi theo thời gian ta có cường độ dòng điện thay đổi theo thời gian, ký hiệu i Khi ta có: i  dq dt (1-2) Trong đó: dq lượng điện tích qua tiết diện dây dẫn thời gian nhỏ dt Đơn vị điện tích q Culơng (C), thời gian t giây (s) đơn vị cường độ dòng điện Ampe (A) Bội số Am pe là: kilô Ampe (kA): 1kA = 103A Ước số Ampe là: mili Ampe (mA) micro Ampe ( A ): 1mA = 103 A; 1A = 10-6A Sự di chuyển điện tích dây dẫn theo hướng định với tốc độ khơng đổi tạo thành dịng điện khơng đổi hay dịng điện chiều, ta có định nghĩa: Dịng điện chiều dịng điện có chiều khơng đổi theo thời gian Dịng điện chiều có trị số khơng đổi theo thời gian gọi dịng điện khơng đổi Dịng điện có chiều trị số thay đổi theo thời gian gọi dòng điện biến đổi Dòng điện biến đổi dịng điện khơng chu kỳ dịng điện có chu kỳ Trên hình 1-1a biểu diễn dịng điện khơng đổi, hình 1.1b dịng điện biến đổi khơng chu kỳ kiểu tắt dần, hình 1.1c dịng điện biến đổi kiểu chu kỳ hình 1.1d dịng điện biến đổi theo chu kỳ có dạng hình sin i a b i i = f(t) i= f(t) t t i i t t c d Hình 1.1 1.4 Mật độ dòng điện: Cường độ dòng điện qua đơn vị diện tích tiết diện dây dẫn gọi mật độ dòng điện, ký hiệu  (đen ta), ta có:   I S (1-3) Ở S diện tích tiết diện dây dẫn Đơn vị mật độ dòng điện A/m2, đơn vị qua nhỏ nên thực tế thường dùng đơn vị A/cm A/mm2 Trong đoạn dây dẫn cường độ dòng điện tiết diện nên chỗ tiết diện dây dẫn nhỏ mật độ dòng điện lớn 1.5 Điện trở vật dẫn: Dịng điện dịng điện tích chuyển động có hướng, chuyển động vật dẫn chúng bị va chạm vào nguyên tử, phân tử làm chuyển động chúng chậm lại Đó chất điện trở vật dẫn với dòng điện + Với vật dẫn có tiết diện nhỏ điện tích q trình dịch chuyển bị va chạm nhiều nên điện trở vật dẫn tỷ lệ nghịch với tiết diện vật dẫn; + Với dây dẫn dài dịch chuyển điện tích gặp cản trở nên điện trở vật dẫn tỷ lệ với chiều dài dây dẫn; + Với vật dẫn có mật độ điện tử tự lớn dẫn điện tốt có nhiều điện tích tham gia vào qua trình dịch chuyển tạo nên dịng điện tức điện trở suất vật dẫn  nhỏ, điện dẫn suất  lớn hay điện trở vật dẫn phụ thuộc vào chất vật liệu làm nên vật dẫn Tóm lại ta có: Điện trở vật dẫn tỷ lệ với chiều dài, tỷ lệ nghịch với tiết diện phụ thuộc vào vật liệu làm vật dẫn Ta có biểu thức: R  l S (1-4) hay  R S l (1-5) Trong đó: R = điện trở vật dẫn, đơn vị đo Ôm () l = chiều dài vật dẫn, đơn vị đo mét (m) S = tiết diện vật dẫn, đơn vị đo m2 Khi đơn vị điện trở suất  m2      m m Trong thực tế tiết diện vật dẫn S thường tính theo mm2 nên đơn vị  mm      10 6 m m * Sự phụ thuộc điện trở vật dẫn vào nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, phân tử nguyên tử tăng cường mức độ chuyển động nhiệt làm cho điện tích bị va chạm nhiều q trình chuyển động tốc độ chúng giảm hay điện trở vật dẫn tăng lên theo nhiệt độ Trong phạm vi từ  1000C, đa số kim loại có độ tăng điện trở r tỷ lệ với độ tăng nhiệt độ  =  - 0 Gọi r0 r điện trở tương ứng với nhiệt độ ban đầu 0 nhiệt độ xét , ta có: r r  r0      (   ) r0 r0 Từ ta có: r  r0  r0 (   )  r0 1       Hệ số  gọi hệ số nhiệt điện trở vật liệu, đo độ tăng tương đối điện trở nhiệt độ biến thiên 10C Đối với dung dịch điện phân nhiệt độ tăng lên làm tăng độ phân ly làm cho mật độ phần tử mang điện tăng lên, điện trở chúng lại giảm 1.6 Điều kiện trì dịng điện lâu dài: Muốn điện tích chuyển động có hướng để tạo thành dịng điện ta phải trì điện trường vật dẫn Như điều kiện để trì dịng điện phải trì hiệu điện hai đầu vật dẫn CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỆN: 2.1 Định nghĩa mạch điện: Mạch điện tập hợp tất thiết bị cho dòng điện chạy qua Các thiết bị lẻ nối với cho dòng điện qua gọi phần tử mạch điện Một mạch điện gồm phần tử nguồn điện, vật tiêu thụ điện, vật dẫn điện, phần tử khác thiết bị đo lường, đóng cắt, bảo vệ,… 2.2 Các phần tử mạch điện: * Nguồn điện: Là thiết bị để biến đổi dạng lượng khác thành lượng điện như: - Biến thành điện máy phát điện - Biến nhiệt thành điện nhà máy thuỷ điện - Biến hoá thành điện pin ắc quy - Biến quang thành điện pin mặt trời … Trên sơ đồ điện nguồn điện biểu thị sức điện động (viết tắt s.đ.đ) ký hiệu E, có chiều từ cực âm (-) cực dương (+) nguồn điện trở nguồn ký hiệu r0 * Dây dẫn: Dùng để truyền tải lượng điện từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ, sơ đồ biểu thị điện trở dây ký hiệu rd * Thiết bị tiêu thụ điện: Là thiết bị để biến lượng điện thành lượng khác như: - Biến điện thành động điện; - Biến điện thành quang bóng đèn; - Biến điện thành nhiệt lò điện … Trên sơ đồ chúng biểu thị băng điện trở, ký hiệu R * Các thiết bị khác: Gồm - Thiết bị để đóng cắt aptômát, cầu dao, máy cắt điện… - Thiết bị để đo lường Ampemét, Vôn mét, công tơ điện … - Thiết bị để bảo vệ cầu chì, aptơmát, rơle nhiệt… Ta có sơ đồ điện đơn giản sau: E rd A r0 R Hình 1.2 2.3 Kết cấu mạch điện: Gồm có - Nhánh: phần đoạn mạch có dịng điện chạy qua - Nút: điểm nối chung ba nhánh trở lên - Vòng: tập hợp nhánh tạo thành vịng kín gọi vịng Mạch điện khơng có điểm nút gọi mạch điện khơng phân nhánh Mạch khơng phân nhánh cường độ dịng điện phần tử mạch điện (hình 1.2) Mạch điện có điểm nút gọi mạch điện phân nhánh (hình 1.3) E rd R3 r0 R1 R2 Hình 1.3 CÁCH GHÉP NGUỒN MỘT CHIỀU: Các nguồn điện hoá học pin hay ắc quy thường có điện áp thấp khả cung cấp dịng điện nhỏ, phần tử nguồn khơng đủ thoả mãn yêu cầu phụ tải, ta thường phải ghép nhiều phần tử nguồn thành nguồn Ở ta xét việc đấu phần tử nguồn giống (có s.đ.đ điện trở trong) thành 3.1 Đấu nối tiếp nguồn điện thành bộ: * Cách đấu: Ta đấu liên tiếp cực âm phần tử nguồn thứ với cực dương phần tử nguồn thứ hai, cực âm phần tử nguồn thứ hai với cực dương phần tử nguồn thứ ba….Ta có nguồn có cực dương trùng với cực dương phần tử thứ nhất, cực âm trùng với cực âm phần tử nguồn cuối (hình 1.4) + E, r0 - R Hình 1.4 Gọi: - s.đ.đ phần tử nguồn Eft, nguồn E - điện trở phần tử nguồn rft, nguồn r0 Kết ta được: - S.đ.đ nguồn là: E = n.Eft - Điện trở nguồn r0 = n.rft Trong n số phần tử nguồn mắc nối tiếp Khi biết điện áp yêu cầu tải U ta xác định n theo biểu thức: n U E ft (1 - 6) - Dòng điện qua nguồn dòng điện qua phần tử nên dung lượng nguồn dung lưọng phần tử 3.2 Đấu song song nguồn điện thành bộ: * Cách đấu: Các cực dương phần tử nguồn đấu với nhau, cực âm đấu với tạo thành cực dương cực âm nguồn (hình 1.5) * Kết quả: S.đ.đ nguồn s.đ.đ phần tử: E = Eft (1 - 7) Điện trở nguồn điện trở m phần tử đấu song song r0 = rft / m (1 - 8) Dòng điện qua nguồn tổng dòng điện qua phần tử: I = m.Ift (1 - 9) Khi biết dòng điện tải u cầu I ta tính số phần tử nguồn cần phải đấu song song là: m I (1-10) I ftcf Trong Iftcf dịng điện lớn cho phép qua phần tử Dung lượng nguồn tổng dung lượng phần tử + R E, r0 - Hình 1.5 3.3 Đấu hỗn hợp nguồn điện: * Cách đấu: Ta đấu song song m nhóm phần tử nguồn với nhau, nhóm có n phần tử nguồn đấu nối tiếp (hình 1.6) Như ta nguồn có tính chất cách đấu song song nối tiếp như: S.đ.đ nguồn: E = n.Eft (1 - 11) Dòng điện nguồn là: I = m.Ift (1 - 12) Điện trở nguồn là: r0  nr ft m  n r ft m (1 - 13) + E, r0 R - Hình 1.6 * Ví dụ 1.1: Xác định số ắc quy cần phải đấu thành để cấp cho tải đèn chiếu sáng cố có công suất P = 2000W, điện áp U = 120V Biết ắc quy có Eft = 6V, dịng điện cho phép lớn Iftcf = 6A Giải: Dòng điện định mức tải là: I P 2000   16,57 A U 120 Do điện áp dòng điện tải yêu cầu lớn dòng điện s.đ.đ phần tử nguồn nên ta phải đấu hỗn hợp phần tử nguồn thành Số phần tử đấu nối tiếp là: n U 120   20 E ft 90 Trình bày định nghĩa dịng điện xoay chiều, chu kỳ, tần số Nói tần số dịng điện cơng nghiệp 50Hz nghĩa gì? Thế dịng điện xoay chiều hình sin? Thế trị số tức thời, biên độ lượng hình sin, cho ví dụ Giải thích ngun tắc tạo S.Đ.Đ xoay chiều hình sin Viết biểu thức chứng minh tần số S.Đ.Đ phụ thuộc vào số đôi cực từ phần cảm tốc độ rô to Thế pha? góc pha đầu? Sự lệch pha Cho ví dụ Định nghĩa trị số hiệu dụng lượng hình sin? Cho ví dụ Cách biểu diễn lượng hình sin đồ thị véc tơ Cho ví dụ Vẽ mạch điện hình sin trở Nêu mối quan hệ dòng điện điện áp Viết biểu thức, vẽ ĐTVT Vẽ mạch điện hình sin cảm Nêu mối quan hệ dòng điện điện áp Viết biểu thức, vẽ ĐTVT Vẽ mạch điện hình sin dung Nêu mối quan hệ dòng điện điện áp Viết biểu thức, vẽ ĐTVT 10 Vẽ mạch điện hình sin R - L - C mắc nối tiếp Nêu mối quan hệ dòng điện điện áp Viết biểu thức, vẽ ĐTVT 11 Thế cộng hưởng điện áp? Điều kiện cộng hưởng, nhận xét, vẽ mạch điện 12 Các loại công suất mạch điện hình sin Cơng suất biểu kiến có ý nghĩa gì? 13.Hệ số cơng suất có ý nghĩa gì? Các biện pháp nâng cao hệ số công suất 14 Vẽ tam giác vuông điện áp, công suất, tổng trở Nêu đơn vị đại lượng tam giác II Hãy làm tập sau vào tập: Biểu thức s.đ.đ hình sin có dạng e = 2202.sin ( t + /4 )V f = 50Hz Hãy xác định: a Biên độ, trị số hiệu dụng, tốc độ góc, chu kì lượng hình sin b Trị số tức thời lượng hình sin thời điểm t1 = 0(s),t2 = 0,01 (s) c Biểu diễn lượng hình sin đồ thị véc tơ Mạch điện có R = 7, nối tiếp với L = 0,08H C = 150 F, đặt vào điện áp U = 220V, f = 50Hz Vẽ mạch điện, tìm dịng điện mạch, thành phần tam giác điện áp, tam giác công suất, vẽ đồ thị véc tơ 91 Biểu thức trị tức thời dòng điện điện áp nhánh i = 10√2 sin(ωt – 150) u = 200√2 sin(ωt + 250) Hãy xác định Imax, Umax, I, U, Ψi, Ψu, φ Đây nhánh có tính chất gì? Một tải có R = 6Ω, XL= 8Ω a Tính hệ số cơng suất tải Người ta đấu tải vào nguồn U = 120V b Tính cơng suất P, Q tải Để nâng cos φ mạch điện lên Tính dung lượng QC tụ mắc song song với tải Tính C tụ cho biết tần số nguồn điện f = 50Hz Yêu cầu đánh giá kết học tập: Mục tiêu Nội dung - Trả lời đầy đủ câu hỏi phần I; Kiến thức - Kiểm tra chi tiết phần trả lời câu hỏi câu hỏi 14 câu - Làm đầy đủ tập giao phần II; Kỹ - Kiểm tra chi tiết tập; - Nộp tập hạn (1 tuần nhà), tập Thái độ nghiêm túc, Tổng Điểm 10 92 CHƯƠNG 5: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN BA PHA Mục tiêu: 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: * Kiến thức cần thiết để thực công việc: KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN BA PHA: 1.1 Định nghĩa: Hệ thống mạch điện ba pha tập hợp ba mạch điện pha nối với tạo thành hệ thống lượng chung, s.đ.đ mạch có dạng hình sin, tần số, lệch pha phần ba chu kỳ - Mỗi mạch điện thành phần hệ thống ba pha gọi pha - S.đ.đ pha gọi s.đ.đ pha - Hệ ba pha có s.đ.đ pha có biên độ gọi hệ ba pha đối xứng hay cân - Hệ s.đ.đ ba pha máy phát điện ba pha tạo 1.2 Nguyên lý máy phát điện ba pha: a Cấu tạo: Gồm phần sau (hình 5.1) Hình 5.1 93 - Phần ứng: Là dây quấn ba pha gồm ba cuộn dây giống đặt rãnh lõi thép stato, lệch không gian 1200, gọi cuộn dây pha Đầu cuộn dây ký hiệu chữ A, B, C Cuối cuộn dây ký hiệu X, Y, Z - Phần cảm: cực từ đặt rôto Mặt cực từ chế tạo cho từ thông phân bố dọc khe hở khơng khí rơto stato biến đổi theo quy luật hình sin Trên cực từ có cuộn dây kích từ để luyện từ cho phần cảm a Nguyên lý làm việc: Khi rôto quay từ thông phần cảm cắt qua cuộn dây pha cảm ứng cuộn dây s.đ.đ Các cuộn dây đặt lệch phần ba vịng trịn nên s.đ.đ cảm ứng lệch phần ba chu kỳ cuộn dây có cấu tạo giống hệt nên s.đ.đ chúng đối xứng (hình 5.2) 1.3 Biểu thức s.đ.đ ba pha: Nếu coi góc pha đầu pha A a = biểu thức s.đ.đ pha là: ea = Emsin t eb = Emsin( t – 1200 ) = Emsin( t – 2/3 ) ec = Emsin( t – 2400 ) = Emsin( t – 4/3 ) 1.4 Đồ thị thời gian đồ thị véc tơ: Từ biểu thức s.đ.đ ba pha ta có đồ thị thời gian đồ thị véc tơ hình 5.2 Hình 5.2 ĐỊNH NGHĨA CÁC LƯỢNG DÂY - PHA TRONG MẠCH BA PHA: 2.1 Cách nối mạch điện ba pha: - Để lượng ba pha từ máy phát đến nơi tiêu thụ ta nối riêng rẽ pha tạo thành hệ ba pha sáu dây (hình 5.3) 94 - Thực tế đặc điểm hệ ba pha, ta thay hệ ba pha sáu dây bốn dây hay ba dây, tiết kiệm dây dẫn Hình 5.3 2.2 Các định nghĩa: Hình 5.4a a Điện áp pha: Ký hiệu uf, điện áp hai đầu cuộn dây pha, điện áp dây pha với dây trung tính, ta có: ufA = A - X = A - 0 = uA ufB = B - Y = B - 0 = uB ufC = C - Z = C - 0 = uC b Điện áp dây: Ký hiệu ud, điện áp hai đầu dây pha, ta có: uAB = A - B uBC = B - C uCA = C - A c Dòng điện pha: Là dòng điện cuộn dây pha, ký hiệu iP d Dòng điện dây: Là dòng điện dây dẫn nối với điểm đầu A, B, C, ký hiệu id e Dịng điện trung tính: Các điểm cuối ba cuộn dây X, Y, Z nối với tạo thành điểm chung gọi điểm trung tính hay điểm không, ký hiệu Dây dẫn nối với điểm gọi dây trung tính Dịng điện dây trung tính gọi dịng điện trung tính, ký hiệu i0 95 Hình 5.4 NỐI CUỘN DÂY MÁY PHÁT ĐIỆN THÀNH HÌNH SAO: 3.1 Cách nối: - Nối ba điểm cuối với tạo thành điểm chung gọi điểm trung tính hay điểm khơng - Ba đầu A, B, C nối với dây dẫn đưa đến hộ tiêu thụ, gọi dây pha 3.2 Quan hệ lượng dây – pha: * Dòng điện: Ta thấy dòng điện cuộn pha i f đồng thời dòng điện dây dẫn (id), nghĩa dòng điện pha dòng điện dây ifA = idA; ifB = idB; ifC = idC * Điện áp: Ta có điện áp dây: uAB = A - B = ( A - 0 ) - ( B - 0 ) = uA – uB Tương tự ta có: uBC = uB – uC; uCA = uC – uA Ta vẽ đồ thị véc tơ hình 5.4b Từ đồ thị véc tơ ta thấy: + Về góc pha: điện áp dây vượt trước điện áp pha tương ứng góc 300 + Về trị số: xét tam giác vng OAM có mơt góc nhọn 30 nên nửa tam giác đều, ta có: OM  OA U 3  d U f  U d  3U f 2 96 Nghĩa hệ ba pha đấu đối xứng, điện áp dây vượt trước điện áp pha 300 có trị số ba lần điện áp dây NỐI CUỘN DÂY MÁY PHÁT ĐIỆN HÌNH TAM GIÁC: Cách nối: Nối đầu cuối cuộn pha A với đầu đầu cuộn pha B, cuối cuộn pha B với đầu cuộn pha C, cuối cuộn pha C với đầu cuộn pha A Ba điểm nút lấy thành ba pha Như vậy, cách đấu tạo thành tam giác kín, khơng có điểm trung tính, ba điểm lấy ngồi thành ba pha A, B, C ( hình 5.5a) Hình 5.5 S.đ.đ tổng mạch vịng: e = eA + eB + eC Nếu s.đ.đ ba pha đối xứng thì: e = eA + eB + eC = Emsint + Emsin( t – 1200 ) + Emsin( t – 2400 ) = Hay theo đồ thị véc tơ: E = EA + EB + EC = (hình 5.5b) Như s.đ.đ ba cuộn dây đối xứng s.đ.đ tổng mạch vịng tam giác khơng, khơng có dịng điện chạy quẩn mạch vịng Vì cho phép đấu cuộn dây máy phát hình tam giác Nếu s.đ.đ ba pha khơng đối xứng s.đ.đ tổng vịng tam giác khác khơng, có dịng điện lớn chạy mạch tổng trở ba cuộn dây nhỏ, gây nguy hiểm cho cuộn dây PHỤ TẢI BA PHA NỐI HÌNH SAO: 5.1 Mạch ba pha có dây trung tính có trở kháng khơng đáng kể: Giả sử ta có tải ba pha tổng trở ZA, ZB, ZC đấu hình sao, nguồn cung cấp đấu hình 5.6 97 Hình 5.6 - Điện áp đặt vào pha phụ tải điện áp pha điện áp pha nguồn: UA = U’A; UB = U’B; UC = U’C - Dòng điện chạy dây pha là: IA, IB, IC, dòng điện chạy dây trung tính IN, áp dụng định luật Ơm cho pha ta có: IA = UA / ZA ; IB = UB / ZB ; IC = UC / ZC Áp dụng định luật Kiếchốp cho điểm trung tính ta có (Trị số tức thời): iN = iA + iB + iC Nghĩa dòng điện chạy dây trung tính tổng dịng điện ba pha Nếu dịng điện ba pha đối xứng dịng điện dây trung tính khơng Thực tế dịng điện ba pha gần đối xứng nên dòng điện dây trung tính bé nên tiết diện dây trung tính thường nhỏ tiết diện dây pha - Công suất tác dụng pha: PA = UAIAcosA ; PB = UBIBcosB; PC = UCICcosC - Công suất phản kháng pha: QA = UAIAsinA ; QB = UBIBsinB; QC = UCICsinC; - Công suất biểu kiến pha: SA= √P2A + Q2A ; SB= √P2B + Q2B; SC= √P2C + Q2C - Công suất chung ba pha tổng công suất ba pha : P3p = PA + PB + PC ; Q3p = QA + QB + QC ; S3p = SA + SB + SC 5.2 Mạch ba pha đấu đối xứng: Khi s.đ.đ.nguồn đối xứng tải ba pha đối xứng (ZA = ZB = ZC) dịng điện ba pha đối xứng: iA= Imsint; iB = Imsin( t – 1200 ); iC = Imsin( t – 2400 ); Dòng điện dây trung tính khơng (Dạng tức thời): i N = i A + iB + i C = Như trường hợp dây trung tính khơng cần thiết bỏ 98 (hình 5.7) Việc tính tốn mạch ba pha đối xứng tính từ pha suy pha lại Điện áp dây pha: Uf = Ud / 3; Uf Uf Hình 5.7 Dịng điện dây dịng điện pha: Id  I f  Uf Z  Ud 3Z Góc lệch pha  dòng điện điện áp: tg = x/r ; cos = r/z ; sin = x/z ; Công suất tác dụng, phản kháng biểu kiến pha: Pf = UfIf cosf ; Qf = UfIf sinf ; Sf = UfIf Công suất chung ba pha cơng suất pha nhân ba * Ví dụ 5.1: Ba cuộn dây giống nhau, cuộn có r = 8, x = 6 nối vào nguồn điện ba pha đối xứng có Ud = 220V Tính dịng điện Ip , Id , P3p , Q3p , S3p , cos ba cuộn dây nối hình Giải: Tổng trở pha phụ tải là: Z p  rp2  x 2p    10 Điện áp đặt lên pha phụ tải là: Up  Ud  cos   220  127V r   0,8 Z 10 99 Id  I p  U d U p 127    12,7 A Zd Zp 10 P3 p  3U p I p cos   3U d I d cos   3.220.12,7.0,8  3871W Q3 p  3U p I p sin   3U d I d x  3.220.12,7  2920VAr z 10 S p  3U p I p  3U d I d  3.220.12,7  4839,2VA TẢI BA PHA NỐI TAM GIÁC ĐỐI XỨNG: Nếu điện áp đặt vào ba pha đối xứng tải ba pha giống ZAB = ZBC = ZCA dịng điện tải ba pha đối xứng Ta có đồ thị véc tơ vẽ hình 5.8 Từ đồ thị ta thấy: Dòng điện dây chậm sau dòng điện pha tương ứng góc 300 trị số là: I d  I f cos 30  I f  3I f Hình 5.8 Việc tính mạch điện ba pha đấu tam giác đối xứng ta tính pha suy kết pha lại Điện áp pha: Uf = Ud Dòng điện pha: If = U f / Z Công suất tác dụng ba pha: P3p = 3UfIfcos = 3 UdIdcos, với góc  góc lệch pha dịng điện điện áp pha Cơng suất phản kháng ba pha: Q3p = 3UfIfsin = 3 UdIdsin Công suất biểu kiến ba pha: S3p = 3UfIf = 3 UdId *Ví dụ 5.2: 100 Giả thiết ví dụ 5.1 với ba cuộn dây nối tam giác Giải: Do ba cuộn dây nối tam giác nên Up = Ud = 220V Dòng điện chạy qua cuộn dây dòng điện pha: Ip  Up Zp  220  22 A 10 I d  3I p  3.22  38,1A P3 P  3U P I p cos   3U d I d cos   3.220.38,1.0,8  11616W Q3 p  3U p I p sin   3U d I d sin   3.220.38,1.0,6  8710VAr S p  3U p I p  3U d I d  3.220.38,1  14517,6VA TỪ TRƯỜNG QUAY BA PHA: Một ưu điểm hệ thống điện ba pha tạo từ trường quay Xét dây quấn ba pha (hình 5.9) gồm: - Ba cuộn dây pha AX, BY, CZ đặt rãnh thép stato, lệch khơng gian góc 1200 - Đưa vào ba cuộn dây dòng điện ba pha lệch thời gian phần ba chu kỳ hay 1200 Hình 5.9 101 Xét từ thơng tổng hợp ba dây quấn (hình 5.10): Hình 5.10 + Tại thời điểm t = 0: iA = 0; 3 ; iC  I m ; 2 Dòng iB âm, nên chiều từ Y đến B, dòng iC dương nên chiều ngược lại từ C đến Z, từ trường tổng hợp nằm theo phương từ A đến X + Tại thời điểm t = T/6: iC = 0; iAdương nên có chiều từ A đến X, iB âm nên có chiều từ Y đến B Từ trường tổng hợp có phương từ Z đến C Như từ trương tổng hợp dịch khỏi vị trí trước phần sáu vòng tròn + Tương tự ta xét tiếp thời điểm t = T/3; T/2; 2T/3; 5T/6; T, ta thấy từ trường tổng hợp liên tục quay hướng cịn trị số khơng đổi Khi dịng điện biến thiên hết chu kỳ từ trường tổng hợp quay vịng trịn Tóm lại: dòng điện ba pha lệch thời gian phần ba chu kỳ, chạy ba cuộn dây đặt lệch phần ba vịng trịn i B  iC   I m sin 120   I m 102 từ trường tổng hợp chúng từ trường quay, có cường độ khơng đổi quay trịn khơng gian * Các bước cách thức thực công việc: I Hãy trả lời câu hỏi sau vào tập: Nêu định nghĩa hệ thống ba pha, nguyên lý máy phát điện ba pha Viết biểu thức, vẽ đồ thị véc tơ đồ thị thời gian hệ s.đ.đ ba pha Nêu định nghĩa lượng dây – pha mạch ba pha Nối cuộn dây máy phát điện thành hình sao: - Cách nối nào? - Vẽ mạch điện - Quan hệ đại lượng dây, pha - Ứng dụng cách nối Nối cuộn dây máy phát điện thành hình tam giác: - Cách nối nào? - Vẽ mạch điện - Đặc điểm cách nối Mạch ba pha nối có dây trung tính trở kháng khơng đáng kể: - Vẽ mạch điện - Viết biểu thức trị số hiệu dụng điện áp pha, điện áp dây, dòng điện pha, dịng điện dây, dịng điện dây trung tính - Viết biểu thức trị số hiệu dụng thành phần công suất pha, ba pha Mạch ba pha nối đối xứng: - Vẽ mạch điện - Viết biểu thức trị số hiệu dụng điện áp pha, điện áp dây, dòng điện pha, dòng điện dây - Viết biểu thức trị số hiệu dụng thành phần công suất pha, ba pha Tải ba pha đấu tam giác đối xứng: - Vẽ mạch điện - Viết biểu thức trị số hiệu dụng điện áp pha, điện áp dây, dòng điện pha, dòng điện dây - Viết biểu thức trị số hiệu dụng thành phần công suất pha, ba pha Để tạo từ trường quay ba pha cuộn dây phải nào? Trình bày rõ chế tạo từ trường quay ba pha 103 II Hãy làm tập sau vào tập: Động ba pha đấu tam giác, đặt vào điện áp ba pha đối xứng, U = 380V (điện áp dây) tiêu thụ công suất P = 5,28 kW với cos = 0,8 - Vẽ mạch điện - Xác định dòng điện pha dòng điện dây Một nguồn điện ba pha nối sao, Upn = 220V cung cấp điện cho tải nối có dây trung tính Tải có điện trở pha Rp = 180 Tính Ud, Id, Ip, I0, P mạch ba pha Nguồn điện áp ba pha đối xứng, Ud = 380V cung cấp cho phụ tải chiếu sáng ba pha đấu tam giác có: RAB = 20, RBC = RCA= 40 - Vẽ mạch điện - Xác định điện áp đặt vào tải trường hợp cầu chì pha C bị chảy đứt Một động điện ba pha đấu sao, đấu vào mạng ba pha U d = 380V Biết dịng điện dây Id = 26,81A, hệ số cơng suất cosφ = 0,85 Tính dịng điện pha động cơ, công suất động tiêu thụ Yêu cầu đánh giá kết học tập: Mục tiêu Nội dung - Trả lời đầy đủ câu hỏi phần I; Kiến thức - Kiểm tra chi tiết phần trả lời câu hỏi câu hỏi câu - Làm đầy đủ tập giao phần II; Kỹ - Kiểm tra chi tiết tập; - Nộp tập hạn (1 tuần nhà), tập Thái độ nghiêm túc, Tổng Điểm 10 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơ sở kỹ thuật điện – Hoàng Hữu Thận - NXB giáo dục – 1981; Giáo trình Kỹ thuật điện – Vụ trung học dạy nghề - Đặng văn Đào, Lê Văn Doanh - NXB Giáo dục 2002 Giáo trình sở kỹ thuật điện – Sở giáo dục đào tạo Hà Nội – NXB Hà Nội – 2007 ... thành điện máy phát điện - Biến nhiệt thành điện nhà máy thuỷ điện - Biến hoá thành điện pin ắc quy - Biến quang thành điện pin mặt trời … Trên sơ đồ điện nguồn điện biểu thị sức điện động (viết... phương trình (c) ta có: I3  119  3I 22 Thay giá trị vào phương trình (a) ta được:  3I 119  3I  I2  22 CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN: 5.1 Cơng dịng điện: - Cơng nguồn điện: Xét mạch điện. .. mạch: Giả sử có mạch điện kín khơng phân nhánh gồm: - Nguồn điện có s.đ.đ E - Điện trở r0 - Điện trở dây rd - Điện trở tải R (Hình - 8) 11 I rd Ud E r0 U R U0 Hình 1.8 Dịng điện chạy mạch I Theo