Bài giảng Mạch điện tử - Chương 4: Mạch điện ba pha

Bài giảng Mạch điện tử - Chương 4: Mạch điện ba pha cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản sau: Khái niệm chung, cách nối hình sao, cách nối hình tam giác, công suất mạch điện ba pha, đo công suất mạch ba pha, cách giải mạch điện ba pha đối xứng, cách giải mạch ba pha không đối xứng.

Chương 4: Mạch điện ba pha 4.1 Khái niệm chung: Mạch điện pha bao gồm nguồn điện ba pha, đường dây truyền tải phụ tải ba pha Y Để tạo nguồn điện ba pha, dùng máy phát điện đồng ba pha • Cấu tạo (như hình vẽ), gồm phần: - Phần tĩnh (stato): gồm có lõi thép xẻ rãnh, rãnh 2 / đặt ba dây quấn AX, BY, CZ có số vịng dây lệch C góc 2 / không gian Mỗi dây quấn gọi pha: dây quấn AX gọi pha A, BY gọi pha B, CZ gọi pha C - Phần quay (roto): nam châm điện N-S E C • Nguyên lý làm việc: Khi roto quay, từ trường quét dây quấn stato cảm ứng dây quấn stato sức điện thộng sin có biên độ, tần số lệch pha góc 2 (nguồn ba pha đối xứng) e A  2E sin t 2 E A  Ee j0 2   e B  2E sin t    j  /   E B  Ee   2  E C  Ee j2  / 3  e C  2E sin t     A N n S B X E B CuuDuongThanCong.com Z https://fb.com/tailieudientucntt 2 2 E A • Với mạch điện pha đối xứng: eA  eB  eC  A IA E A  E B  E C  ZA X • Nếu dây quấn AX, BY, CZ nguồn nối riêng rẽ với tổng trở ZA,ZB,ZC , ta có hệ thống ba pha gồm ba mạch Z Y pha không liên hệ với Mỗi mạch điện gọi pha C ZB mạch điện ba pha IB • A,B,C: điểm đầu ; X,Y,Z: điểm cuối B • Nếu tổng trở phức pha Z A  Z B  ZC , IC ta có tải đối xứng • Mạch điện ba pha gồm nguồn, tải, đường dây đối xứng gọi mạch điện ba pha đối xứng • Sức điện động, điện áp, dòng điện pha nguồn gọi Ep, Up, Ip • Dịng điện chạy đường dây pha từ nguồn đến tải gọi Id, điện áp dây pha gọi Up • Mạch điện ba pha khơng liên hệ hình bên thực tế dùng cần tới dây Thường ba pha nguồn nối với nhau, ba pha tải nối với có đường dây ba pha nối từ nguồn đến tải, có cách nối: - Nối hình (Y) - Nối hình tam giác   CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ZC 4.2 Cách nối hình • Nối hình sao: nối điểm trung tính với thành điểm trung tính: - Nối X,Y,Z Điểm trung tính nguồn A - Nối X’, Y’, Z’ Điểm trung tính tải UA • Quan hệ dịng điện dây pha: Id = Ip • Quan hệ điện áp dây điện áp pha: Có:  AB  U  A U B U C    U BC  U B  U C  CA  U C U A U IA A’ UAB UP Ud UP IO O’ O B IC Từ đồ thị vectơ, xét tam giác OAB, có: IB C’ B’ C AB  2.OA cos 30  2.OA  3OA Mà AB = Ud , OA = Up o UAB UC  U d  3U p O UB 30o UA A UAB B CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.3 Cách nối hình tam giác: A IA • Nối hình tam giác: lấy đầu pha nối với cuối pha (A nối với Z, B nối với X, C nối với Y) E C • Viết phương trình định luật Kirhof cho nút A, B, C, ta có: I A  I AB  I CA I B  I BA  I AB I AB Ud B C IB E B  3OE C I CA B I BC IC Từ đồ thị vectơ, xét tam giác OEF, ta có: Mà EF = Id , OE = Ip Up E A I C  I CA  I BC EF  2.OE cos 30o  2.OE A I CA  I d  3I p O I AB 30o  I CA I BC CuuDuongThanCong.com IA https://fb.com/tailieudientucntt 4.4 Công suất mạch điện ba pha: 4.4.1 Công suất tác dụng: Công suất tác dụng P mạch ba pha tổng công suất rác dụng pha: P = PA + PB + PC  U A I A cos A  U B I B cos B  U C I C cos C Khi mạch ba pha đối xứng: UA = UB = UC = Up IA = I B = I C = I p cos A  cos B  cos C  cos  Nối sao: Ip  Id ; U p  Nối tam giác: Ud I Ip  d ; Up  Ud  P  3U p I p cos  P  3R p I 2p P  3U d I d cos  4.4.2 Công suất phản kháng: Công suất phản kháng 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: Q  3U I sin  p p  3U d I d sin  Q  3X p I 2p 4.4.3 Công suất biểu kiến: Đối với mạch ba pha đối xứng: S  P  Q  3U p I p  3U d I d CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.5 Đo công suất mạch ba pha 4.5.1 Đo công suất mạch ba pha đối xứng: W Mạch ba pha đối xứng: pha có cơng suất nhau, đố cần đo Công suất pha suy công suất ba pha: P = 3Pp = 3W W số ốt kế pha 4.5.2 Đo cơng suất mạch ba pha không đối xứng: Mạch ba pha đối xứng W • Dùng ốt kế để đo công suất pha: P = PA + PB + PC • Dùng ốt kế nối hình vẽ:     Ta có: W1  W2  U AC IA  U AB IB W        U A  U C IA  U  U C IB         U A IA  U B IB  U C ( IA  IB )        U A IA  U B IB  U C IC Mạch ba pha không đối xứng W W Mạch ba pha không đối xứng W  PA  PB  PC 4.5.3 Đo công suất phản kháng mạch pha đối xứng   Dùng ốt kế, nối dây hình vẽ, oát kế U BC IA Từ đồ thị vectơ, suy số oát kế là: W  U d I cos90    3U p I p sin    IA  Q bapha 90o   Từ suy cơng suất phản kháng mạch ba pha đối xứng  UC CuuDuongThanCong.com W  UA  UB https://fb.com/tailieudientucntt  UBC Mạch ba pha đối xứng 4.6 Cách giải mạch điện ba pha đối xứng: Trong mạch ba pha đối xứng, dịng điện (điện áp) pha có trị số lệch pha góc Do đó, giải mạch đối xứng, ta tách pha để tính 4.6.1 Nguồn nối đối xứng: O điểm trung tính nguồn Tải nối sao: O’ điểm trung tính tải Mạch đối xứng, ta ln có: I O  I A  I B  I C  B’ Vì vậy, dây trung tính khơng có tác dụng, bỏ, UOO’ = Nếu gọi sức điện động pha nguồn Ep điện áp phía đầu nguồn: Up  Ep 4.6.2 Nguồn nối tam giác đối xứng: U d  3E p Điện áp phía đầu nguồn: U  E p p Ud  Up  Ep Thường nguồn nối hình U p  U d / , cách điện pha dễ dàng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.6.3 Giải mạch điện ba pha tải nối hình đối xứng a/ Khi khơng xét tổng trở đường dây pha: Điện áp đặt lên pha tải là: Tổng trở pha tải: Zp  R 2p Up  Ud Ip  Up Zp  Tải nối sao: Id = Ip   arctg Ud R 2p  X 2p Zp  Xp Rp Ud R d  R p 2  X d  X p 2 Trong đó, Rd , Xd điện trở điện kháng đường dây CuuDuongThanCong.com Uf If b/ Khi có xét tổng trở đường dây pha: Id  Ip  Zp Zp  X 2p Dòng điện pha tải: Góc lệch pha: Ud Id = I p https://fb.com/tailieudientucntt 4.6.4 Giải mạch điện ba pha nối tam giác đối xứng: a/ Khi không xét tổng trở đường dây: Điện áp pha tải điện áp dây: Up = Ud Dòng điện pha tải là: Up Ud Ip   Zp R 2p  X 2p Dòng điện dây: Id  3Ip Góc lệch pha:   arctg X p Rp b/ Khi xét tổng trở đường dây: Tổng trở pha lúc nối tam giác: Z   R p  jX p Biến đổi sang hình sao: Xp Z R p Z  j 3 Sau đó, giải mạch điện mạch điện hình sao, ta có: Ud Id  2 Rp   Xp      X dd    R dd  3     Dòng điện tải nối tam giác: Ip  Id CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.7 Cách giải mạch ba pha không đối xứng: Khi tải không đối xứng dịng điện điện áp pha khơng đối xứng, xét trường hợp: • Tải pha khơng có liên hệ hỗ cảm với nhau: coi mạch ba pha không đối xứng mạch phức tạp gồm nhiều nguồn sức điện động giải theo phương pháp chương • Tải pha có liên hệ hỗ cảm với nhau: phân tích tốn khơng đối xứng thành toán đối xứng Việc giải mạch ba pha không đối xứng phức tạp, xét số trường hợp: 4.7.1 Tải nối có dây trung tính, dây trung tính có tổng trở Z Để giải mạch điện này, ta dùng phương pháp điện áp hai nút: U A Y A  U B Y B  U C Y C  U O 'O  YA  YB  YC  YO o o  A  U p e j0 ; U B  U p e  j120 ; U C  U p e  j240 Nếu nguồn đối xứng: U o ZA I A O I B ZB I C ZC o  j120  j 240 Y  Y e  Y e A B C  O 'O  U p U YA  YB  YC  YO  'A U '     (Tương tự với pha B C)  U A  U A  U O 'O  I A  ZA ZO I O I O  I A  I B  I C Nếu xét đến tổng trở Z d dây dẫn pha tính tốn trên, lúc tổng trở pha phải gồm tổng trở đường dây: 1 YA  ; YB  ; YC  Z A  Zd Z B  Zd ZC  Zd • Nếu tổng trở dây trung tính điểm trung tính nguồn trùng với điểm trung tính tải, điện áp pha nguồn điện áp pha tải tương ứng:    I A  U A ; I B  U B ; I C  U C ZA ZB ZC • CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.7.2 Khi dây trung tính bị đứt khơng có dây trung tính: Điện áp UO’O lớn, điện áp pha tải khác điện áp pha nguồn nhiều, gây nên điện áp pha A Ví dụ: xét mạch ba pha có tải khơng đối xứng hình vẽ: 1 YA    jb Y B  Y C   g  jX C R C B Nguồn điện ba pha đối xứng có điện áp pha Up o  O 'O Theo phương pháp điện áp hai nút: U Với: e  j120o  o   o  jb  ge  j120  ge j120  Up jb  g  g  cos  120  j sin  120  0,5  j0,866 R o R C o e j120  cos120o  jsin 120o  0,5  j0,866 jb  g   ,5  j0 ,866   g   ,5  j0 ,866   U O 'O  U p jb  g  g Nếu chọn g = b  O 'O  U p  0,2  j0,6  U Điện áp đặt lên bóng đèn pha B pha C:  'B  U  B U  O'O  U p  0,5  j0,866  U p  0,2  j0,6  U p  0,3  j1,466 U  U 'B  U p 0,32  1,466  1,5U p  'C  U  C U  O'O  U p  0,5  j0,866  U p  0,2  j0,6  U p  0,3  j0,266 U  U 'C  U p 0,32  0,266  0,4U p Ta thấy U’B > U’C nên bóng đèn pha B sáng bóng đèn pha C, điện áp pha tải khác điện áp pha nguồn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.7.3 Cách giải mạch điện ba pha tải nối hình tam giác khơng đối xứng: Trường hợp tải khơng đối xứng nối hình tam giác: Nếu không xét tổng trở dây dẫn pha, điện áp đặt A pha tải điện áp dây nguồn, ta có dịng điện pha tải tính sau:  I AB  U AB ; I AB  U AB Z AB Z AB I A B I AB Z CA I CA C Z AB Z BC I BC  I BC  U BC ; I BC  U BC Z BC Z BC  I CA  U CA ; I CA  U CA ZCA ZCA Áp dụng định luật Kirhof nút, ta có dịng điện dây: I A  I AB  I CA I B  I BC  I AB I C  I CA  I BC Nếu xét tổng trở dây dẫn pha, ta biến đổi tương đương tải nối hình tam giác thành hình sao, giải tốn mạch điện ba pha tải nối hình không đối xứng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.7 Cách nối nguồn tải mạch ba pha Nguồn điện tải ba pha nối hình hình tam giác, tùy theo điều kiện cụ thể điện áp quy định thiết bị, điện áp mạng điện yêu cầu kỹ thuật khác 4.7.1 Cách nối nguồn điện: • Các nguồn điện dùng sinh hoạt thường nối thành hình có dây trung tính với ưu điểm cung cấp hai điện áp khác nhau: điện áp pha điện áp dây • Hiện nước ta tồn loại mạng điện 380V/220V (Ud = 380V ; Up = 220V) mạng 220V/127V (Ud = 220V ; Up = 127V) 4.7.2 Cách nối động điện ba pha: 380V 220V Mỗi động điện ba pha gồm có ba dây quấn pha thiết kế người ta quy định điện áp cho dây quấn Lúc động làm việc yêu cầu phải với điện áp quy định Do đó, tùy theo điện áp lưới yêu cầu dây quấn động mà động nối Ud hay tam giác Ud=Uf Ví dụ: nhãn hiệu động ghi: / Y220/380V (điện áp qui định cho pha dây quấn 220V) Nếu mạng điện 380V, động phải nối Nếu mạng điện 220V, động phải nối tam giác CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.7.3 Cách nối tải pha: • Tùy thuộc vào điện áp quy định lúc thiết kế cho tải pha để nối tải vào mạng điện pha • VD: động pha điện áp 220V, bóng đèn 220V lúc làm việc mạng điện 380/220V phải nối dây pha với dây trung tính, lúc làm việc mạng điện 220/127V phải nối vào hai dây pha • Trong thực tế điện áp đặt lên thiết bị sinh hoạt điện áp pha (điện áp dây pha dây trung tính) Nhờ có dây trung tính nên điện áp đặt lên thiết bị khơng vượt q điện áp pha, cầu chì pha cháy có thiết bị 380/220V A B C O 220/127V A B C pha không hoạt động CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... xứng gọi mạch điện ba pha đối xứng • Sức điện động, điện áp, dòng điện pha nguồn gọi Ep, Up, Ip • Dịng điện chạy đường dây pha từ nguồn đến tải gọi Id, điện áp dây pha gọi Up • Mạch điện ba pha khơng... công suất mạch ba pha 4.5.1 Đo công suất mạch ba pha đối xứng: W Mạch ba pha đối xứng: pha có cơng suất nhau, đố cần đo Công suất pha suy công suất ba pha: P = 3Pp = 3W W số ốt kế pha 4.5.2 Đo... liên hệ với Mỗi mạch điện gọi pha C ZB mạch điện ba pha IB • A,B,C: điểm đầu ; X,Y,Z: điểm cuối B • Nếu tổng trở phức pha Z A  Z B  ZC , IC ta có tải đối xứng • Mạch điện ba pha gồm nguồn, tải,