Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề Điện công nghiệp)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI BÀI GIẢNG MÔN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP (Áp dụng cho trình độ: Cao đẳng) LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017 LỜI GIỚI THIỆU Tập giảng Điện kỹ thuật biên soạn sở chương trình khung nghề Vận hành nhà máy thủy điện, viết cho đối tượng đào tạo hệ cao đẳng.Vì nội dung bám sát chương trình khung nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo nghề đồng thời tạo điều kiện cho người sử dụng tài liệu tốt hiệu Bài giảng chia làm 04 chương, đó: Chương 1: Cung cấp kiến thức điện tích, điện trường, điện thế, giải thích tượng điện, điện trường, tác dụng điện trường lên vật dẫn, lên điện môi Chương 2: Cung cấp kiến thức mạch điện chiều (dòng điện, cường độ dịng điện, điện trở, điện trở suất, cơng suất, điện năng), viết, giải thích, vận dụng linh hoạt biểu thức tính tốn mạch điện chiều tính tốn thơng số (điện trở, dịng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng) mạch điện chiều nguồn, nhiều nguồn từ đơn giản đến phức tạp Chương 3: Cung cấp kiến thức từ trường, lực từ, đường sức từ trường mối liên quan điện - từ, từ - điện, chiều từ trường dây dẫn, vòng dây, ống dây; vận dụng để xác định phương, chiều, độ lớn lực điện từ, véc tơ sức điện động cảm ứng, từ thông Chương 4: Cung cấp kiến thức đặc điểm dòng điện chiều dòng điện xoay chiều Vận dụng để tính tốn thơng số (tổng trở, dòng điện, điện áp ) mạch điện xoay chiều pha ba pha TẬP BÀI GIẢNG Tên môn học: Điện kỹ thuật Mã số môn học: MH 10 Thời gian môn học: 75giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thí nghiệm, tập, thảo luận: 43 giờ; Kiểm tra: giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC: - Vị trí: Điện kỹ thuật mơn học kỹ thuật sở danh mục môn học/mơđun đào tạo bắt buộc thuộc chương trình dạy nghề Vận hành nhà máy thuỷ điện Môn học trang bị cho người học kiến thức sở điện để người học học tiếp môn liên quan; - Tính chất: Mơn học dược bố trí giảng dạy trước học môn học/ mô đun chuyên môn II MỤC TIÊU MÔN HỌC: * Kiến thức: - Vận dụng khái niệm trường điện từ, mạch điện, mạch từ để giải thích tượng điện, ứng dụng cơng thức để tính tốn thông số mạch từ mạch điện chiều xoay chiều * Kỹ năng: - Phân biệt loại điện trở, tụ điện, cuộn cảm, nam châm điện, nam châm vĩnh cửu, loại dây nối, bo mạch - Thao tác thục thiết bị điện xoay chiều, chiều; - Sử dụng thành thạo dụng cụ đo, dụng cụ nghề điện như: mỏ hàn, kìm điện, tuốc nơ vít * Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Tích cực, chủ động nghiêm túc học tập MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu Mục lục CHƯƠNG 1: TĨNH ĐIỆN Hiện tượng nhiễm điện 1.1 Sự nhiễm điện 1.2 Hai loại điện tích 1.3 Giải thích tượng nhiễm điện thuyết điện tử 1.4 Nhiễm điện hưởng ứng Khái niệm điện trường 2.1 Định luật Cu lơng 2.2 Định nghĩa tính chất điện trường; 2.3 Cường độ điện trường đường sức điện trường Điện - hiệu điện 3.1 Công lực điện trường 3.2 Điện thế; 3.2 Hiệu điện Tác dụng điện trường lên vật dẫn điện môi 4.1 Vật dẫn điện trường 4.2 Điện môi điện trường Câu hỏi ôn tập chương CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Khái niệm dòng điện chiều 1.1 Dòng điện dòng điện chiều 1.2 Chiều quy ước dòng điện 1.3 Cường độ mật độ dòng điện Mạch điện phần tử mạch điện 2.1 Mạch điện 2.2 Các phần tử cấu thành mạch điện Các định luật biểu thức mạch điện chiều 3.1 Định luật Ơm; 3.2 Cơng suất điện mạch điện chiều 3.3 Định luật Jun - Len xơ 3.4 Định luật Pha 3.5 Hiện tượng nhiệt điện Các phương pháp giải mạch điện chiều 4.1 Phương pháp biến đổi điện trở 3 6 8 8 9 11 11 12 12 13 13 14 18 19 19 19 20 20 20 20 22 22 23 25 26 27 29 29 4.2 Phương pháp xếp chồng dòng điện 4.3 Các phương pháp ứng dụng định luật Kiếc Khốp Câu hỏi ôn tập chương CHƯƠNG 3: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Đại cương từ trường 1.1 Tương tác từ 1.2 Khái niệm từ trường 1.3 Đường sức từ Từ trường dòng điện 2.1 Từ trường dây dẫn thẳng 2.2 Từ trường vòng dây từ trường ống dây Các đại lượng đặc trưng từ trường 3.1 Sức từ động 3.2 Cường độ từ trường 3.3 Cường độ từ cảm 3.4 Hệ số từ thẩm 3.5 Vât liệu từ Lực từ 4.1 Công thức Am pe 4.2 Quy tắc bàn tay trái 4.3 Lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng 4.4 Ứng dụng Hiện tượng cảm ứng điện từ 5.1 Từ thông 5.2 Công lực điện từ 5.3 Hiện tượng cảm ứng điện từ 5.4 Sức điện động cảm ứng vịng dây có từ thơng biến thiên; 5.5 Sức điện động cảm ứng dây dẫn thẳng chuyển động cắt từ trường 5.6 Ứng dụng Hiện tượng tự cảm hỗ cảm 6.1 Từ thông móc vịng hệ số từ cảm 6.2 Sức điện động tự cảm 6.3 Hệ số hỗ cảm 6.4 Sức điện động hỗ cảm 6.5 Ứng dụng: Nguyên lý máy biến áp 6.6 Dịng điện Phu ứng dụng Câu hỏi ôn tập chương 34 35 43 45 45 46 46 47 47 48 50 50 50 50 51 51 52 52 52 52 53 53 53 54 54 55 55 56 57 57 58 58 58 59 60 61 CHƯƠNG 4: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Khái niệm dòng điện xoay chiều 1.1 Dòng điện xoay chiều 1.2 Chu kỳ tần số dòng điện xoay chiều 1.3 Dịng điện xoay chiều hình sin 1.4 Pha lệch pha 1.5 Biểu diễn lượng hình sin đồ thị véc tơ Các đại lượng đặc trưng Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 3.1 Giải mạch xoay chiều trở, cảm dung 3.2 Giải mạch xoay chiều RLC 3.3 Giải mạch xoay chiều có nhiều phần tử mắc nối tiếp 3.4 Công suất hệ số công suất mạch xoay chiều 3.5 Cộng hưởng điện áp Giải mạch xoay chiều phân nhánh 4.1 Giải mạch phương pháp đồ thị vec tơ 4.2 Giải mạch phương pháp tổng dẫn 4.3 Cộng hưởng dòng điện 4.4 Phương pháp nâng cao hệ số công suất Mạch xoay chiều pha 5.1 Hệ thống pha cân 5.2 Sơ đồ đấu dây mạng pha 5.3 Công suất mạng pha 5.4 Phương pháp giải mạch ba pha cân Câu hỏi ôn tập chương Tài liệu tham khảo 62 62 62 62 63 64 66 67 67 73 74 75 78 82 82 83 88 89 91 91 93 97 98 102 103 CHƯƠNG 1: TĨNH ĐIỆN I MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG - Trình bày khái niệm điện tích, điện trường, điện thế; - Giải thích tượng điện, điện trường, tác dụng điện trường lên vật dẫn, lên điện môi - Chủ động, nghiêm túc học tập II NỘI DUNG CHI TIẾT HIỆN TƯỢNG NHIỄM ĐIỆN 1.1 SỰ NHIỄM ĐIỆN Ta biết ta cọ xát vật thủy tinh, nhựa,…vào lụa,…thì vật hút vật nhẹ mẩu giấy, sợi bơng,…ta nói vật bị nhiễm điện Ngày dựa vào tượng hút vật nhẹ để kiểm tra xem vật có nhiễm điện hay không Vật bị nhiễm điện gọi vật mang điện, vật tích điện hay điện tích Dựa vào đặc điểm vật nhiễm điện có khả hút vật khác phóng tia lửa điện sang vật khác Cho nên muốn biết vật nhiễm điện hay chưa ta đưa vật cần nhận biết đến gần: - Các vật nhẹ, nếu: + Nó hút vật nhẹ vật nhiễm điện + Nó khơng hút vật nhẹ chưa nhiễm điện - Các vật nhiễm điện khác, có thể: + Có tượng phóng điện vật bị nhiễm điện + Khơng có tượng phóng điện vật chưa nhiễm điện 1.2 HAI LOẠI ĐIỆN TÍCH Điện tích điểm vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét Có hai loại điện tích điện tích dương (kí hiếu dấu +) điện tích âm (kí hiệu dấu -) Điện tích chứa vật số nguyên lần điện tích nguyên tố Điện tích hạt electron điện tích nguyên tố âm, điện tích hạt proton điện tích nguyên tố dương Các điện tích có tượng tương tác điện hút đẩy nhau, hai điện tích loại (dấu) đẩy nhau, hai điện tích t khác loại (dấu) hút 1.3 GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG NHIỄM ĐIỆN BẰNG THUYẾT ĐIỆN TỬ Nhà bác học Anh Tomson đưa học thuyết điện tử gồm nội dung: Mọi vật chất tự nhiên tập hợp nhiều nguyên tử chất - Kết cấu nguyên tử chất gồm hai phần: + Hạt nhân mang điện tích dương Nhiều điện tử, điện tử mang điện tích âm nguyên tố (là điện tích âm nhỏ -1,6.10-19C) Các điện tử nguyên tử chuyển động theo nhiều quỹ đạo khác Điện tử gọi hạt sơ cấp, cấu tạo nhỏ vật chất phân chia Ngun tử trung hồ điện điện tích dương hạt nhân tổng điện tích âm điện tử nguyên tử Kết cấu cân điện nguyên tử khó phá vỡ Hiện tượng ion hoá: Việc phá vỡ kết cấu trung hoà điện nguyên tử gọi ion hố Để ion hóa phải có tác nhân bên như: nhiệt lượng, va đập học,…Sau bị ion hoá, nguyên tử nhận thêm điện tử từ nguyên tử khác ( chất mà khác chất ) gọi ion âm Nguyên tử bị bớt điện tử gọi ion dương Học thuyết điện tử học thuyết vào chuyển động điện tử (chuyển động nguyên tử, chuyển động sang nguyên tử khác, chuyển động sang vật khác…) để giải thích đặc tính điện tượng điện a Nhiễm điện cọ xát: Việc cọ xát thuỷ tinh vào mảnh lụa làm cho số điện tử từ nguyên tử thuỷ tinh chuyển sang nguyên tử lụa, nguyên tử thuỷ tinh trở thành ion dương Thanh thuỷ tinh nhiễm điện dương ma sát Ngược lại lúc nguyên tử lụa nhận thêm điện tử trở thành ion âm, mảnh lụa nhiễm điện âm ma sát Tương tự cọ xát nhựa vào mảnh dạ, điện tử từ chuyển sang nhựa làm cho nhựa nhiễm điện âm, mảnh nhiễm điện dương ma sát b Nhiễm điện tiếp xúc: Nếu cho vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện bị nhiễm điện dấu với vật Giải thích: Vật không mang điện tiếp xúc với vật nhiễm điện âm điện tử từ vật nhiễm điện âm chuyển sang vật khơng nhiễm điện làm cho vật trở thành nhiễm điện âm tiếp xúc Ngược lại tiếp xúc với vật nhiễm điện dương vật trở thành nhiễm điện dương điện tử di chuyển từ vật không nhiễm điện sang vật nhiễm điện dương nên vật trở thành vật nhiễm điện dương Những vật chất nhiễm điện tiếp xúc gọi chất dẫn điện Ví dụ: Kim loại ( đồng, nhôm, sắt…) 1.4 NHIỄM ĐIỆN DO HƯỞNG ỨNG Hình 1.1: Hiện tượng nhiễm điện hưởng ứng Đưa vật B không nhiễm điện đến gần vật A nhiễm điện (dương âm), vật B đầu gần với vật A nhiễm điện trái dấu với vật A, phía xa nhiễm điện dấu với A Đó tượng nhiễm điện hưởng ứng Đưa vật B không nhiễm điện đến gần vật A nhiễm điện dương (hoặc âm), mơ tả hình điện tử vật B bị hút (hoặc đẩy) điện tử di chuyển đầu gần (hoặc đầu xa) vật A, làm cho vật B phía gần với vật A nhiễm điện trái dấu với vật A, phía xa nhiễm điện dấu với A Những chất không dẫn điện tiếp xúc nhiễm điện hưởng ứng gọi chất cách điện hay chất điện mơi Ví dụ ( gỗ, sứ, khơng khí, giấy, ) KHÁI NIỆM VỀ ĐIỆN TRƯỜNG 2.1 ĐỊNH LUẬT CU - LƠNG Các điện tích dấu đẩy nhau, trái dấu hút nhau, lực tương tác điện tích gọi tương tác điện Năm 1785, thực nghiệm, Coulomb (nhà bác học người Pháp 1736 – 1806) xác lập biểu thức định lượng tương tác hai điện tích có kích thước nhỏ so với khoảng cách chúng đặt đứng yên chân không Nội dung: Lực hút hay đẩy hai diện tích điểm đặt chân khơng có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng F  k q1.q2 (1.1) r2 Trong đó: q1 , q2 độ lớn hai điện tích k hệ số tỉ lệ, k  9.109 N m , r khoảng cách hai điện tích C2 Nếu hai điện tích điểm đặt điện mơi đồng tính lực tương tác hai điện tích yếu  lần so với đặt chúng chân không Công thức định luật Cu – lông trường hợp này: F  k q1 q2 (1.2)  r  số điện môi Bảng số điện môi số chất 2.2 ĐỊNH NGHĨA VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐIỆN TRƯỜNG Điện trường mơi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích gắn liền với điện tích Nơi có điện tích xung quanh điện tích có điện trường Tính chất điện trường tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt Một điện tích Q nằm điểm khơng gian gây xung quanh điện trường Một điện tích q nằm điện trường bị Q tác dụng lực điện ngược lại, q tác dụng lên Q lực Chính nhờ tính chất mà ta biết có mặt điện trường, hai điện tích Q q không trực tiếp tác động lên mà mà Q gây quanh điện trường điện trường tác dụng lên điện tích q, ngược lại Lực gọi lực điện trường 2.3 CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN a, Cường độ điện trường Định nghĩa: Cường độ điện trường điểm đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực điện trường điểm Nó xác định thương số độ lớn lực điện F tác dụng lên điện tích thử q (dương) đặt điểm độ lớn q E F q (1.3) E Cường độ điện trường điểm mà ta xét - Khi cần truyền tải cơng suất P định dịng điện chạy đường dây là: I  P U cos Nếu cos cao dịng điện giảm, dẫn đến giảm tổn hao điện năng, giảm điện áp rơi đường dây chọn dây dẫn tiết điện nhỏ Các tải công nghiệp sinh hoạt thường có tính điện cảm (cuộn dây hay tụ điện, máy biến áp, chấn lưu, …) nên cos thấp Để nâng cao cos ta thường dùng tụ điện nối song song với tải (hình 4.27) I I1  U IC x1 10Ω 1   I x2  IC  I1 B a) b) Hình 4.24: Phương pháp nâng cao hệ số cơng suất Khi chưa bù (chưa có nhánh tụ điện), dòng điện chạy đường dây I1, hệ số cơng suất mạch cos1 Khi có bù (có nhánh tụ điện), dịng điện chạy đường dây I:    I  I1  I C Và hệ số công suất mạch cos Từ đồ thị hình 3.31b ta thấy: I< I1 ;  < 1 cos > cos1 Như hệ số công suất nâng cao: Điện dung C cần thiết để nâng hệ số công suất từ cos1 lên cos tính sau: + Vì cơng suất tác dụng tải không đổi nên công suất phản kháng mạch là: Khi chưa có bù : Q1 = P.tg1 Khi có bù tụ điện (tụ điện cung cấp QC) Q = Q1 + QC = Ptg1 + QC = Ptg Từ rút cơng suất QC tụ là: QC = -P(tg1 - tg) (4.72) Mặt khác cơgn suất QC tụ điện tính là: QC = -UC.IC = -U.U..C = -U2 .C (4.73) So sánh (3.110) (3.111) ta tính điện dung C cuat tụ điện là: 91 P (tg1  tg ) U C (4.74) Ví dụ 4.13: Một tải gồm R = 6Ω, XL = Ω, mắc nối tiếp, đấu vào nguồn U = 220V a, Tính dịng điện I1, cơng suất P, Q, S cos1 tải  b, Người ta nâng hệ số công suất mạch điện đạt cos = 0,93 Tính điện dung C tụ điện đấu song song với tải I1 R U=220V xL B Giải: Tổng trở hệ số công suất: Z  R2  X L2  62  82  10 Cos1  Dòng điện tải I1: I1  R   0,6 Z 10 U 220   22A Z 10 Công suất P tải: P = R.I12 = 6.222 = 2904W Công suất Q tải: Q = X L.I12 = 8.222 = 3872Var Cơng suất tồn phần tải: S = U.I = 220.22 = 4840VA Tính điện dung C cần thiết: Cos1 = 0,6 ; tg  = 1,33 Cos = 0,93; tg = 0,395 Bộ tụ điện cần có điện dung là: C P 2904 (tg1  tg )  (1,333  0,395)  1, 792.104 F U 314.220 MẠCH XOAY CHIỀU BA PHA 5.1 HỆ THỐNG BA PHA CÂN BẰNG 5.1.1 KHÁI NIỆM Hiện phần lớn mạch điện có cơng suất lớn sử dụng mạch điện ba pha tính ưu việt kỹ thuật kinh tế Hệ thống điện pha tập hợp ba hệ thống điện pha nối với tạo thành hệ thống lượng điện từ chung, sức điện động 92 mạch có dạng hình sin, tần số, lệch pha phần ba chu kỳ Nguồn điện gồm có ba sức điện động hình sin biên độ, tần số, lệch pha 2 , gọi nguồn ba pha đối xứng (hay nguồn cân bằng) Đối với nguồn đối xứng ta có: eA + eB + eC = EA + EB + EC = Tải ba pha có tổng trở phức pha nhau: ZA = ZB = ZC gọi tải ba pha đối xứng Mạch điện ba pha gồm có nguồn, tải đường dây đối xứng gọi mạch điện ba pha đối xứng (còn gọi mạch ba pha cân bằng) Nếu không thỏa mãn điều kiện nêu gọi mạch ba pha khơng đối xứng 5.1.2 ĐỒ THỊ DẠNG SÓNG VÀ ĐỒ THỊ VEC TƠ Hệ thống điện ba pha đuợc tạo từ máy phát điện đồng ba pha, hoạt động dựa nguyên lý cảm ứng điện từ Cấu tạo nguyên lý máy phát điện pha gồm hai phần : Hình 4.25: Nguyên lý máy phát điện ba pha a) Stator (phần tĩnh) Gồm ba cuộn dây giống (gọi cuộn dây pha) đặt lệch 1200 rãnh lõi thép stator Các cuộn dây ba pha thường ký hiệu tương ứng AX, BY, CZ b) Rotor (phần quay) Là nam châm điện N - S Khi rotor quay, từ trường quét qua cuộn dây pha, sinh sức điện động hình sin có biên độ, tần số, lệch pha góc 1200 Nếu chọn pha ban đầu sức điện động eA cuộn dây AX khơng ta có biểu thức sức điện động pha : 93 eA  E sin t (4.75) eB  E sin(t  1200 ) eC  E sin(t  2400 )  E sin(t  1200 ) Nếu biểu diễn hệ thống SĐĐ pha số phức ta được:  E A  E0  (4.76) EB  E  1200  EC  E  2400  E1200 Hình 4.26: Đồ thị dạng sóng đồ thị vectơ mạch điện ba pha 5.1.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ Ý NGHĨA Hệ thống điện pha có nhiều ưu điểm hẳn hệ thống điện pha Để truyền tải điện pha ta cần dùng dây dẫn, để truyền tải hệ thống pha cần dùng dây dẫn tiết kiệm kinh tế Hệ pha dễ dàng tạo từ trường quay, làm cho việc chế tạo động điện đơn giản Các động công suất lớn phải sử dụng nguồn điện pha Nếu nối riêng rẽ pha với tải ta hệ thống pha độc lập, hay hệ thống pha khơng liên hệ với Hệ thống sử dụng thực tế khơng kinh tế cần tới dây dẫn Thông thường pha nguồn nối với nhau, pha tải nối với có đường dây pha nối nguồn tải Có phương pháp nối mạch pha thường sử dụng cơng nghiệp nối hình (Y) nối hình tam giác (Δ) 5.2 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRONG MẠNG BA PHA 5.2.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA Mỗi pha nguồn tải có điểm đầu điểm cuối Ta thường ký hiệu điểm đầu pha A, B, C, điểm cuối pha X, Y, Z 94 Ba dây nối điểm đầu nguồn tải AA’, BB’, CC’ gọi dây pha Dây dẫn nối điểm trung tính OO’ gọi dây trung tính 5.2.2 ĐẤU DÂY HÌNH SAO 5.2.2.1 NGUYÊN TẮC NỐI Để nối hình người ta nối điểm cuối pha lại với tạo thành điểm trung tính Đối với nguồn, điểm cuối X, Y, Z cuộn dây máy phát điện nối lại với tạo thành điểm trung tính O Đối với tải, điểm cuối X’, Y’, Z’ nối lại với tạo thành điểm trung tính O’ Ba dây nối điểm đầu nguồn tải AA’, BB’, CC’ gọi dây pha Dây dẫn nối điểm trung tính OO’ gọi dây trung tính Hình 4.27: Sơ đồ đấu dây hình a) Sơ đồ đấu dây ; b) Đồ thị vectơ 5.2.2.2 QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN DÂY Id VÀ DỊNG ĐIỆN PHA Ip Dịng điện pha Ip dòng điện chạy pha nguồn (hoặc tải) Dòng điện dây Id dòng chạy dây pha nối nguồn tải Từ hình 4.4a ta thấy dịng điện dây Id có giá trị dịng điện chạy pha Ip Id = Ip (4.77) 5.2.2.3 QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP DÂY VÀ ĐIỆN ÁP PHA Điện áp pha Up điện áp điểm đầu điểm cuối pha (hoặc dây pha dây trung tính) Điện áp dây Ud điện áp dây pha:          U AB  U A  U B (4.78) U BC  U B  U C U CA  U C  U A 95 Để vẽ đồ thị vectơ điện áp dây, trước hết ta vẽ đồ thị vectơ điện áp pha UA, UB, UC , sau dựa vào cơng thức (4.4) ta dựng đồ thị vectơ điện áp dây hình 4.4 b, hình 4.5 Ta có: Hình 4.28: Đồ thị vectơ mạch điện đấu Về trị số, điện áp dây Ud lớn điện áp pha U p lần Thật vậy, xét tam giác OAB từ đồ thị hình 4.4 b ta có: AB  2AH=2OAcos30o  2OA  3OA  U d  3U P (4.79) Dễ thấy rằng, điện áp pha đối xứng, điện áp dây đối xứng Về pha, điện áp dây UAB, U BC, UCA lệch pha góc 120o vượt trước điện áp pha tương ứng góc 300 Khi tải đối xứng, dịng điện qua dây trung tính khơng:     Io  I A  I B  IC  (4.80) Trong trường hợp khơng cần dây trung tính, ta có mạch ba pha ba dây Ví dụ, động điện ba pha tải đối xứng, cần đưa ba dây pha nối đến động Thông thường thực tế, tải ba pha khơng cần bằng, dịng điện qua dây trung tính khác khơng, bắt buộc phải có dây trung tính Ví dụ 4.15: Một nguồn điện áp ba pha đối xứng hình sao, điện áp pha nguồn Upn = 220V Nguồn cung cấp điện cho tải R ba pha đối xứng Biết dòng điện chạy dây Id =10A Tính điện áp Ud, điện áp pha tải, dòng điện pha tải nguồn, vẽ đồ thị vectơ Giải: Nguồn nối hình sao, áp dụng công thức (4.5) điện áp dây là: U d  3U f  3.220  380V Tải nối hình sao, biết Ud = 380V, theo cơng thức (4.5) ta có điện áp tải là: U f  U d  380  220V 3 96 A Id A  U IA C Up Up Ud n O Ipt Ipn B C O  I R R C  I t R B C IB IC  I  U A  U A B B b) a) Nguồn nối sao, tải nối nên ta có : Dòng điện pha nguồn: Ipn = Id = 10A Dịng điện pha tải: Ipt = Id = 10A Vì tải trở nên điện pha tải trùng pha với dịng điện pha tải 5.2.3 ĐẤU DÂY HÌNH TAM GIÁC 5.2.3.1 NGUYÊN TẮC NỐI Để nối hình tam giác người ta nối đầu pha với cuối pha kia, ví dụ A nối với Z, B nối với X, C nối với Y Hình 4.29: Mạch điện ba pha nối tam giác 5.2.3.2 QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP DÂY VÀ ĐIỆN ÁP PHA Từ hình vẽ ta thấy nối tam giác điện áp hai dây điện áp pha: Ud = Up (4.81) 5.2.3.3 QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN DÂY VÀ DÒNG ĐIỆN PHA Áp dụng định luật Kirchhoff cho nút, ta có:       Tại nút A: I A  I AB  I CA Tại nút B: I B  I BC  I AB    Tại nút C: I C  I CA  I BC Đồ thị vectơ dòng điện dây IA, IB, IC dòng điện pha IAB, IBC, ICA vẽ hình 4.30b: Ta có: 97 - Về trị số, dòng điện dây lớn gấp lần dòng điện pha Thật vậy, xét tam giác OEF từ đồ thị hình 4.6b ta có:  3OE EF = 2OEcos30  2OE Từ đó: I d  3I p (4.82) Ví dụ 4.16: Một mạch điện ba pha, nguồn điện nối sao, tải nối tam giác Biết điện áp pha nguồn Upn = 2kV, dòng điện pha nguồn Ipn = 20A a) Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha sơ đồ ghi rõ đại lượng pha dây b) Hãy xác định dòng điện điện áp pha tải Ipt, U pt Giải: a) Sơ đồ đấu dây A A Id Upn Ud Z Z U pt Ip t O Ipn B C Z Z Id Id b) Vì nguồn nối hình sao, nên dịng điện dây dịng điện pha Id = Ipn = 20A Điện áp dây lần điện áp pha nguồn : U d  3U pn  3.2  3, 646kV Vì tải nối hình tam giác, nên điện áp pha tải Upt điện áp dây: U pt = U d = 3,464kV Dòng điện pha tải nhở dòng điện nhỏ dòng điện dây lần I pt  Id  20  11,547A 5.3 CÔNG SUẤT MẠNG BA PHA 5.3.1 CÔNG SUẤT TÁC DỤNG P Gọi P A, PB, PC tương ứng công suất tác dụng pha A, B,C, ta có cơng suất tác dụng mạch ba pha tổng công suất tác dụng pha: P = PA + PB + PC = UAIAcosA+ UBIBcosB + UCICcosC Khi mạch ba pha đối xứng ta có: UA = UB = UC = U P IA = IB = IC = IP 98 cosA = cosB = cosC Từ đó: P = 3U pIp cos (4.83) (4.84) Hoặc: P = 3RP IP2 Trong Rp điện trở pha Nếu thay đại lượng pha đại lượng dây: Trong cách nối hình sao: I p  I d ; U p  Ud Trong cách nối tam giác: U p  U d ; I p  Id 3 Ta có cơng suất tác dụng mạch ba pha viết theo đại lượng dây áp dụng cho hai trường hợp nối hình tam giác đối xứng: P = UdIdcos (4.85) Trong  góc lệch pha điện áp pha dòng điện pha tương ứng: cos = Rp R  X p2 p 5.3.2 CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG Q Cơng suất phản kháng mạch ba pha : Q = QA +QB+QC=UAIAsinA +UBIBsinB+UCICsinC Khi mạch đối xứng ta có: Q =3U pIpsin (4.86) Hoặc: Q = 3XpIp2 (4.87) Trong Xp điện kháng pha Nếu biểu diễn theo đại lượng dây ta có: Q = UdIdsin (4.88) 5.3.3 CƠNG SUẤT BIỂU KIẾN S Khi đối xứng, cơng suất biểu kiến ba pha là: S  P  Q  3U p I p  3U d I d (4.89) 5.4 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH BA PHA CÂN BẰNG Đối với mạch điện ba pha đối xứng, dịng điện điện áp pha có trị số lệch pha góc 1200 Khi giải mạch ba pha ta cần tính cho pha, sau suy pha cịn lại Khi nối vào nguồn có điện áp Ud, bỏ qua tổng trở đường dây, biết tổng trở tải, bước tính tốn thực sau: - Bước Xác định cách nối phụ tải: hình hay tam giác? - Bước Xác định điện áp pha tải : + Nếu nối hình sao: U d  3U P + Nếu tải nối tam giác: Ud = UP 99 - Bước Xác định tổng trở pha hệ số công suất tải Z p  R p2  X p2 Hệ số công suất: cos = Rp Zp  Rp R p2  X p2 - Bước Tính dịng điện Ip phụ tải + Nếu tải nối sao: Id = IP + Nếu tải nối tam giác: Id = IP – Bước Tính cơng suất tiêu thụ phụ tải P = 3RpIp2 =3UpIpcos = UdIdcos Q = 3XP Ip2 =3UpIpsin = UdIdsin S = 3Zp Ip2 = 3UpIp = UdId Ví dụ 4.17: Một tải pha có điện trở pha Rp = 20Ω, điện kháng pha Xp =15Ω, nối hình tam giác đấu vào lưới điện pha có điện áp dây Ud = 220V Tính dịng điện pha Ip, dịng điện dây Id, công suất tải tiêu thụ vẽ đồ thị vectơ điện áp dây dòng điện pha phụ tải Giải: Theo sơ đồ đấu dây tải nối tam giác, điện áp pha tải là: Ud = Up = 220 V Tổng trở pha tải: Z p  R p2  X p2  202  152  25 Dòng điện pha tải: Ip  Up Zp  220  8,8A 25 Dòng điện dây tải: Id = Ip = 8,8 = 15,24A Công suất tiêu thụ: 100 P = 3RpIp2 = 3.20.8,82 = 4646,4W Q = 3Xp Ip2 = 3.15.8,8 = 3484,24Var S = UdId = 220.15,24 = 5870,21VA Hệ số công suất: cos = Rp Zp  20  0,8    36,87 o 25 Dòng điện chậm pha điện áp góc  = 36,87o Đồ thị vectơ dòng điện điện áp pha vẽ hình 4.9b Ví dụ 4.18: Một tải pha cuộn dây đấu vào lưới điện pha có điện áp dây 380V Cuộn dây có điện trở Rp = 2Ω, điện kháng Xp = 8Ω thiết kế làm việc điện áp định mức 220V a) Xác định cách nối cuộn dây thành tải pha b) Tính cơng suất P, Q cos tải Giải: a) Các cuộn dây phải nối hình đấu vào lưới điện pha điện áp pha đặt lên cuộn dây điện áp định mức: Up  Up  380  220V Nếu tải nối tam giác, điện áp pha đặt lên cuộn dây: Up = Ud = 380 V Giá trị điện áp 380V lớn điện áp định mức cuộn dây, nên cuộn dây bị hỏng b) Tổng trở pha tải là: Z p  R p2  X p2  2  82  8, 24 Hệ số công suất: cos = Rp Zp   0, 242 8, 24 101 sin  = Xp Zp   0,97 8, 24 Dòng điện pha tải: I p = Up Zp  220  26, 7A 8, 24 Dòng điện dây: Id = Ip = 26,7A Công suất tác dụng tải: P  3U d I d cos = 3.380.26, 7.0.242W Công suất phản kháng tải: Q  3U d I d sin   3.380.26, 7.0,97  17045, 7VAr Công suất biểu kiến: S  3U d I d  3.380.26,  17572,8VA 102 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Câu 1: Thế dịng điện xoay chiều hình sin ? Phân biệt trị số tức thời, biên độ hiệu dụng lượng hình sin Câu 2: Thế pha, góc pha đầu, lệch pha ? Hai lượng hình sin pha có đặc điểm gì, muốn lượng hình sin phải thỏa mãn điều kiện ? Câu 3: Nêu cách biểu diễn lượng hình sin đồ thị véc tơ ? Câu 4: Công suất biểu kiến ? Phân biệt cơng suất biểu kiến công suất tác dụng Câu 5: Thế tượng cộng hưởng điện áp Điều kiện để có cộng hưởng ? Ý nghĩa tượng cộng hưởng ? Câu : Nêu ưu điểm mạch ba pha Câu 7: Định nghĩa điện áp pha, điện áp dây, dòng điện dây quan hệ chúng nối nối tam giác Câu 8: Trình bày bước giải mạch điện ba pha đối xứng Câu 9: Các biểu thức công suất P, Q, S mạch ba pha đối xứng Câu 10: Mạch điện có điện trở R = 2, C = 64F, L = 160mH nối tiếp vơi nhau, đặt vào điện áp xoay chiều U = 220V Với tần số nguồn điện sảy cộng hưởng điện áp Xác định hệ số phẩm chất thành phần tam giác điện áp trường hợp cộng hưởng Câu 11: Một mạch điện pha, nguồn nối Y, tải nối ∆ Nguồn tải đối xứng Biết dòng điện pha tải IPt = 50 A, điện áp pha tải UPt = 220 V a Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha sơ đồ ghi rõ đại lượng pha dây b Hãy xác định dòng điện pha điện áp pha nguồn Câu 12: Mạch điện gồm R = 30, L = 0,8H, C mắc nối tiếp Điện áp nguồn u = 120 Sin 100t (V) a, Xác định C để mạch cộng hưởng nối tiếp Tính dịng điện cộng hưởng b, Với C = 25 10-5 F Tính hệ số UR, UL, UC, hệ số Cos, P, Q, S c, Vẽ đồ thị véc tơ dòng điện điện áp 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơ sở kỹ thuật điện – Hoàng Hữu Thận – Nhà xuất giao thông vận tải – năm 2000 Kỹ thuật điện – Đặng Văn Đào Lê Văn Doanh - Nhà xuất giáo dục – Năm 2009 Bài tập kỹ thuật điện– Đặng Văn Đào Lê Văn Doanh - Nhà xuất giáo dục – Năm 2010 Đặng Văn Đào, Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo dục 2004 104 XÁC NHẬN KHOA Bài giảng môn học/mô đun “Điện kỹ thuật” bám sát nội dung chương trình mơn học, mơ đun Đáp ứng đầy đủ nội dung kiến thức, kỹ năng, lực tự chủ chương trình môn học, mô đun Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho môn học, mô đun thay cho giáo trình Người biên soạn ( Ký, ghi rõ họ tên) Lãnh đạo Khoa ( Ký, ghi rõ họ tên) 105 ... chất điện trường; 2.3 Cường độ điện trường đường sức điện trường Điện - hiệu điện 3.1 Công lực điện trường 3.2 Điện thế; 3.2 Hiệu điện Tác dụng điện trường lên vật dẫn điện môi 4.1 Vật dẫn điện. .. 3.2 CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG TRONG MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU * Cơng dịng điện Cơng dịng điện cơng lực điện chuyển dịch điện tích mạch điện Giả sử đoạn mạch có điện áp U, dòng điện I, thời gian t lượng điện. .. lưới điện, máy phát điện xoay chiều,… - Các nguồn điện công suất lớn thường truyền tải từ nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử ) Các nguồn điện chiều thường đặc trưng suất điện