Giáo trình Mạch điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp): Phần 2 - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ

(NB) Giáo trình Mạch điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Các khái niệm cơ bản về mạch điện; Mạch điện một chiều; Dòng điện xoay chiều hình sin; Mạch ba pha. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình.

47 CHƯƠNG 3: DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN Giới thiệu: Trong chương ta làm quen với khái niệm dòng điện xoay chiều, phương pháp giải mạch điện xoay chiều không phân nhánh xoay chiều phân nhánh Mục tiêu: - Giải thích khái niệm mạch xoay chiều (AC) như: chu kỳ, tần số, pha, lệch pha, trị biên độ, trị hiệu dụng Phân biệt đặc điểm dòng điện chiều dòng điện xoay chiều - Biểu diễn lượng hình sin đồ thị vector, phương pháp biên độ phức - Tính tốn thơng số (tổng trở, dịng điện, điện áp ) mạch điện AC pha không phân nhánh phân nhánh; Giải toán cộng hưởng điện áp, cộng hưởng dịng điện - Phân tích ý nghĩa hệ số công suất phương pháp nâng cao hệ số cơng suất Tính tốn giá trị tụ bù ứng với hệ số công suất cho trước - Lắp ráp, đo đạc thông số mạch AC theo yêu cầu Nội dung chính: Khái niệm dòng điện xoay chiều 1.1 Dòng điện xoay chiều Trong kỹ thuật đời sống, dòng điện xoay chiều dùng rộng rãi có nhiều ưu điểm so với dòng điện chiều Dòng điện xoay chiều dễ dàng truyền tải xa, dễ dàng thay đổi điện áp nhờ máy biến áp Máy phát điện động điện xoay chiều làm việc tin cậy, vận hành đơn giản, số kinh tế - kỹ thuật cao Ngoài trường hợp cần thiết ta dễ dàng biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều nhờ thiết bị nắn dòng Điện thường cung cấp cho thiết bị kỹ thuật dạng điện áp dòng điện hình sin, thường gọi điện áp dịng điện xoay chiều (AC: alternating current) Dòng điện xoay chiều dịng điện có chiều trị số thay đổi theo thời gian Dòng điện xoay chiều thường dòng điện biến đổi tuần hoàn (biến đổi chu kỳ) nghĩa sau khoảng thời gian định lặp q trình biến thiên cũ Dịng điện xoay chiều hình sin dịng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hàm số sin 48 Dòng điện xoay chiều hình sin dịng điện xoay chiều đơn giản nên sử dụng rộng rãi Từ khơng có ghi đặc nói dòng điện xoay chiều dòng diện xoay chiều hình sin - Dịng điện xoay chiều hình sin dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hàm số sin Dịng điện xoay chiều hình sin dòng điện xoay chiều đơn giản nên sử dụng rộng rãi Từ khơng có ghi đặc nói dịng điện xoay chiều dịng diện xoay chiều hình sin 1.2 Chu kỳ tần số dòng điện xoay chiều Chu kỳ T khoảng thời gian ngắn để dòng điện lặp lại trị số chiều biên thiên Tần số f số chu kỳ dòng điện giây f= Đơn vị tần số héc, ký hiệu Hz T Nước ta phần lớn nước giới sản xuất dòng điện cơng nghiệp có tần số danh định 50Hz Mỹ, Nhật số nước Tây Âu sử dụng dòng điện cơng nghiệp có tần số 60 Hz Tần số góc  tốc độ biên thiên dịng điện hình sin, đơn vị rad/s Quan hệ tần số góc  tần số f là:  = 2f 1.3 Nguyên lý tạo sđđ xoay chiều hình sin pha Ứng dụng tượng cảm ứng điện từ Dịng điện xoay chiều hình sin tạo máy phát điện xoay chiều pha ba pha a) Cấu tạo Về nguyên tắc, máy phát điện xoay chiều pha gồm có hệ thống cực từ (phần cảm) đứng yên gọi phần tĩnh hay stato dây (phần ứng) đặt lõi thép chuyển động quay cắt từ trường cực từ gọi phần quay hay roto Ta xét máy phát điện xoay chiều pha đơn giản có : - Phần cảm (sinh từ trường) cực từ N - S - Phần ứng khung dây N  = t o o, S 49 Hình 3.1 Nguyên tắc cấu tạo máy phát điện pha b) Nguyên lý làm việc - Hệ thống cực từ chế tạo cho trị số từ cảm B phân bố theo quy luật hình sin mặt cực khe hở roto stato (gọi khe hở khơng khí), nghĩa khung dây vị trí khe hở, từ cảm vị trí có giá trị: B = Bmax.sin  Trong đó: Mmax: trị số cực đại từ cảm : góc mặt phẳng trung tính oo' mặt phẳng khung dây - Khi máy phát điện làm việc, roto mang khung dây quay với vận tốc góc  (rad/s), cạnh khung dây nằm mặt roto quay với tốc độ v, theo phương vuông góc với đường sức từ cảm ứng sức điện động: ed = B.v.l Giả sử thời điểm ban đầu (t = 0) khung dây nằm mặt phẳng trung tính, thời điểm t khung dây vị trí  = .t đó: B = Bmax.sin = Bmax sint Thay vào biểu thức sức điện động ed: ed = B.v.l = Bmax.v.l.sint Vì khung dây có hai cạnh nằm mặt phẳng roto có hai sđđ cảm ứng chiều mạch vòng (xác định chiều sđđ cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải khung dây) nên vòng khung dây có sđđ: ev = 2.ed = 2.Bmax.v.l.sint = Emax.sint đây, Emax = 2.Bmax.v.l biên độ sđđ Như hai đầu khung dây ta lấy sđđ biến thiên theo quy luật hình sin thời gian Tốc độ roto thường biểu thị n (vịng/phút) Ở máy điện có hai cực N -S (tức có đơi cực), roto quay hết vòng sđđ thực chu kỳ máy có 2p cực tức máy có p đơi cực (p gọi số đơi cực), thực p chu kì Trong phút (hay 60 giây) roto quay n vòng sđđ thực p.n chu kì Như tần số sđđ là: f = p.n/60 1.4 Các đại lượng đặc trưng a Trị số tức thời (kí hiệu: i, u, e ) Trị số tức thời trị số ứng với thời điểm t Trong biểu thức i=Imax.sin(t+i) trị số tức thời phụ thuộc vào biên độ Imax góc pha (t+i) 50 b Trị số biên độ (kí hiệu Imax, Umax, Emax ) Trị số biên độ trị số lớn mà lượng hình sin đạt trình biến thiên Biên độ Imax trị số cực đại, nói lên dịng điện lớn hay nhỏ c Trị số hiệu dụng dịng điện hình sin Trị số tức thời đặc trưng cho tác dụng lượng hình sin thời điểm Để đặc trưng cho tác dụng trung bình lượng hình sin chu kì mặt lượng, người ta đưa vào khái niệm trị số hiệu dụng lượng xoay chiều Định nghĩa: "Trị số hiệu dụng dòng điện xoay chiều giá trị tương đương với dòng điện chiều chúng qua điện trở thời gian chu kì toả lượng (dưới dạng nhiệt) Trị số hiệu dụng kí hiệu chữ in hoa: I, U, E Ta biết khoảng thời gian ngắn dt, dòng điện i qua điện trở R toả lượng là: dW = i2.R.dt Trong chu kì, dịng điện i toả nhiệt lượng là: T T 0 W =  dW   i R.dt Năng lượng lượng dòng điện chiều toả điện trở R chu kì: T W =  dW  I R.T Suy ra: ta có: 1T i dt T 0 I= I= thay biểu thức i = I max.sin t, 1T I max sin t.dt   T0 T I max sin t.dt  T  cos 2t 1T 1T T T dt   dt   cos 2t.dt    20 20 2 T T Tính tích phân:  sin t.dt   Vậy: I= I max T I   max T 2 Tương tự ta có trị số hiệu dụng điện áp sức điện động là: U= U max  0.707.U max , E= Emax  0.707.Emax Nhận xét: Trị số hiệu dụng lượng hình sin trị số cực đại chia cho 1.5 Pha lệch pha 51 Góc pha (t + i) nói lên trạng thái dòng điện thời điểm t, thời điểm t=0 góc pha dịng điện i , i gọi góc pha ban đầu (hoặc gọi ngắn gọn pha đầu) dịng điện Góc pha đầu  phụ thuộc vào thời điểm chọn làm gốc thời gian (thời điểm t=0) Ở xét biểu thức trị số tức thời dòng điện i = Imaxsin(t + i) Một cách tương tự, ta có biểu thức trị số tức thời điện áp u = Umaxsin((t + u) Trong Umax, u - biên độ, pha đầu điện áp Điện áp dòng điện biến thiên tần số, song phụ thuộc vào tính chất mạch điện, góc pha chúng khơng trùng nhau, người ta gọi chúng có lệch pha Góc  thường dùng để ký hiệu góc lệch pha điện áp dòng điện  = u - i Khi  > : điện áp vượt trước dòng điện (hoặc dòng điện chậm sau điện áp)  < : điện áp chậm sau dòng điện (hoặc dòng điện vượt trước điện áp)  = : điện áp trùng pha với dòng điện 1.6 Biểu diễn lượng hình sin đồ thị véc-tơ a) Nguyên tắc biểu diễn lượng hình sin dạng vectơ Ta biết hàm số sin tung độ điểm cuối bán kính vectơ đường trịn lượng giác cho bán kính quay quanh gốc toạ độ với tốc độ góc khơng đổi Giả sử đường trịn lượng giác ta lấy bán kính vectơ OM, có độ dài biên độ lượng hình sin theo tỉ lệ xích chọn (ví dụ: OM = E max) Bán kính vectơ làm với trục hồnh góc góc pha đầu (ví dụ: e) Cho bán kính vectơ OM quay quanh gốc với vận tốc góc lượng hình sin  Tại thời điểm t bất kì, vectơ OM làm với trục hồnh góc:  = t + e Tung độ điểm cuối bán kính vectơ là: y = OM.sin = Emax.sin(t + e ) = e Đó trị số tức thời lượng hình sin Đồ thị tương ứng lượng hình sin này: y  y Amax=3  x  o  e x t t 52 Hình 3.2 Biểu diễn lượng hình sin dạng đồ thị Như lượng hình sin : a = Amax sin (t) biểu diễn dạng vectơ quay sau: Bước 1: Chọn tỉ lệ xích thích hợp Bước 2: Trên mặt phẳng toạ độ, lấy bán kính vectơ có gốc nằm gốc toạ độ, làm với trục hồnh góc pha đầu lượng hình sin , có độ dài (mơđun vectơ) biên độ lượng hình sin Amax theo tỉ lệ xích chọn Bước 3: Cho vectơ OM quay quanh gốc với tốc độ tốc độ góc lượng hình sin , theo chiều dương chiều ngược chiều kim đồng hồ Vậy: Vectơ OM vectơ biểu diễn lượng hình sin cho gọi đồ thị vectơ lượng hình sin a * Từ đồ thị vectơ ta xác định được: - Biên độ lượng hình sin (Imax,Umax,Emax ) - Góc pha đầu (i,u,e ) - Vận tốc góc , xác định tần số f, chu kì T, nghĩa hồn tồn xác định lượng hình sin * Chú ý: 1) Để tiện cho tính tốn, người ta chọn độ dài bán kính vectơ OM trị số hiệu dụng 2) Khi có nhiều lượng hình sin tần số góc (tức tần số), vị trí tương đối chúng thời điểm Do người ta biểu diễn chúng dạng hệ vectơ thời điểm t = khảo sát hệ với tốc độ góc  3) Để vectơ A biểu diễn lượng hình sin: a = Amax.sin(t + a), ta kí hiệu  vectơ a hay A b) Cộng trừ lượng hình sin đồ thị Cánh đơn giản để cộng trừ lượng hình sin dùng đồ thị Có hai loại đồ thị: đồ thị hình sin đồ thị vectơ - Để cộng trừ đồ thị hình sin, ta vẽ lượng hình sin thành phần lên hệ trục toạ độ, cộng (hay trừ), tung độ thời điểm (tức 53 hồnh độ), ta có tung độ tương ứng lượng hình sin tổng (hay hiệu) thời điểm Phương pháp dùng đồ thị hình sin có ưu điểm cộng trừ lượng hình sin khơng tần số kết cho ta ln đồ thị lượng hình sin tổng (hay hiệu) Tuy nhiên thực phương pháp khó khăn thời gian - Phương pháp cộng trừ đồ thị vectơ thực lượng hình sin tần số góc (cùng tần số) Vì lượng hình sin tốc độ góc nên vị trí tương đối chúng thời điểm Như ta áp dụng nguyên tắc cộng trừ vectơ * Cho hai lượng hình sin: e1 = E1max.sin(t + 1) e2 = E2max.sin(t + 2) - Tổng hai lượng hình sin: e = e1 + e2 biểu diễn vectơ sau: Đặt liên tiếp vectơ e2 với vectơ e1 (gốc e2 trùng với e1) Nối gốc e1 với e2, vectơ tổng e Vectơ e suy từ quy tắc hình bình hành sau: đặt hai vectơ thành phần e1 e2 gốc, lấy e1 e2 làm cạnh, vẽ hình bình hành vectơ tổng e = e1 + e2 đường chéo hình bình hành xuất phát từ gốc chung Nếu có nhiều lượng hình sin e1, e2, e3 ta tìm vectơ tổng chúng theo nguyên tắc Phép trừ vectơ suy từ pháp cộng với vectơ đối: e = e1 + e2 = e1 + (- e2) Ta tìm vectơ hiệu sau: hiệu hai vectơ vectơ có gốc vectơ trừ Từ biểu thức trị số tức thời dòng điện i = Imaxsin(t + i) = I sin(t+i) y e = e1 + e2 e2 e= e1 +e2 +e3 e1 2 1 e3  e2 x e1 Hình 3.3 Cộng véctơ Ta thấy tần số cho, biết trị số hiệu dụng I pha đầu i, dịng điện i hồn tồn xác định Từ tốn học, vectơ đặc trưng độ dài (độ lớn, mô đun) góc (acgumen), từ ta dùng vectơ để biểu diễn dịng điện hình sin (hình sau: Độ dài vectơ biểu diễn trị số hiệu dụng 54 Góc vectơ với trục ox biểu diễn góc pha đầu Ta ký hiệu sau: Vectơ dòng điện: I  Ii Vectơ điện áp: U  Uu Ví dụ 3.1: Hãy biểu diễn dòng điện, điện áp vectơ góc lệch pha , cho biết: i = 20 sin(t-100)A u = 100 sin(t+400)V Giải: Vectơ dòng điện: I  20 100 Vectơ điện áp: U  100400 Hình 3.4 Đồ thị véctơ U I cho ví dụ 3.1 Chọn tỷ lệ xích cho dịng điện, tỷ lệ xích cho điện áp sau biểu diễn chúng vectơ Chú ý góc pha dương, âm xác định theo quy ước hình Góc lệch pha  điện áp dịng điện góc vevctơ U I Phương pháp biểu diễn chúng vectơ giúp ta dễ dàng cộng trừ đại lượng dòng điện, điện áp xoay chiều hình sin Ví dụ 3.2: Tính dịng điện i3 hình a) Cho biết trị số tức thời i1 = 16 sint; i2 = 12 sin(t+900) Giải: áp dụng định luật Kirchooff nút ta có: i3 = i1 + i2 Ta khơng cộng trực tiếp trị số tức thời cho, mà biểu diễn chúng thành vectơ hình b I  1600 I  12900 Rồi tiến hành cộng vectơ: I  I + I2 Hình 3.5 Đồ thị véctơ U Trị số hiệu dụng dòng điện I3 là: I3 = 122  162  20 A Góc pha dòng điện i3 là: tg3 = 12  0,75 16 I cho ví dụ 3.2 55 Góc 3 = 36,870 Biết trị số hiệu dụng I góc pha đầu 1 ta xác định dễ dàng trị số tức thời Trị số tức thời dòng điện i3 i3 = 20 sin(t+36,870) Việc ứng dụng vectơ để biểu diễn đại lượng quan hệ mạch điện để giải mạch điện đề cập mục Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 2.1 Giải mạch R-L-C 2.1.1 Mạch điện có điện trở R a Quan hệ dịng áp Xét mạch điện đơn giản có phần tử điện trở R nối vào nguồn điện áp hình sin Ta có: u  uR  UR max.sin( t  u ) iR Tại thời điểm theo định luật Ơm ta có: sin( t   u ) u U u~ iR  R  R max  I R max sin( t   i ) uR R R R R Trong đó: I R max R U  R max ,  i  u R R R R Hình 3.8 Mạch điện có điện trở R Nhận xét: Dịng điện điện áp điện trở biến thiên tần số trùng pha Góc lệch pha:   u  i  * Đồ thị hình sin, véc tơ: y R R uR URmax IRmax y iR o -IRmax -URmax o Hình 3.9 Đồ thị hình sin mạch điện có điện trở b Định luật Ơm Ta có: I R max   U R max chia vế cho R IR  c Công suất UR R  IR x  UR x 56 - Công suất tức thời pR pR  uR iR  UR max.sin( t  uR ).I R max.sin( t  iR )  (I R max.R).sin( t  iR ).I R max.sin( t  iR ) = I R2 max R.sin( t  i ) Nhận xét: Công suất tức thời pR  với t, nghĩa điện trở ln có tiêu hao lượng điện biến đổi thành điện - Công suất tác dụng PR Công suất tác dụng giá trị trung bình cơng suất tức thời chu kì dịng điện R PR  1 I R2 max R  cos(t   iR ) p dt  I R sin (  t   ) dt  dt R R max iR T 0 T 0 T 0 T  T T I R2 max R T  0  I R2 R (w) T 2.1.2 Mạch điện có điện cảm L a Quan hệ dịng áp Xét mạch điện đơn giản có phần tử điện cảm L nối vào nguồn điện áp hình sin Ta có: iL  I L max.sin( t  i ) Điện áp điện cảm: iL diL d[ I L max sin( t   i )] uL  L   .L.I L max cos(t   i ) L L dt dt  U L max sin( t  iL  900 )  UL max.sin( t  u ) L u~ uL L L Trong đó: U L max  .L.I L max ,  u   i  900 R R Hình 3.11 Mạch điện có điện cảm L Nhận xét: Dòng điện điện áp điện cảm biến thiên tần số, điện áp nhanh pha dịng điện góc 900 Góc lệch pha:    u  i  900 * Đồ thị hình sin: L L y ULmax uL iL ILmax x -90 o -ILmax -ULmax 92 a Các cuộn dây nối hình đấu vào mạng điện, nối hình sao, điện áp pha đặt lên cuộn dây là: Up = U d 380  220V = điện áp định mức cuộn dây = 3 Nếu tải nối tam giác điện áp pha đặt lên cuộn dây Up=Ud= 380V> điệnáp định mức cuộn dây, cuộn dây bị hỏng Hình 4.11 Mạch điện ví dụ 4.6 b Tổng trở pha tải zp = Rp2  X p2 = 22  82 = 8,24 Hệ số công suất cos tải cos = Rp   0,242 z p 8,24 sin = Xp   0,97 z p 8,42 Dòng điện pha Ip tải: Ip = Up 220  26,7 A = 8,24 zp Dòng điện dây Id tải: Id = Ip = 26,7A Công suất tác dụng P tải P = UdId cos = 380 26,7 0,242 = 4252,6W Công suất phản kháng Q tải Q = UdId sin = 380 26,7 0,97 = 17045,7VAr Công suất biểu kiến S S = UdId = 380 26,7 = 17572,8VA 3.2 Mạch ba pha có phụ tải nối tam giác a Khi không xét tổng trở đường dây Điện áp pha tải điện áp dây: Up = Ud Dòng điện pha tải: 93 Dịng điện dây: Góc lệch pha điện áp pha dịng điện pha:  b Khi có xét tổng trở đường dây pha Ta biến đổi tương đương tam giác thành hình sao: Tổng trở pha nối tam giác: Khi biến đổi sang hình sao: Dịng điện dây: Dòng điện pha tải nối tam giác: Ví dụ 4.7: Một tải ba pha có điện trở pha Rp = 20, điện kháng pha Xp = 15 nối hình tam giác, đấu vào mạng điện có điện áp dây Ud = 220V Tính dịng điện pha Ip, dịng điện dây Id, cơng suất tải tiêu thụ vẽ đồ thị vectơ điện áp dây dòng điện pha tải Giải: Theo sơ đồ nối dây mạch điện, tải nối tam giác Điện áp pha tải: Up = Ud = 200V Tổng trở pha tải: zp = Rp2  X p2 = 202  152 = 25 Dòng điện pha tải: Ip = U p 220  8,8 A = zp 25 Vì tải nối tam giác dòng điện dây tải: Id = 3I p = 8,8 = 15,24A Công suất tải tiêu thụ: P = Rp I p2 = 20 8,82 = 4646,4W Q = X p I p2 = 15 8,82 = 3484,8VAr S = UdId = 380 15,24 = 10030,35VA Hệ số công suất tải: cos = Rp 20   0,8 z p 25   = 36,870 Dịng điện pha chậm sau điện áp pha góc  = 36,870 Đồ thị vectơ dòng điện điện áp pha 94 Hình 4.12 Mạch điện ví dụ 4.7 Công suất mạch ba pha 4.1 Công suất tác dụng P Công suất tác dụng P: mạch ba pha tổng công suất tác dụng pha cộng lại Gọi PA, PB, PC tương ứng công suất tác dụng pha A, B, C ta có: P = PA + PB + PC = UA IA cosA + UB IB cos + UC IC cosC Khi ba pha đối xứng Điện áp pha: UA = UB = UC = Up Dòng điện pha: IA = IB = IC = Ip Hệ số công suất: cosA = cosB = cosC = cos Ta có: P = 3Up Ip cos hoặc: P = Rp I p2 Trong Rp điện trở pha tải Thay đại lượng pha đại lượng dây: Đối với cách nối hình sao: Ip = Id; Up = Đối với hình tam giác: Up = Ud; Ip = Ud Id Ta có biểu thức cơng suất viết theo đại lượng dây, áp dụng cho trường hợp hình hình tam giác đối xứng P = Ud Id cos : góc lệch pha điện áp pha dòng điện pha tương ứng Cos = Rp Rp  X p 2 4.2 Công suất phản kháng Q Công suất phản kháng Q ba pha tổng công suất phản kháng pha cộng lại 95 Q = QA + QB + QC = UA IAsin A + UB IBsin B + UC ICsin C mạch đối xứng ta có: Q= UP IPsin  Hoặc Q= XP IP2 Trong đó: XP điện kháng pha tải Nếu tính theo đại lượng dây: Q= Ud Idsin  4.3 Công suất biểu kiến S = UP IP S = Ud Id S = ZP IP2 Ví dụ 4.4: Một động điện ba pha có cơng suất định mức Pđm = 14kW, hiệu suất định mức đm = 0,98, hệ số công suất định mức cosđm = 0,88 Dây quấn động điện nối hình sao, điện áp dây mạng điện Ud = 380V Tính điện áp đặt lên pha dây quấn Tính dòng điện dây dòng điện pha động điện Giải: a Vì dây quấn động nối hình nên điện áp pha đặt vào dây quấn pha là: Up = U d 380   220V 3 b Đối với động điện, công suất định mức Pđm cơng suất có ích trục động cơ, công suất điện động tiêu thụ là: Pđiện = Pdm  dm Mà Pđiện = Ud Idcos Vậy dòng điện động là: Id = Pdien = 3U d cos Pdm = 3U d cosdm.dm 14.103  27,16 A 3.380.0,88.0,89 Vì dây quấn nối hình nên Ip = Id = 27,16A Hình 4.9 Mạch điện ví dụ 4.4 Ví dụ 4.5: Một mạch điện ba pha đối xứng Ud = 380V cung cấp điện cho tải đối xứng: Tải1 tiêu thụ P1 = 6kW; Q1 = 4kVAr Tải tiêu thụ P2 = 8kW; A2 = 2kVAr a Tính dịng điện dây tải b Tính dịng điện dây Id nguồn cung cấp cho tải 96 Hình 4.10 Mạch điện ví dụ 4.5 Giải: Cơng suất biểu kiến tải 1: S1 = P12  Q12 = 62  42 =7,211kVA Công suất biểu kiến tải 2: S2= P12  Q12 = 82  22 =8,246kVA Dòng điện dây tải 1: I1 = 7211 S1 = =10,956A 3.380 3U d Dòng điện dây tải 2: I2 = 8246 S1 = =12,528A 3.380 3U d Để tính dịng điện Id nguồn cung cấp cho tải, ta cần tính cơng suất nguồn Cơng suất tác dụng nguồn cung cấp cho tải P = P1 + P2= 6+8 = 14kW Công suấ phản kháng nguồn cung cấp cho tải Q = Q1 + Q2 = + =6kVAr Công suất biểu kiến nguồn S = P12  Q12 = 142  62 =15,231kVAr Ta có dịng điện dây nguồn cung cấp cho tải Id = S 3U d = 15231 = 23,14A 3.380 97 Câu hỏi ôn tập tập Nêu ưu điểm mạch điện ba pha Các đặc điểm mạch điện ba pha đối xứng Định nghĩa điện áp pha, điện áp dây; dòng điện pha, dòng điện dây quan hệ chúng nối nối tam giác Trình bày bước giải mạch điện ba pha Các biểu thức công suất P, Q, S mạch ba pha đối xứng Vai trị dây trung tính mạch điện ba pha tải đối xứng Một nguồn điện ba pha nối sao, Upn = 120V cung cấp điện cho tải nối có dây trung tính Tải có điện trở pha Rp = 180 98 Tính Ud, Id, Ip, I0, P mạch pha Đáp số: Ud = 207,84V; Id = Ip = 667mA; I0 = 0; P = 240W Một nguồn điện ba pha đối xứng đấu cung cấp cho tải ba pha đối xứng đấu tam giác Biết dòng điện pha nguồn Ipn = 17,32A, điện trở pha tải Rp = 38 Tính điện áp pha nguồn công suất P nguồn cung cấp cho tải pha Đáp số: Upn = 220V; Pn = Pt = 11400W Một tải ba pha đối xứng đấu hình tam giác, biết Rp = 15; Xp = 6, đấu vào mạng điện pha Ud = 380V Tính Ip, Id, P, Q tải Đáp số: Ip = 23,5A; Id = 40,7A; P = 24893,5W; Q = 9957,4A 10 Một động điện pha đấu vào mạng pha Ud = 380V, biết dòng điện dây Id = 26,81A; hệ số công suất cos = 0,85 Tính dịng điện pha động cơ, cơng suất điện động tiêu thụ Đáp số: Ip = Id = 26,81A; Pđiện = 15kW 11 Một động không đồng có số liệu định mức sau: cơng suất định mức Pđm = 14kW Hiệu suất đm = 0,88; hệ số công suất cosđm = 0,89; Y/380V/220V Người ta đấu động vào mạng 220V/127V a Xác định cách đấu dây động b Tính cơng suất điện động tiêu thụ định mức c Tính dịng điện dây Id dòng điện pha Ip động Đáp số: a Động nối hình tam giác  b Pđiện = Pco  dm = 15,9kW c Id = 46,9A; Ip = 27A 12 Một động điện đấu hình sao, làm việc với mạng điện có U d = 380V; động tiêu thụ công suất điện 20kW; cos = 0,885 Tính cơng suất phản kháng động tiêu thụ, dòng điện Id dòng điện pha động Đáp số: Q = 10,52kVAr; Ip = Id = 34,33A 99 Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha I Mục tiêu: Nhận biết dạng sơ đồ mạch điện Kết nối mạch điện theo sơ đồ Xác định thông số theo yêu cầu II.Nội dung: Lắp ráp, kiểm tra, đo đạc thông số mạch điện xoay chiều ba pha đối xứng, không đối xứng Hình thức tổ chức thực hiện: Được tổ chức thực hành xưởng thực tập Sinh viên quan sát thao tác mẫu giáo viên Thực tập theo nhóm từ đến sinh viên Thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình 100 * Vật tư, thiết bị: STT Vật tư, thiết bị Công tắc Ampe kế  5A Vơn kế xoay chiều  250V Bóng đèn Biến áp tự ngẫu ba pha  250 V - 10A Dây nối Số lượng 04 03 04 12 01 a Sơ đồ A A V B A V O ' V C A V O Hình 5.13 Sơ đồ thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình b Các bước thực hiện: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn LÊy số liệu ghi vào bng kt qu hai trường hợp: Trường hợp 1: Mạch có dây trung tính 1) Tải có dây trung tính 2) Tải khơng có dây trung tính ( rút bớt bóng đèn pha) 3) Bố trí tải đứt dây pha (rút cầu chì pha bất kì) Chế Kết đo Kết tính độ UA UB UC UAB UBC UCA IA IB IC I0 U0 PA PB PC P tải (V) (V) (V) (V) (V) (V) (A) (A) (A) (A) (V) (W) (W) (W) (W) 101 Trường hợp 2: Mạch khơng có dây trung tính 1) Tải ba pha 2) Tải khơng ba pha (rút bớt bóng đèn pha) 3) Bố trí tải đứt dây pha (rút cầu chì pha bất kì) 4) Ngắn mạch pha tải (nối tắt pha tải) Ch ế độ tải Kết đo UA UB UC UA UB UC (V (V (V B C A ) ) ) (V) (V) (V) IA (A ) IB (A ) IC (A ) U0 (V ) Kết tính PA PB PC (W (W (W ) ) ) P (W ) Yêu cầu tính tốn: Dựa cơng thức học giáo trình, tính kết theo u cầu bảng c Nhận xét, so sánh kết luận Xây dựng biểu đồ vecto điện áp dòng điện chế độ làm việc tải Lưu ý: tiến hành thiếu dụng cụ đo, ta tiến hành đo pha, dây Thí nghiêm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình tam giác * Vật tư, thiết bị: STT Vật tư, thiết bị Số lượng Công tắc 03 06 Ampe kế  5A 03 Vôn kế xoay chiều  250V Bóng đèn 12 01 Biến áp tự ngẫu ba pha  250 V - 10A Dây nối a Sơ đồ A A A A A A A V B V C V 102 Hình 5.14 Sơ đồ thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình tam giác b Các bước thực hiện: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn Lấy số liệu ghi vào bảng kết trường hợp sau: 1) Tải ba pha 2) Tải khơng ba pha (bớt bóng đèn pha) 3) Tải ba pha đứt dây cung cấp điện (rút bớt cầu chì) 4) Tải ba pha đứt pha tải (hở mạch pha tải bất kì) Ch Kết đo Kết tính ế UA UB UC UA UB UC IA IB IC U0 PA PB PC P độ (V (V (V (A (A (A (V (W (W (W (W B C A tải ) ) ) (V) (V) (V) ) ) ) ) ) ) ) ) u cầu tính tốn: Dựa cơng thức học giáo trình, tính kết theo yêu cầu bảng c Nhận xét, so sánh kết luận Xây dựng biểu đồ vecto điện áp dòng điện chế độ làm việc tải Lưu ý: tiến hành thiếu dụng cụ đo, ta tiến hành đo pha, dây Thí nghiệm đo cơng suất mạch điện ba pha * Vật tư, thiết bị: STT Vật tư, thiết bị Số lượng Công tắc 04 03 Ampe kế  5A 01 Vôn kế xoay chiều  250V 01 Woát kế pha  KW 01 Biến áp tự ngẫu ba pha  250 V - 10A Bóng đèn 12 103 Dây nối a Sơ đồ Mạch ba pha đối xứng có cơng suất pha, ta cần đo công suất pha nhân cơng suất ba pha: P3P = 3.P1P = 3.W W: số oát kế pha * * A Mạch ba W B pha đối C xứng O Hình 5.14 Sơ đồ đo cơng suất mạch ba pha đối xứng b Các bước thực hiện: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn LÊy c¸c sè liƯu ghi vµo bảng kết hai trường hợp: Thứ tự Lần Lần Kết đo Kết tính P3pha P3pha * Đo cơng suất mạch điện ba pha không đối xứng - Để đo công suất mạch điện ba pha khơng đói xứng ta dùng ốt kế để đo cơng suất pha Cơng suất ba pha là: P3P = PA +PB + PC - Ta dùng hai ốt kế nối dây theo sơ đồm sơ đị ốt kế thứ có điện áp dây UAC dịng điện IA , cịn ốt kế thứ hai có điện áp dây     UBC dòng điện IB Số hai oát kế là: U AC I A  U BC I B (*)       Mặt khác U AC  U A  U C , U BC  U B  U C Thế vào phương trình (*) ta có: U A                        U C I A  U B  U C I B  U A I A  U B I B  U C I A  I B mà I A  I B  I C       Suy U A I A  U B I B  U C I C  PA  PB  PC a Sơ đồ * A * Mạch ba pha không W * B C O * W * * W đối xứng 104 * A * Mạch ba W * * B W pha không đối xứng C b Các bước thực hiện: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn LÊy c¸c sè liƯu ghi vµo bảng kết hai trường hợp: Thứ tự Lần Lần Kết đo P3pha Kết tính P3pha 105 Câu hỏi tập 1.Các biểu thức công suất P, Q, S mạch ba pha khơng đối xứng Vai trị dây trung tính mạch điện ba pha tải khơng đối xứng Một mạng điện pha dây 380V/220V cung cấp điện cho 60 đèn phóng điện cao áp cơng suất đèn P = 250W; công suất chấn lưu 25W, hệ số công suất cos = 0,85 (các đèn bù), điện áp đèn Uđm = 220V Đèn phân cho pha a Xác định dòng điện dây pha làm việc bình thường Tính dịng điện dây trung tính I0 b Khi đèn pha A bị cắt điện Xác định dòng điện dây I B, IC dòng điện I0 dây trung tính đèn pha B C làm việc bình thường c Khi đèn pha A đèn pha B bị cắt điện Xác định dòng điện I C dịng điện I0 dây trung tính đèn pha C làm việc bình thường Đáp số: a IA = IB = IC = Id = 29,4A; I0 = b IB = IC = 29,4A không đổi; I0 = 29,4A c IC = 29,4A không đổi; I0 = 29,4A Một mạng điện pha dây 380V/220V, tải pha nói dây pha dây trung tính Tải pha A pha B trở RA = RB = 10; tải pha C cuộn dây RC = 5; XL = 8,666 Tính dịng điện pha IA, IB, IC dòng điện dây trung tính I0 Đáp số: IA = IB = IC = 22A; I0 = 22A 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thị Cư (chủ biên), Mạch điện 1, NXB Giáo dục, 1996 [2] Hoàng Hữu Thận, Cơ sở Kỹ thuật điện, NXB Giao thông vận tải, 2000 [3] Nguyễn Bình Thành, Cơ sở lý thuyết mạch điện, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1980 [4] Hoàng Hữu Thận, Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1976 [5] Hoàng Hữu Thận, Bài tập Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1980 [6] Phạm Thị Cư, Bài tập mạch điện 1, Trường Đại học Kỹ thuật TPHCM, 1996 [7] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Kỹ thuật điện Lý thuyết 100 giải, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1995 [8] PGS.TS Lê Văn Bảng, Giáo trình lý thuyết mạch điện, NXB giáo dục, 2005 ... = 62  82 =10  cos1 = R = =0,6 z 10 Dòng điện trở tải I1 U z I1 = = 22 0 =22 A 10 Công suất P tải: Hình 3.36 Mạch điện ví dụ 3.11 P =RI 12 = 6 .22 2 = 29 04W Có thể tínhP = UI1 cos1 = 22 0 .22 .0,6... 1180 02 1000 02  628 0 C= 1  2, 53.109 F = 3 2? ?? 10.10 6 ,28 .10 2? ??fX C Hình 3 .24 Mạch điện ví dụ 3.7 2. 3 Cộng hưởng điện áp Trong mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp điện áp điện cảm điện. .. 7 52  (25  60) = 82, 8 Dòng điện I chạy mạch I= U 10   0, 121 A z 82, 8 Điện áp phần tử 62 UR = RI = 75 0, 121 = 9,08V UL = XLI = 25 0, 121 = 3,03V UC = XCI = 60 0, 121 = 7 ,27 V Góc lệch pha điện