Mạch điện 3 pha đối xứng có dòng điện các pha có trị số bằng nhau về độ
lớn nhưng lệch pha nhau 120o. Khi giải mạch điện 3 pha đối xứng ta tách từng pha riêng rẽ để tính, phương pháp giải tương tự mạch điện hình sin 1pha. Ta có, một sốtrường hợp thường gặp:
1.4.4.1. Tải nối hình Y đối xứng
a)Khi không xét đến tổng trởđƣờng dây pha
Hình 1-37: Mạch ba pha đối xứng nối sao, đồ thị vectơ điện áp và dòng điện.
Điện áp đặt lên mỗi pha của tải là:
√ T ng trở pha của tải: √ Dòng điện pha của tải: √ Góc lệch pha giữa Up và Ip: = arctg Vì tải nối Y nên Id = Ip
b)Khi có xét đến tổng trởđƣờng dây pha
Cách tính toán cũng tương tự như trên, nhưng ta gộp t ng trở đường dây với t ng trở pha của tải.
Hình 1-38: Mạch ba pha nối sao đối xứng có tổng trởđường dây.
T ng trở pha của tải:
√ (1-133)
Hay: = Rp + jXp
T ng trởđường dây tải điện:
√ (1-134) Hay: = Rd + jXd Dòng điện pha của tải: Id = Ip = √ √ Góc lệch pha giữa Up và Ip: = arctg
1.4.4.2. Tải nối tam giác (Δ) đối xứng
a)Khi không xét đến tổng trởđƣờng dây pha
Hình 1-39: Mạch ba pha đối xứng nối tam giác, đồ thị vectơ điện áp và dòng
Điện áp đặt lên mỗi pha của tải bằng điện áp dây: Ud = Up T ng trở pha của tải: √ Dòng điện pha của tải: √ Vì tải nối Δ nên Id = √ .Ip Góc lệch pha giữa Up và Ip: = arctg
b)Khi có xét đến tổng trởđƣờng dây pha
Hình 1-40: Mạch ba pha nối tam giác đối xứng có tổng trởđường dây.
Biến đ i tương đương từ Δ Y rồi giải tương tự tải nối hình Y đối xứng.
(1-135)
Trong đó:
= Rp + jXp: T ng trở mỗi pha của tải khi nối tam giác. : T ng trở mỗi pha của tải khi đã chuyển sang hình sao. Dòng điện dây của tải:
Dòng điện pha của tải: √ Góc lệch pha giữa Up và Ip: = arctg
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1
1. Nêu định ngh a dòng điện xoay chiều. Trình bày cách tạo ra dòng điện xoay chiều.
2. Thiết lập biểu thức tính sức điện động của dòng điện xoay chiều. 3. Nêu các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều.
4. Nêu các loại công suất của dòng điện xoay chiều. 5. Nêu những ưu điểm của mạch điện 3 pha.
6. Trình bày các phương pháp nối nguồn – tải 3 pha. Nêu quan hệ các đại
lượng dây – pha trong cách nối sao và nối tam giác.
7. Viết biểu thức tính công suất P, Q, S trong mạch 3 pha đối xứng. 8. Trình bày các bước giải mạch điện 3 pha đối xứng.
BÀI TẬP CHƢƠNG 1
1-1.Tính trị số của điện trở:
ĐS: R = 4
1-2.Tính công suất tiêu thụ trong:
- Nguồn 40V. - Nguồn 40V. - Điện trở 8. ĐS: P1 = 120W (phát ra); P2 = 40W (tiêu thụ); PR = 2W. 1-3.Tính trị số của điện trở R ĐS: R = 3 1-4.Cho mạch điện: Tính các dòng điện trong các nhánh. Với: E1 = 125 V; E2 = 90 V; R1 = 3; R2 = 2; R3 = 4.
1-5.Một cuộn dây khi đặt vào điện áp một chiều 48V, dòng điện qua nó là 8A, đặt vào điện áp xoay chiều 120V, 50Hz, thì dòng điện qua nó là 12A. Tìm điện trở và điện cảm của cuộn dây.
ĐS: R = 6; L = 25,5mH.
1-6.Cho một mạch điện R - L - C nối tiếp đặt vào một điện áp xoay chiều: U = 220V, f = 50Hz, R = 9, L = 0,03H, C = 220F.
Tính:
Trị số hiệu dụng I và viết biểu thức tức thời dòng điện của mạch. Hệ số cos.
ĐS: I = 21,3A; i(t) = √ sin(100 t + 25o). cos = 0,9.
1-7.Cho mạch điện R - L - C mắc nối tiếp. Vớ i U = 127 V, R = 12, L = 160mH, C = 127F, f = 50 Hz.
Tính dòng điện, điện áp rơi trên các phần tử R, L, C, góc lệch pha và công suất P, Q, S, vẽ đồ thịvectơ.
ĐS: I = 4,6A; UR = 55,2V; UL = 230V; UC = 115V; = 64o20’
P = 254W; Q = 529VAr; S = 584VA
1-8.Mạch điện xoay chiều 125V, 50Hz có điện trở R = 7,5 nối tiếp với tụ điện C = 320F.
Tính dòng điện và các thành phần của tam giác điện áp, vẽ đồ thị vectơ.
1-9.Cho mạch điện như hình vẽ, với:
u(t) =100√ cos(5t + 60o) (v) i(t) =5√ cos(5t + 30o) (A)
Biểu diễn: ̇ ̇ , vẽ đồ thị véctơ quan hệ điện áp dòng điện.
ĐS: ̇ ̇ √
1-10.Cho mạch điện R – L –C mắc nối tiếp đặt vào một điện áp xoay chiều có: u(t) = 20sin(2t + 90o), R1 = 8; R2 = 2; L = 6H; C = 0,25F
Tính: - Trị số hiệu dụng I và viết biểu thức tức thời dòng điện của mạch. - Hệ số cos của mạch.
ĐS: I = 1A; i(t) = √ sin(2t + 45o); cos = 1.
1-11.Trị số dòng điện và điện áp trên một phần tử được biểu diễn dưới dạng hiệu dụng phức:
̇ = 100/90° (V) ; ̇ = 10/45° (A).
Hãy biểu diễn u, i dưới dạng tức thời và tính R, P, Q, S của mạch.
1-12.Cho mạch điện với u(t) = 200√ sin10t (v). Với: R = 4. L = 0,5H. F = 0,05F. Giải bằng số thực và số phức, so sánh hai kết quả. a. Tìm ch số các dụng cụđo.
b. Viết biểu thức tức thời của tất cảcác đại lượng có độ ch trên dụng cụđo.
c. Tính tần sốđể mạch cộng hưởng. Dòng điện khi mạch cộng hưởng. d. Tính các loại công suất của mạch.
ĐS:
a. I = 40A; UR = 160V; UL = 200V; UC = 80V; URL = 256V.
b. i = 40√ sin(10t – 37o); uR = 160√ sin(10t – 37o); uL = 200√ sin(10t –
53o); uC = 200√ sin(10t – 127o); uRL = 256√ sin(10t + 14o). c. f = 1Hz; Ich = 50A.
d. P = 6400W; Q = 4800Var; S = 8000VA.
1-13.Cho mạch điện R – L – C song song, với
u(t) = 200√ sin10t V.
a. Tìm độ ch của các dụng cụđo.
b. Viết biểu thức tức thời của tất cả các
đại lượng có độ ch trên dụng cụđo. ĐS:
a. IR = 20A; IL = 40A; IC = 20A; IR-L = 44,8A; I = 28,3A.
b. iR(t) = 20√ sin10t; iL(t) = 40√ sin(10t – 90o); iC(t) = 20√ sin(10t + 90o); iR-L(t) = 44,8√ sin(10t – 63,4o); i(t) = 28,3√ sin10t – 45o)
1-14.Mạch điện có điện áp U = 200V cung cấp cho hai tải nối song song: Tải 1 có P1 = 2112W, cos1 = 0,8.
Tải 2 có P2 = 2121W, cos2 = 0,5.
a. Tính I1, I2, I công suất tác dụng, công suất phản kháng, hệ số công suất cos của mạch.
b. Để nâng cao hệ số công suất của mạch cos = 0,92 cần nối song song với hai tải một tụ bù. Tính điện dung của tụbù, dòng điện I sau khi bù.
ĐS: I1 = 12A; I2 = 11,13A; I = 22,62; cos = 0,679; Cbù = 150,3F; Ibù = 16,48A
1-15.Một tải 3 pha có điện trở mỗi pha Rp = 6, điện kháng pha Xp = 8, nối tam giác, đấu vào mạng điện có Ud = 220V
a. Tính dòng điện pha Ip, dòng điện dây Id.
b. Tính công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến trên tải 3 pha.
1-16.Cho mạch điện 3 pha tải nối hình sao đối xứng đấu vào mạng điện 3 pha có điện áp dây là 380V, điện trở R = 20, cảm kháng XL = 15.
a. Tính dòng điện pha Ip và dòng điện dây Id.
b. Tính công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biếu kiến trên tải 3 pha.
ĐS: Ip = 8,8A; Id = 8,8A; P = 4464,4W; Q = 3484,8Var; S = 5808VA.
1-17.Cho một mạch điện 3 pha, nguồn điện nối hình sao, tải nối hình tam giác. Điện áp pha của nguồn là Upn = 200V, t ng trở pha tải = 4 + j3 ().
a) Tính điện áp pha tải, Ip và Id.
b) Tính công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến trên tải 3 pha.
ĐS: Ip = 40√ A; Id = 120A; P = 57600W; Q = 43200Var; S = VA.
1-18.Một mạch điện 3 pha đối xứng, t ng trở đường dây = 4 +j2. Tải nối tam giác, t ng trở pha tải ̇ = - j15. Điện áp nguồn Ud = 220V. Tính dòng điện dây và dòng điện pha.
1-19.Cho mạch điện 3 pha, tải nối sao, nguồn nối tam giác. Nguồn và tải đều đối xứng. Dòng điện pha của tải là Ipt = 50A, điện áp pha của tải là Upt = 220V.
a. Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch 3 pha trên, ghi rõ các đại lượng trên sơ đồ. b. Tính dòng điện pha và điện áp pha của nguồn Ipn và Upn.
ĐS: Ipn = 28,86A; Upn = 381V;
1-20.Cho mạch điện 3 pha:
Với ̇ 100/0o; ̇ 100/-120o; ̇ 100/-240o p = 9 + j9 (); d = 1()
a. Tính trị số hiệu dụng và pha của dòng dây. b. Suy ra trị số hiệu dụng và pha của dòng pha.
c. Tìm trị số hiệu dụng của điện áp dây của nguồn và điện áp dây của tải. d. Tìm trị số hiệu dụng của sụt áp trên mỗi pha của đường dây.
e. Tính công suất của tải, t n hao trên đường dây và công suất do nguồn phát ra ĐS: a. ̇ ; ̇ , ̇ . b. ̇ √ ; ̇ √ ; ̇ √ . c. UAB = 100√ V; UA’B’ = 147V. d. UAA’ = 20V. e. Pt = 3600W; Pd = 1200W; Pn = 4800W.
Chƣơng 2: MÁY IẾN ÁP
Mục tiêu: Học xong chương này, người học có khảnăng:
Mô tả được thành phần cấu tạo và trình bày nguyên l làm việc của máy biến áp một pha và ba pha.
Xác định được các đầu dây cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Nêu được đặc điểm của các phương pháp đấu dây máy biến áp ba pha.
2.1. Máy biến áp một pha 2.1.1. Khái niệm
2.1.1.1. Định ngh a
Máy biến áp là một thiết bị điện từ t nh, làm việc dựa theo nguyên lí cảm
ứng điện từ, dùng để biến đ i điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp hoặc ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao nhưng
vẫn giữ nguyên tần số.
Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện gọi là sơ cấp, các đại lượng và thông số của sơ cấp trong ký hiệu có ghi ch số“1”.
Đầu ra của máy biến áp nối với tải gọi là thứ cấp, các đại lượng và thông số
của thứ cấp trong ký hiệu có ghi ch số“2”.
Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp thì máy biến áp là máy tăng áp, và ngược lại gọi là máy giảm áp.
2.1.1.2. Các đại lƣợng định mức
Các đại lượng định mức của máy biến áp do nhà chế tạo qui định để cho máy có khả năng làm việc lâu dài và hiệu quả nhất. Ba đại lượng định mức cơ
bản là:
a)Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức (U1đm): là điện áp đã qui định cho dây quấn sơ
Điện áp thứ cấp định mức (U2đm): là điện áp giữa các đầu ra của dây quấn thứ cấp, là điện áp dây (đối với máy biến áp ba pha), khi dây quấn thứ cấp hở
mạch (không nối với tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức.
Điện áp định mức quyết định việc bố trí cuộn dây cách điện giữa các lớp, các vòng dây và lựa chọn vật liệu cách điện đểđảm bảo an toàn. Đơn vị của điện
áp định mức là V hoặc kV.
b)Dòng điện định mức
Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức.
Khi điện áp đặt vào cuộn dây sơ cấp là định mức và nối cuộn dây thứ cấp với tải có công suất bằng công suất định mức của máy biến áp thì dòng điện đo được trên cuộn dây sơ cấp là dòng điện sơ cấp định mức (I1đm và dòng điện đo được trên cuộn dây thứ cấp là dòng điện thứ cấp định mức (I2đm)
Đối với máy biến áp một pha, dòng điện định mức là dòng điện pha. Đối với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức là dòng điện dây.
Khi thiết kế máy biến áp người ta căn cứ vào dòng điện định mức để chọn tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp, xác định các t n hao năng lượng trong điện trở dây quấn để đảm bảo nhiệt độ tăng trong quá trình sử dụng không vượt quá giới hạn an toàn.
c) Công suất định mức
Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến thứ cấp ở chế độ làm việc định mức. Công suất định mức ký hiệu là Sđm, đơn vị là VA hoặc kVA
Đối với máy biến áp một pha, công suất định mức là: Sđm = U2đm I2đm = U1đm Ilđm
Đối với máy biến áp ba pha, công suất định mức là: Sđm = √ U2đm I2đm = √ U1đm Ilđm
Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi tần số, sốpha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chếđộ làm việc... của máy biến áp đó.
Trong quá trình sử dụng, nếu ta đặt máy biến áp hoạt động ở mức dưới các
đại lượng định mức thì sẽ gây lãng phí khả năng làm việc của máy biến áp, còn nếu ta đặt trên các đại lượng định mức thì gây nguy hiểm, dễ gây hỏng máy biến áp.
2.1.2. Phân loại.
Máy biến áp có thể được phân loại theo những cách khác nhau, tùy thuộc vào mục đích, cách sử dụng, cấu trúc… Có các loại máy biến áp như sau:
Máy biến áp tăng áp và máy biến áp giảm áp: thường được sử dụng đểtăng và
giảm điện áp trong lưới truyền tải và phân phối điện.
Máy biến áp 3 pha và máy biến áp 1 pha: Người ta thường sử dụng máy biến áp 3 pha nhiều hơn vì nó kinh tế hơn. Nhưng nếu liên quan đến kích thước, phù hợp hơn khi sử dụng một bộ ba máy biến áp một pha vì nó dễ dàng vận chuyển hơn so với một máy biến áp ba pha.
Máy biến áp lực, máy biến áp phân phối, máy biến áp đo lường
Máy biến áp lực thường được sử dụng trong lưới điện để tăng hoặc giảm
điện áp. Nó chủ yếu hoạt động khi tải cao hoặc trong thời gian cao điểm và có hiệu suất tối đa khi đầy tải.
Máy biến áp phân phối nhằm làm giảm điện áp để phân phối cho người sử
dụng hoặc mục đích thương mại. Loại máy này điều ch nh điện áp tốt và có thể hoạt động 24h một ngày với hiệu quả tối đa ở 50% tải.
Máy biến áp đo lường thì bao gồm máy biến áp và máy biến dòng. Loại
máy này thì dùng để giảm điện áp và dòng điện từ cao xuống giá trị thấp
hơn mà có thể đo được bằng các thiết bị truyền thống.
Máy biến áp 2 cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu: Trước đây thường được sử
dụng với tỷ số cuộn cao áp và hạ áp lớn hơn 2. Sau này nó hiệu quả về mặt
chi phí hơn khi sử dụng với máy biến áp mà tỷ số cuộn cao áp và hạ áp nhỏ hơn 2.
Máy biến áp ngoài trời và máy biến áp trong nhà: Là loại máy thiết kế để lắp
đặt ngoài trời hay lắp trong nhà.
Máy biến áp làm mát bằng dầu và máy biến áp khô: Trong máy biến áp làm mát bằng dầu, môi trường làm mát là dầu máy biến áp trong đó máy biến áp
khô thì được làm mát bằng không khí.
Máy biến áp loại Core type (mạch từ bên ngoài cuộn dây); Shell type (cuộn dây nằm bên ngoài mạch từ) và Berry type.
Máy biến áp core type có hai trụvà hai thanh ngang được gọi là khung. Lõi từ hình vuông với một mạch từ chung. Các cuộn dây hình trụ (sơ cấp và thứ