a. Cỏch nối hỡnh sao (Y)
Cũng như mỏy phỏt điện, phụ tải ba pha cú thể đấu thành hỡnh sao (mạch ba pha 4 dõy, mạch ba pha 3 dõy).
Để nối tải hỡnh sao ta nối ba điểm cuối của cỏc pha với nhau tạo thành điểm trung tớnh, ba điểm cuối được nối với nhau tạo thành trung tớnh O của tải. Sơ đồ
b) Mạch nối sao 4 dõy a) Mạch nối sao 3 dõy
Hỡnh 4.4 Sơ đồ đấu dõy hỡnh sao Hỡnh 4.3 Đấu dõy mỏy phỏt điện xoay chiều ba pha hỡnh sao
mạch ba pha sẽ cú thể là mạch nối sao 3 dõy ( khụng dõy trung tớnh - hỡnh 4.4a)
hoặc sao 4 dõy (cú dõy trung tớnh - hỡnh 4.4b).
b. Quan hệ giữa đại lượng dõy và đại lượng pha
Căn cứ vào mạch điện ta thấy quan hệ giữa dũng điện dõy Id và dũng điện pha Ip như sau: Id = Ip (1.44)
Quan hệ giữa điện ỏp dõy và điện ỏp pha: Ud = 3.Up (1.45)
Về pha: điện ỏp dõy vượt trước điện ỏp pha tương ứng một gúc 300.
- Nếu tải ba pha là đối xứng (vớ dụ như động cơ điện) thỡ ta cú mạch ba pha đối xứng, khi đú dũng điện chạy trong dõy trung tớnh bằng 0. Trong trường hợp này cú thể khụng cần dõy trung tớnh, ta cú mạch ba pha 3 dõy.
- Nếu tải ba pha
khụng đối xứng, vớ dụ như tải sinh hoạt của khu tập thể, gia đỡnh, khi đú dũng điện chạy trong dõy trung tớnh bằng tổng 3 dũng điện pha.
Trờn thực tế, hệ thống mạng điện dõn dụng 4 dõy cú điện ỏp pha 220V.
Hỡnh 4.6 Mạch ba pha phụ tải hỡnh sao và cỏc đại lượng dũng - ỏp
Điện ỏp dõy (giữa cỏc pha) là Ud = 3 . 220 ≈ 380. Để mụ tả hệ thống này người ta thường viết 380/220V. Điều đú cú nghĩa là điện ỏp dõy là 380V và điện ỏp pha là 220V.
5.2.3. Nối phụ tải thành hỡnh tam giỏca. Cỏch nối hỡnh tam giỏc a. Cỏch nối hỡnh tam giỏc
Muốn nối hỡnh tam giỏc ta lấy đầu pha này nối với cuối pha kia. Vớ dụ trờn hỡnh 4.7 ở phớa nguồn: A nối với Z; B nối với X; C nối với Y và tượng tự đối với tải A’ nối với Z’; B’ nối với X’; C’ nối với Y’
b. Quan hệ giữa đại lượng dõy và pha
Quan hệ giữa dũng điện dõy và pha: Căn cứ vào mạch điện ta thấy quan hệ giữa dũng điện dõy Id và dũng điện pha Ip như sau:
p
d I
I = 3. (1.46)
Quan hệ giữa điện ỏp dõy và điện ỏp pha: Ud = Up (1.47)
5.2.4. Cụng suất mạch xoay chiều ba pha a. Cụng suất tỏc dụng
Cụng suất tỏc dụng P (đơn vị Oỏt, ký hiệu W), của mạch ba pha bằng tổng cụng suất tỏc dụng của cỏc pha. Gọi PA, PB, PC tương ứng là cụng suất tỏc dụng của pha A, B, C ta cú: C C C B B B A A A C B A P P U I U I U I P
P = + + = cosϕ + cosϕ + cosϕ (1.48)
Nguồn nối tam giỏc Tải nối tam giỏc
Khi mạch ba pha đối xứng:
- Điện ỏp pha hiệu dụng: UA = UB = UC = UP - Dũng điện pha hiệu dụng: IA = IB = IC = IP
- Hệ số cụng suất: cosϕ =cosϕA =cosϕB =cosϕC (1.49) P=3UPIP cosϕ =3R.IP2 (1.50)
Cụng suất tỏc dụng ba pha viết theo đại lượng dõy, ỏp dụng cho cả trường hợp hỡnh sao và tam giỏc đối xứng:
P= 3UdId cosϕ (1.51)
b. Cụng suất phản khỏng của 3 pha
Cụng suất phản khỏng Q (đơn vị VAr)
C C C B B B A A A C B A I U I U I U Q Q Q Q ϕ ϕ ϕ sin sin sin + + = + + = Khi đối xứng ta cú: ϕ ϕ 3 sin sin 3UPIP UdId Q= =
c. Cụng suất biểu kiến
Cụng suất biểu kiến S (đơn vị VA) cũn gọi là cụng suất danh định. Cụng suất biểu kiến của mỗi pha:
2 2 2 2 2 2 A; B B B; C C C A A P Q S P Q S P Q S = + = + = + Cụng suất biểu kiến của hệ thống ba pha đối xứng:
SΣ = 3.Up.Ip = 3 .Ud .Id
Hệ số cụng suất của hệ thống ba pha:
Σ Σ Σ = = S P I U P d d 3 cosϕ
5.3. Giải mạch xoay chiều ba pha đối xứng
Đối với mạch ba pha đối xứng, dũng điện, điện ỏp cỏc pha cú trị số bằng nhau và lệch pha nhau gúc 1200. Vỡ vậy khi giải mạch đối xứng ta tỏch ra một pha để giải. Trước hết ta xột nguồn điện.
5.3.1. Nguồn nối sao đối xứng (trường hợp thường gặp nhất)
Đối với mạch đối xứng ta cú quan hệ:
Vỡ thế dõy trung tớnh khụng cú tỏc dụng, cú thể bỏ qua. Điện thế điểm trung tớnh của tải đối xứng bằng điện thế của điểm trung tớnh của nguồn.
Nếu gọi sức điện động pha của nguồn là Ep thỡ: Up = Ep Điện ỏp dõy phớa đầu nguồn là:
5.3.2. Nguồn nối tam giỏc đối xứng
Điện ỏp pha phớa đầu nguồn là: Up = Ep Điện ỏp dõy phớa đầu nguồn là: Ud = Up = Ep
Từ giỏ trị điện ỏp dõy (hoặc điện ỏp pha) của mạch điện ba pha, xỏc định được điện ỏp pha của tải. Dưới đõy ta xột cỏc trường hợp cụ thể:
a. Khi khụng xột tổng trở dõy dẫn
Điện ỏp đặt lờn mỗi pha tải là:
Tổng trở pha tải:
Rp, Xp - là điện trở, điện khỏng mỗi pha tải, đơn vị là ễm (Ω); Ud - điện ỏp dõy của mạch điện ba pha
Dũng điện pha của tải:
Gúc lệch pha ϕ giữa điện ỏp pha và dũng điện pha là:
Vỡ tải nối hỡnh sao nờn dũng điện dõy bằng dũng điện pha nờn:
b. Khi cú tổng trở dõy pha
Cỏch tớnh toỏn cũng tương tự, nhưng phải gộp tổng trở đường dõy với tổng trở pha tải để tớnh dũng điện pha.
Trong đú: Rd, Xd điện trở, điện khỏng đường dõy.
5.3.3. Mạch ba pha tải nối tam giỏc đối xứng
Điện ỏp pha tải bằng điện ỏp dõy (hình 4.8 )
Gúc lệch pha ϕ giữa điện ỏp pha và dũng điện pha tương ứng:
Hình 4.8 Mạch 3 pha tải nụ́i tam giác đụ́i xứng
Dũng điện dõy Id và chậm sau dũng điện pha gúc 300.
a. Khi khụng cú tổng trở đường dõy
Dũng điện pha là:
b. Khi cú tổng trở đường dõy
Biến đổi mạch tam giỏc thành mạch sao. Tổng trở mỗi pha mạch tam giỏc:
Biến đổi sang hỡnh sao:
Sau đú giải như bài toỏn mạch sao cú Zd. Dũng điện dõy khi nối tam giỏc là:
Dũng điện pha của tải khi nối tam giỏc:
Bài tập ỏp dụng Vớ dụ 1:
Ba phụ tải giống nhau, mỗi cuộn cú R = 30Ω, X = 40Ω, đấu hỡnh tam giỏc, đặt vào điện ỏp ba pha cõn bằng cú Up = 220V. Tỡm dũng điện trong mỗi tải và tổng cụng suất mạch tiờu thụ.
Giải:
Tổng trở mỗi tải:
Z = R2 + X2 = 302 +402 = 50 (Ω)
Mạch đấu tam giỏc nờn U d bằng Up. Dũng điện trong mỗi pha của tải là như nhau và được tớnh: I = 50 220 = Z U = 4,4 (A) Cụng suất tiờu thụ toàn mạch:
SΣ = 3.Up. Ip = 3 . 220 . 4,4 = 2904 (VA)
Kết luận: Dũng điện qua mỗi tải là 4,4A và cụng suất biểu kiến toàn mạch là 2904VA.
Vớ dụ 2:
Hình 4.9. Mạch 3 pha tải nụ́i tam giác đụ́i xứng, có tụ̉ng trở đường dõy
Động cơ ba pha đấu sao đặt vào lưới điện ba pha Ud = 220V, tiờu thụ
cụng suất P = 2kW, cosφ = 0.75. Xỏc định dũng điện dõy, dũng điện pha và tổng trở mỗi pha.
Giải:
Áp dụng cụng thức xỏc định cụng suất tỏc dụng: P = 3.Ud.Id.Cosφ
Từ đú ta xỏc định được dũng điện dõy: Id = U Cosϕ P d. . 3 = 75 , 0 . 220 . 3 2000 ≈ 7 (A) Mạch đấu hỡnh sao nờn Id bằng Ip.
Tổng trở mỗi pha: Z = Up/Ip Trong đú Up = 3 1 Ud = 127 (V) Ip = Id = 7 (A) Vậy Z = 7 127 ≈ 18,1 (Ω) CÂU HỎI ễN TẬP
1. Thế nào là hệ thống điện ba pha? Trỡnh bày nguyờn tắc tạo ra dũng điện xoay chiều ba pha.
2. Cho gúc pha ban đầu điện ỏp pha A bằng 0, gúc lệch pha giữa dũng điện và điện ỏp mỗi pha là φ, hệ ba pha là đối xứng. Viết biểu thức điện ỏp và dũng điện ba pha.
3. Căn cứ vào số dõy dẫn ta cú mấy hệ thống ba pha? Tại sao cú thể đấu ba pha thành hỡnh sao hay tam giỏc? So sỏnh hai cỏch đấu này về cỏc mặt: Sơ đồ, cỏc đại lượng dõy và pha, cụng suất cũng như ý nghĩa của chỳng.
4. Nờu ý nghĩa dõy trung tớnh trong mạch ba pha đấu sao. Trong trường hợp nào cú thể bỏ dõy trung tớnh?
1. Ba cuộn dõy giống nhau, mỗi cuộn cú R = 10Ω, X = 10Ω, đấu hỡnh sao, đặt vào điện ỏp ba pha cõn bằng cú Ud = 220V. Tỡm dũng điện trong mỗi cuộn dõy và cụng suất mạch tiờu thụ.
2. Động cơ ba pha trờn nhón cú ghi Y/Δ, 380/220V. Giải thcớ ký hiệu đú. Nếu điện ỏp của nguồn cung cấp là Ud = 380V thỡ phải đấu như thế nào?
3. Phụ tải ba pha đối xứng, trở khỏng mỗi pha R = 5Ω, X = 5 3Ω, đặt vào nguồn cú Ud = 100V. Xỏc định dũng điện dõy, cụng suất mạch tiờu thụ trong hai trường hợp tải đấu sao và đấu tam giỏc.
4. Động cơ ba pha đấu tam giỏc đặt vào lưới điện ba pha Ud = 220V, tiờu thụ cụng suất P = 5.28kW, cosφ = 0.8. Xỏc định dũng điện dõy và dũng điện pha.
5. Mạch ba pha cú dõy trung tớnh cung cấp cho búng đốn, Ud=380V. Pha A cú 11 búng đốn 40W; pha B và pha C mỗi pha cú 2 búng đốn 60W; 1búng đốn 100W. Tất cả cỏc búng đốn cú điện ỏp định mức là 220V. Biết điện ỏp cỏc pha là đối xứng. Tỡm búng điện trong dõy trung tớnh?
6. MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
6.1. Cấu tao, phõn loại và nguyờn lý làm việc của mỏy biến ỏp6.1.1. Khỏi niệm về mỏy biến ỏp 6.1.1. Khỏi niệm về mỏy biến ỏp
Để biến đổi điện ỏp (dũng điện) của dũng xoay chiều từ giỏ trị cao đến giỏ trị thấp hoặc ngược lại ta dựng mỏy biến ỏp.
Mỏy biến ỏp một pha là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyờn lý cảm ứng điện từ, dựng để biến đổi điện ỏp xoay chiều một pha từ điện ỏp này sang điện ỏp khỏc cú tần số khụng đổi.Trong cỏc bản vẽ, mỏy biến ỏp ký hiệu như
(hỡnh vẽ 5.1).
Đầu vào của mỏy biến ỏp nối với nguồn điện được gọi là sơ cấp. Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp. Cỏc đại lượng và cỏc thụng số sơ cấp cú chỉ số 1. Cỏc đại lượng và thụng số thứ cấp cú chỉ số 2.
Nếu điện ỏp thứ cấp lớn hơn điện ỏp sơ cấp là mỏy tăng ỏp ngược lại là mỏy giảm ỏp.
6.1.2. Cấu tạo của mỏy biến ỏp một pha
Gồm hai bộ phận chớnh: Lừi thộp và dõy quấn.
- Lừi thộp mỏy biến ỏp
Dựng để dẫn từ thụng, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là cỏc lỏ thộp kỹ thuật điện cú bề dày từ 0.35mm đến 1mm được ghộp cỏch điện với nhau. Để giảm dũng điện xoỏy trong lừi thộp, người ta dựng lỏ thộp kỹ thuật điện, hai mặt cú
Hình 5.2. Cṍu tạo của Máy biờ́n áp 1 pha Hình 5.1 Hệ thống điện đơn giản sử dụng mỏy biến ỏp
sơn cỏch điện ghộp lại với nhau thành lừi thộp. Lừi thộp gồm 2 phần là trụ và gong: trụ để đặt dõy quấn; cũn gụng nối liền giữa cỏc trụ để khộp kớn mạch từ.
- Dõy quấn mỏy biến ỏp
Được chế tạo bằng dõy đồng hoặc nhụm cú tiết diện trũn hoặc chữ nhật, bờn ngoài dõy dẫn cú bọc cỏch điện. Dõy quấn được lồng vào trụ thộp. Giữa cỏc vũng dõy, giữa cỏc cuộn dõy và giữa cuộn dõy với vỏ đều cú cỏch điện. Mỏy biến ỏp thường cú hai hay nhiều cuộn dõy:
+ Dõy quấn nối với nguồn (cuộn dõy sơ cấp) thường cú tiết diện dõy nhỏ và số vũng dõy lớn.
+ Dõy quấn nối với tải (cuộn dõy thứ cấp) thường cú tiết diện dõy lớn, số vũng dõy ớt.
Mỏy biến ỏp cú cụng suất nhỏ thỡ làm mỏt bằng khụng khớ
Mỏy cú cụng suất lớn thỡ làm mỏt bằng dầu, vỏ thựng cú cỏnh tản nhiệt
6.1.3. Phõn loại mỏy biến ỏp
- Tựy theo nhiệm vụ của mỏy biến ỏp ta cú cỏc loại mỏy: mỏy biến ỏp điện lực, mỏy biến ỏp đo lường, mỏy biến ỏp hàn, mỏy biến ỏp chuyờn dụng, mỏy biến ỏp thớ nghiệm...;
- Theo số cuộn dõy quấn cú: Mỏy biến ỏp một hay nhiều dõy quấn;
- Theo lừi thộp cú mỏy kiểu bọc, kiểu trụ, vừa bọc vừa trụ, kiểu hỡnh xuyến.
6.1.4. Nguyờn lý hoạt động của mỏy biến ỏp
Hỡnh vẽ sơ đồ nguyờn lý của mỏy biến ỏp một pha cú hai dõy quấn W1 và W2. Khi nối cuộn dõy sơ cấp vào điện ỏp xoay chiều u1, trong dõy quấn W1 sẽ cú
dũng điện i1 chạy qua, sinh ra từ trường B biến thiờn theo qui luật của dũng điện i1.Từ trường B cú từ thụng chớnh φ chạy trong lừi thộp, múc vũng qua hai dõy quấn W1 và W2 và biến thiờn theo i1.
Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiờn của từ thụng Φ làm cảm ứng trong dõy quấn sơ cấp sức điện động:
e1 = -W1d
dt
Φ
và trong dõy quấn thứ cấp
sức điện động: Hỡnh 5.3 Nguyờn lý hoạt động
e2 = -W2d
dt
Φ
Trong đú: W1, W2 là số vũng của dõy quấn sơ cấp và thứ cấp.
Khi mỏy biến ỏp khụng tải, dõy quấn thứ cấp hở mạch, dũng điện i2 = 0, từ thụng chớnh φ trong lừi thộp chỉ do dũng sơ cấp io sinh ra.
Khi mỏy biến ỏp cú tải Zt, trong mạch thứ cấp cú dũng điện i2, khi đú từ thụng chớnh do cả hai dũng sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra. Điện ỏp U1 hỡnh sin nờn từ thụng cũng biến thiờn hỡnh sin.
Φ = Φmaxsinωt e1 = -W1d( maxsin t) dt ω Φ = W1 . ω.Φmaxsin(ωt- 2 π ) = E1 2sin(ωt- 2 π ) (2.1) e2 = -w2d( maxsin t) dt ω Φ = W2 . ω.Φmaxsin(ωt- 2 π ) = E2 2sin(ωt-π2) (2.2) Trong đó: E1 = 4,44fw1Φmax (2.3) E2 = 4,44fw2Φmax (2.4)
E1, E2 là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp, thứ cấp. Tỷ số E1/ E2 gọi là hệ số biến ỏp k:
Nếu bỏ qua điện trở dõy quấn và từ thụng tản ra ngoài khụng khớ, thỡ cú thể coi gần đỳng U1 ≈ E1; U2 ≈ E2 nờn:
Kết luận: Tỷ số điện ỏp sơ cấp và thứ cấp gần đỳng bằng tỷ số vũng dõy sơ cấp và thứ cấp.
Đối với mỏy tăng ỏp thỡ: U2 > U1 và W2 > W1; với mỏy giảm ỏp thỡ: U2 < U1 và W2 < W1
Như vậy, dõy quấn sơ cấp và thứ cấp khụng trực tiếp liờn hệ với nhau về điện nhưng nhờ cú từ thụng chớnh, năng lượng đó được truyền từ mạch sơ cấp sang mạch thứ cấp.
Nếu bỏ qua tổn hao trong mỏy biến ỏp, thỡ cú thể coi gần đỳng hoặc:
6.2. Cỏc chế độ làm việc của mỏy biến ỏp.
* Chế độ khụng tải
Khỏi niệm
Chế độ khụng tải là chế độ mà
phớa thứ cấp hở mạch, phớa sơ cấp đặt vào điện ỏp (hỡnh 5.4)
Đặc điểm của chế độ khụng tải:
+ Dũng điện thứ cấp I2 = 0
+ Dũng điện sơ cấp I10 ≤ 10%I1đm. Dũng điện khụng tải gồm hai thành phần: dũng điện kớch từ và dũng điện tổn hao trong lừi thộp. Dũng điện kớch từ là phần chớnh của dũng điện
khụng tải cũn dũng điện tổn hao khụng đỏng kể cú thể bỏ qua.
+ Dũng điện kớch từ sinh ra từ thụng chớnh, từ thụng chớnh này sinh ra sức điện động cảm ứng E1 và E2. Do khi ở trạng thỏi khụng tải trị số của
điện ỏp của cuộn sơ cấp U1 tương đương với sức điện động E1
U1 ≈ E1
Điện ỏp khụng tải cuộn thứ cấp U20 bằng sức điện động hỗ cảm E2 trong
cuộn thứ cấp: U20 ≈ E2 (2.5) Tỷ số biến ỏp: k = 1 2 U U = 1 1 2 2 E w E = w (2.6) * Chế độ ngắn mạch