CHƯƠNG 5 : MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN BA PHA
1. KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN 3PHA
1.1. Định nghĩa
Là tổ hợp ba đơn vị xoay chiều một pha có cùng tần số và góc lệch pha là 120O được gọi là điện ba pha. Thí dụ như trong máy phát điện ba pha có ba cuộn dây khi phát điện thì tần số giống nhau nhưng góc lệch giữa các suất điện động là 120O. Căn cứ theo các phương thức truyền năng lượng của điện xoay chiều ba pha ta có ba pha ba dây và ba pha bốn dây.
1.2. Nguyên lý máy phát điện 3 pha
63
Cấu tạo: có 2 phần chính là stato và roto. Stato: bao gồm lỏi thép và dây quấn Dây quấn pha A: (A,X)
➢ Dây quấn pha B: (B,Y)
➢ Dây quấn pha C: (C,Z)
Hình 5.1: Cấu tạo máy phát điện đồng bộ ba pha
Lỏi thép ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện có dạng hình trụ rỗng bên trong có dập rãnh đặt dây quấn.
Dây quấn gồm ba bộ dây giống như nhau đặt lệch nhau góc 120o trong khơng gian, mỗi bộ dây là một pha..
Roto: là một nam châm điện Nguyên lý hoạt động: A B C x y z N S Rotor (phần động) stator (phần tĩnh) Hình 5.2 Ngun lý hoạt động
Cho dịng điện kích từ (dịng điện khơng đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rotor. Khi quay rotor bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rotor sẽ
Stato
64
cắt dây quấn phần ứng stator và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là:
E0 = 4,44.f.W1.kdq. 0
Hình 5.3 Sức điện động của 3 pha
Trong đó : E0, W1, Kdq, . 0 là sức điện động pha, số vòng dây một pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ rotor.
Khi quay roto, từ trường lần lượt quét qua các dây quấn trên stato và cảm ứng vào dây quấn các sức điện động hình sin cùng biên độ, cùng tần số và lệch pha nhau góc
3 2.
Nếu rotor có p đơi cực, khi rotor quay được một vịng, sức điện động phần ứng sẽ biến thiên p chu kì. Do đó nếu tốc độ quay của rotor là n (v/s), tần số f của sức điện động sẽ là f = p.n. Nếu tốc độ rotor tính bằng vịng/phút thì
60
n . p f =
Dây quấn ba pha stator có trục lệch nhau trong khơng gian một góc 120O điện, cho nên các sức điện động các pha lệch nhau góc pha 120O. Khi dây quấn stator nối với tải, trong các dây quấn sẽ có dịng điện ba pha. Dòng điện ba pha trong 3 dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là
p f
n 60
1 = , đúng bằng tốc độ n của rotor. Do đó kiểu máy điện này cịn được gọi là máy điện đồng bộ.
1.3. Biểu thức sức điện động 3pha
Nếu chọn pha đầu của sức điện động eA của dây quấn Ax bằng khơng, thì biểu thức tức thời sức điện động ba pha là:
eA eB eC
e
ωt
1200
65
Sức điện động pha A: eA = 2.E.sint
Sức điện động pha B: eB .E.sin( t )
3 2 2 − = Sức điện động pha C: ) t sin( . E . ) t sin( . E . eC 3 2 2 3 4 2 − = + =
Hoặc biểu diễn bằng số phức : ĖA = E.ej0º ĖB = E.e-j(2/3) ĖC = E.ej(2/3)
1.4. Đồ thị thời gian và đồ thị véc tơ
Dùng máy phát điện 3 pha tạo ra sức điện động 3 pha đối xứng, đó là hệ thống gồm 3 sức điện động eA(t), eB(t), eC(t) biến thiên hình sin theo thời gian có cùng tần số, cùng biên độ Em nhưng lệch pha đối với nhau một góc 2/3 (120O) theo thứ tự pha A, B, C:
Đồ thị biểu diễn dạng sóng điện áp
Hình 5.4 Biểu diễn dạng sóng điện áp ) t sin( E (t) eA = m +eA ) 3 2 - t sin( E (t) eA = m +eA ) 3 4 - t sin( E (t) eA = m +eA = 2f là tần số góc của dịng điện.
Đồ thị véctơ của hệ thống sức điện động ba pha đối xứng được vẽ ở hình 4.2.
66
Hình 5.5 Đồ thị véc tơ
Chú ý rằng theo quy ước, chiều dương của góc được chọn là chiều ngược chiều kim đồng hồ. Hệ thống sđđ ba pha đối xứng có tính chất đặc biệt là ở một thời điểm bất kỳ tổng các trị số tức thời của eA(t), eB(t), eB(t) đều bằng không.
eA(t) + eB(t) + eB(t) = 0
Những tính chất nói trên đây cũng đúng đối với các hệ thống dòng điện ba pha đối xứng hoặc hệ thống điện áp ba pha đối xứng.