Three Phase circuit (mạch điện 3 pha)

CAN THO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FACULTY OF ELECTRICITY ELECTRONICS – TELECOMMUNICATIONS COURSE REPORT ENGLISH FOR ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING TECHNOLOGY THREE PHASE CIRCUITS INSTRUCTOR Masters Trung Khanh Tran STUDENT Chi Tinh Ho ID 1800844 Can Tho – 2022 CONTENTS Chi Tinh Ho i CONTENTS CONTENTS i INTRODUCTION 1 CHAPTER 1 THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA) 2 1 1 INTRODUCTION ( GIỚI THIỆU) 2 1 2 THREE PHASE SYSTEMS (HỆ THỐNG BA PHA) 3 1 2 1 IDEAL THREE PHASE POWER SOURCES (NGUỒN BA PH.

CAN THO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FACULTY OF ELECTRICITY - ELECTRONICS – TELECOMMUNICATIONS

COURSE REPORT ENGLISH FOR ELECTRICAL AND ELECTRONIC

Can Tho – 2022

CONTENTS

CONTENTS

CONTENTS i

INTRODUCTION 1

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA) 2

1.1 INTRODUCTION ( GIỚI THIỆU) 2

1.2 THREE-PHASE SYSTEMS (HỆ THỐNG BA PHA) 3

1.2.1 IDEAL THREE-PHASE POWER SOURCES (NGUỒN BA PHA LÝ TƯỞNG) 5

1.2.1.1 Wye-Connected Ideal Three-Phase Source (Nguồn ba pha lý tưởng đấu sao) 10

1.2.1.2 Delta-Connected Ideal Three-Phase Source ( nguồn ba pha lý tưởng đấu tam giác) 13

1.2.2 BALANCED THREE-PHASE LOADS (TẢI BA PHA CÂN BẰNG) 15

1.3 UNBALANCED THREE-PHASE LOADS ( TẢI BA PHA KHÔNG CÂN BẰNG) 26

CHAPTER 2: GRAMMAR AND VOCABULARY 27

2.1 GRAMMAR 27

2.1.1 Comparisons (So sánh) 27

2.1.2 Passive Voice (Câu bị động) 27

2.1.3 Conjuntions (Liên từ) 28

2.1.4 Present Perfect Tense (Thì hiện tại hoàn thành) 28

2.1.5 Present Simple Tense (Thì hiện tại đơn) 28

INTRODUCTION

INTRODUCTION

Language is very important for people to communicate with each other It is not only

a vehicle for communicating thoughts and ideas, but also for building friendships, economic relationships, and cultural and social ties Any language is a gift, knowledge that God has given to man Certainly, learning a language will help us develop ourselves, our minds and even our personalities Moreover, in today's modern life, where English has become an international language, the importance of English is emphasized

English is one of the most popular languages in the world Many developed countries

in the world use this language In which, the US and the UK are two countries with a long and developed industry To understand and develop the economy and technology of these countries, technical English translation is needed

In addition, the US and UK also play important roles in industries around the world These include military and civil aircraft manufacturing, high-tech construction machinery, electronic equipment, agricultural machinery, office equipment, biotechnology, chemical technology, and medicine …

Since our country joined the WTO, the demand for international cultural exchange and economic integration is increasing English translation has become an indispensable part of the activities of many economic organizations, corporations, companies and individuals in countries around the world and in Vietnam

Therefore, I have translated Electrical Machines with Matlab - Turan Gönen (part Three - Phase Circuit)

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

1.1 INTRODUCTION ( GIỚI THIỆU)

In a single-phase ac circuit, instantaneous power to a load is of a pulsating nature Even at unity power factor (i.e., when the voltage and the current are in phase with respect to each other), the instantaneous power is less than unity (i.e., when the voltage and the current are not in phase) The instantaneous power is not only zero four times in each cycle but it is also negative twice in each cycle Therefore, because

of economy and performance, almost all electrical power is produced by polyphase sources (i.e., by those generating voltages with more than one phase)

(Trong mạch điện xoay chiều một pha, công suất tức thời cấp cho tải có tính chất dao động Ngay cả ở hệ số công suất thống nhất (nghĩa là khi điện áp và dòng điện cùng pha với nhau), công suất tức thời nhỏ hơn sự thống nhất (tức là khi điện áp và dòng điện không cùng pha) Công suất tức thời không chỉ bằng không bốn lần trong mỗi chu kỳ mà nó còn âm hai lần trong mỗi chu kỳ Do đó, vì tính kinh tế và hiệu suất, hầu như tất cả điện năng được sản xuất bởi các nguồn nhiều pha (tức là bởi những nguồn tạo ra điện áp có nhiều hơn một pha)

A polyphase generator has two or more single phases connected so that they provide loads with voltages of equal magnitudes and equal phase differences.For example, in

a balanced n-phase system, there are n voltage sources connected together Each phase voltage (or source) alternates sinusoidally, has the same magnitudes, and has a phase difference of 360/n° (where n is the number of phases) from its adjacent voltage phasors, except in the case of two-phase systems.Generators of 6, 12, or even 24 phases are sometimes used with polyphase recti ers to supply power with low levels

of ripples in voltage on the do side in the range of kilowatts Today, virtually all the power produced in the world is three-phase power with a frequency of 50 or 60 Hz

In the United States, 60 Hz is the standard frequency Recently, six-phase power transmission lines have been proposed because of their ability to increase power

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

trong hệ thống n pha cân bằng, có n nguồn điện áp được nối với nhau Mỗi điện áp pha (hoặc nguồn) thay đổi theo hình sin, có cùng độ lớn và có độ lệch pha 360 / n ° (trong đó n là số pha) so với các pha điện áp liền kề của nó, ngoại trừ trường hợp hệ thống hai pha Máy phát điện 6, 12 hoặc thậm chí 24 pha đôi khi được sử dụng với

bộ chỉnh lưu nhiều pha để cung cấp điện với mức độ gợn sóng điện áp thấp ở mặt bên trong phạm vi kilowatt Ngày nay, hầu như tất cả điện năng được sản xuất trên thế giới là điện ba pha với tần số 50 hoặc 60 Hz Ở Hoa Kỳ, 60 Hz là tần số tiêu chuẩn Gần đây, các đường dây tải điện sáu pha đã được đề xuất vì khả năng tăng cường truyền tải điện trên các đường dây hiện có và giảm tác động môi trường điện.)

1.2 THREE-PHASE SYSTEMS (HỆ THỐNG BA PHA)

As previously stated, even though other polyphase systems are feasible, the power utility industry has adopted the use of three-phase systems as the standard Consequently, most of the generation, transmission, distribution, and heavy-power utilization of electrical energy are done using three-phase systems A three-phase system is supplied by a three-phase generator (i.e., alternator), which consists essentially of three single-phase systems displaced in time phase from each other by one-third of a period, or 120 electrical degrees The advantages of three-phase systems over single-phase systems are as follows:

(Như đã nêu trước đây, mặc dù các hệ thống nhiều pha khác là khả thi, nhưng ngành công nghiệp điện lực đã áp dụng việc sử dụng hệ thống ba pha làm tiêu chuẩn Do

đó, hầu hết việc tạo ra, truyền tải, phân phối và sử dụng công suất nặng của năng lượng điện được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống ba pha Hệ thống ba pha được cung cấp bởi máy phát điện ba pha (tức là máy phát điện xoay chiều), về cơ bản bao gồm ba hệ thống một pha được dịch chuyển trong pha thời gian cách nhau một phần ba chu kỳ hoặc 120 độ điện Ưu điểm của hệ thống ba pha so với hệ thống một pha như sau)

• Less conductor material is required in the three-phase transmission of power and therefore it is more economical

• Constant rotor torque and therefore steady machine output can be achieved

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

• Three-phase machines (generators or motors) have higher ef ciencies

• Three-phase generators may be connected in parallel to supply greater power more easily than single-phase generators

(• Cần ít vật liệu dẫn hơn trong quá trình truyền tải điện ba pha và do đó nó tiết kiệm hơn

• Mô-men xoắn rôto không đổi và do đó có thể đạt được công suất máy ổn định

• Máy ba pha (máy phát điện hoặc động cơ) có hiệu suất cao hơn

• Máy phát điện ba pha có thể được kết nối song song để cung cấp công suất lớn

dễ dàng hơn so với máy phát điện một pha)

Figure 2.1a shows the structure of an elementary three-phase and two-pole ac generator (also called an alternator) Its structure has basically two parts: the stationary outside part which is called the stator and the rotating inside part which is called the rotor The eld winding is located on the rotor and is excited by a direct current source through slip rings located on the common shaft Thus, an alternator has a rotating electromagnetic eld; however, its stator windings are stationary The elementary generator shown in Figure 2.1a has three identical stator coils (aa', bb', and cc'), of one or more turns, displaced by 120° in space with respect to each other

If the rotor is driven counterclockwise at a constant speed, voltages will be generated

in the three phases according to Faraday’s law, as shown in Figure 2.1b Notice that the stator windings constitute the armature of the generator (unlike dc machines where the armature is the rotor) Thus, the eld rotates inside the armature Each of the three stator coils makes up one phase in this single generator Figure 2.1b shows the generated voltage waveforms in time domain, while Figure 2.1c shows the corresponding phasors of the three voltages The stator phase windings can be connected in either wye or delta, as shown in Figure 2.2a and b, respectively In wye con guration, if a neutral conductor is brought out, the system is de ned as a four-wire three-phase system; otherwise, it is a three-wire, three-phase system In a delta

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

đứng yên bên ngoài được gọi là stato và phần quay bên trong được gọi là rôto Cuộn dây trường nằm trên rôto và được kích thích bởi nguồn dòng điện một chiều thông qua các vòng trượt nằm trên trục chung Do đó, một máy phát điện có một trường điện từ quay; tuy nhiên, cuộn dây stato của nó là đứng yên Máy phát điện sơ cấp được thể hiện trong Hình 2.1a có ba cuộn dây stato giống hệt nhau (aa ', bb' và cc '), gồm một hoặc nhiều vòng, được đặt lệch nhau 120 ° trong không gian so với nhau Nếu rôto được dẫn động ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ không đổi, điện áp sẽ được tạo ra trong ba pha theo định luật Faraday, như thể hiện trong Hình 2.1b Chú

ý rằng các cuộn dây stato cấu thành phần ứng của máy phát điện (không giống như máy điện một chiều mà phần ứng là rôto) Do đó, trường quay bên trong phần ứng Mỗi cuộn dây trong số ba cuộn dây stato tạo nên một pha trong máy phát điện duy nhất này Hình 2.1b cho thấy các dạng sóng điện áp được tạo ra trong miền thời gian, trong khi Hình 2.1c cho thấy các phasors tương ứng của ba điện áp Các cuộn dây pha của stato có thể được kết nối theo kiểu wye hoặc delta, như thể hiện trong Hình 2.2a và b, tương ứng Nói cách khác, nếu dây dẫn trung tính được đưa ra ngoài, hệ thống được coi là hệ thống ba pha bốn dây; nếu không, nó là hệ thống ba dây, ba pha Trong kết nối delta, không tồn tại trung tính và do đó nó là hệ thống ba pha ba dây)

1.2.1 IDEAL THREE-PHASE POWER SOURCES (NGUỒN BA PHA LÝ TƯỞNG)

An ideal and balanced three-phase voltage source has three equal voltages that are 120° out of phase with respect to one another, as shown in Figure 2.3 Therefore, the balanced three-phase voltages given in the abc phase sequence* (or phase order) can

be expressed as

(Một nguồn điện áp ba pha cân bằng và lý tưởng có ba điện áp bằng nhau lệch pha nhau 120 °, như hình 2.3 Do đó, điện áp ba pha cân bằng cho trong thứ tự pha abc (hoặc thứ tự pha) có thể được biểu thị bằng)

𝑉𝑏 = 𝑉𝜙 ∠ 2400 = 𝑉𝜙 ∠ − 1200 (2.2)

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

where Vϕ is the magnitude of the phase voltage given in rms value Similarly, the balanced threephase voltages given in the acb phase sequence can be expressed as

(trong đó Vϕ là độ lớn của điện áp pha đã cho ở giá trị rms Tương tự, điện áp ba chiều cân bằng được đưa ra trong thứ tự pha acb có thể được biểu thị bằng)

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

FIGURE 2.1 (a) Basic structure of an elementary three-phase, two-pole ac generator;

(b) generated voltage waveforms in time domain; and (c) corresponding voltage phasors

(HÌNH 2.1 (a) Cấu tạo cơ bản của máy phát điện xoay chiều ba pha, hai cực sơ cấp; (b) các dạng sóng điện áp được tạo ra trong miền thời gian; và (c) các phasors điện

áp tương ứng.)

𝑉𝑐 = 𝑉𝜙 ∠ 2400 = 𝑉𝜙 ∠ − 1200 (2.6)

Furthermore, in the balanced three-phase systems, each phase has equal impedance

so that the resulting phase currents are equal and phase-displaced from each other by 120° The term balanced describes three-phase voltages or currents, which are equal

in magnitude and are 120°

(Hơn nữa, trong hệ thống ba pha cân bằng, mỗi pha có trở kháng bằng nhau để các dòng pha tạo ra bằng nhau và lệch pha với nhau một góc 120 ° Thuật ngữ cân bằng

mô tả điện áp hoặc dòng điện ba pha, có độ lớn bằng nhau và là 120 °)

FIGURE 2.2 Stator phase windings connected in (a) wye and (b) delta

(HÌNH 2.2 Các cuộn dây pha của stato được kết nối trong (a) wye và (b) delta.)

out of phase with respect to each other, and form a symmetrical three-phase set If the three phase system is balanced, then equal real and reactive power ow in each phase

On the other hand, if the three-phase system is not balanced, it may lack some or all

of the aforementioned characteristics

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

(lệch pha so với nhau và tạo thành bộ ba pha đối xứng Nếu hệ thống ba pha là cân bằng thì công suất phản kháng và thực trong mỗi pha bằng nhau Mặt khác, nếu hệ thống ba pha không được cân bằng, nó có thể thiếu một số hoặc tất cả các đặc điểm nói trên.)

Figure 2.4a and b shows a wye-connected and a delta-connected* ideal three-phase source, respectively The corresponding voltage and current phasor diagrams are shown in Figure 2.5 The use of double-subscript notation greatly simpli es the phasor analysis In the case of voltages, the subscripts indicate the points between which the voltage exists Here, the rst subscript is de ned as positive with respect to the second Therefore, the order of subscripts indicates the direction in which the voltage rise is

de ned For example, Van = − Vna Hence, switching the order of the subscript causes

a 180° phase shift in the variable Similarly, in the case of currents, the subscript order indicates the from–to direction The nodes a, b, and c are called the terminals or lines, and the point n is called the neutral The branches a–n, b–n, and c–n are de ned as the phases of the source

(Hình 2.4a và b cho thấy nguồn ba pha lý tưởng được kết nối wye và kết nối tam giác tương ứng Biểu đồ phasor điện áp và dòng điện tương ứng được thể hiện trên hình 2.5 Việc sử dụng ký hiệu chỉ số kép giúp đơn giản hóa rất nhiều việc phân tích phasor Trong trường hợp điện áp, các chỉ số dưới chỉ ra các điểm mà giữa đó điện

áp tồn tại Ở đây, chỉ số con đầu tiên được coi là tích cực so với chỉ số thứ hai Do

đó, thứ tự của các chỉ số cho biết hướng mà điện áp tăng là de ned Ví dụ, V an = -

V na Do đó, việc chuyển đổi thứ tự của chỉ số con gây ra sự lệch pha 180 ° trong biến Tương tự, trong trường hợp dòng điện, thứ tự chỉ số phụ cho biết hướng từ – đến Các nút a, b và c được gọi là đầu cuối hoặc đường thẳng, và điểm n được gọi là điểm trung tính Các nhánh a – n, b – n và c – n được coi là các pha của nguồn.)

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

Vb

rotation of phasors

FIGURE 2.3 Phasor diagrams for balanced three-phase voltages, arranged in (a)

positive (or abc) phase sequence and (b) negative (or acb) phase sequence

(HÌNH 2.3 Sơ đồ phasor cho điện áp ba pha cân bằng, được sắp xếp theo thứ tự pha (a) dương (hoặc abc) và (b) thứ tự pha âm (hoặc acb)

FIGURE 2.4 Ideal three-phase source connected in (a) wye and (b) delta

(HÌNH 2.4 Nguồn ba pha lý tưởng được kết nối trong (a) wye và (b) delta)

o f s

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

The voltages Van, Vbn, and Vcn are de ned as the neutral voltages or ground voltages or simply phase voltages The voltages Vab, Vbc, and Vca are de ned

line-to-as the line-to-line voltages or phline-to-ase-to-phline-to-ase voltages or simply line voltages In general, whenever a three-phase voltage level is given, it is understood that it is a line voltage unless otherwise specied

(Các điện áp V an , V bn và V cn được gọi là điện áp dây - trung tính hoặc điện áp nối đất hoặc đơn giản là điện áp pha Các điện áp Vab, Vbc và Vca được gọi là điện áp dây-to-line hoặc điện áp pha-pha hoặc đơn giản là điện áp đường dây Nói chung, bất cứ khi nào mức điện áp ba pha được đưa ra, người ta hiểu rằng đó là điện áp đường dây trừ khi có quy định khác)

1.2.1.1 Wye-Connected Ideal Three-Phase Source (Nguồn ba pha lý tưởng đấu sao)

Figure 2.5a illustrates how to determine the line voltages graphically from the given balanced phase voltages, if the source is connected in wye (or star) The line voltages can be determined mathematically as

(Hình 2.5a minh họa cách xác định điện áp đường dây bằng đồ thị từ các điện áp pha cân bằng đã cho, nếu nguồn được kết nối theo kiểu wye (hoặc hình sao) Điện áp đường dây có thể được xác định bằng toán học như)

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

FIGURE 2.5 Phasor diagrams for three-phase sources: (a) phase and line voltages in

a wye connection, (b) line currents in a wye connection, (c) phase and line currents

in a delta connection, and (d) line voltages in a delta connection

(HÌNH 2.5 Sơ đồ phasor cho nguồn ba pha: (a) điện áp pha và điện áp dây đấu sao, (b) dòng điện dây đấu sao, (c) dòng pha và dòng dây đấu tam giác, và (d) điện áp dây đấu tam giác)

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑐𝑛+ 𝑉𝑛𝑎

= 𝑉𝑐𝑛 − 𝑉𝑎𝑛

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

= √3𝑉𝜙 ∠ 1500

= 𝑉𝐿 ∠ 1500 (2.9)

where

Vϕ is the the magnitude of the phase voltage

VL is the magnitude of the line voltage

in a wye connection Figure 2.6a and b shows alternative ways of drawing the phasors given in Figure 2.5a and b, respectively As can be seen in those gures, the sum of the line voltages is zero for a balanced system, that is,

(Các điện áp đường dây cũng lệch pha nhau 120 ° so với nhau và tạo thành bộ ba pha đối xứng Hình 2.5b cho thấy rằng mỗi dòng điện trễ pha của nó một góc pha bằng nhau Tuy nhiên, dòng pha và dòng giống nhau trong kết nối wye Hình 2.6a và

b cho thấy các cách khác nhau để vẽ các phasors được đưa ra trong Hình 2.5a và b, tương ứng Như có thể thấy trong những thiết bị đó, tổng của điện áp đường dây bằng

0 đối với một hệ thống cân bằng, nghĩa là)

And similary,

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

(Do đó, dây dẫn trung tính không mang bất kỳ dòng điện nào (tức là, In = 0) nếu cả nguồn và tải đều cân bằng Mặt khác,)

FIGURE 2.6 Alternative methods of drawing phasors: (a) voltage phasor diagram

and (b) current phasor diagram

1.2.1.2 Delta-Connected Ideal Three-Phase Source ( nguồn ba pha lý tưởng đấu tam giác)

Figure 2.5c illustrates how to determine the line currents graphically from the given balanced phase currents, if the source is connected in delta (or mesh) The line currents can also be determined mathematically For example, if the balanced phase currents are given in abc phase sequence as

(Hình 2.5c minh họa cách xác định dòng điện bằng đồ thị từ các dòng pha cân bằng

đã cho, nếu nguồn được kết nối trong delta (hoặc lưới) Các dòng điện cũng có thể được xác định bằng toán học Ví dụ, nếu dòng điện pha cân bằng được cho trong thứ

tự pha abc như là)

CHAPTER 1: THREE – PHASE CIRCUITS (MẠCH 3 PHA)

Iϕ is the magnitude of the phase current

(I ϕ là độ lớn của dòng điện pha)

IL is the magnitude of the line current

(là độ lớn của dòng điện dây)

The line currents are also 120° out of phase with respect to each other and form a symmetrical three-phase set Figure 2.5c shows that the phase and line currents are not in phase with each other

(Các dòng điện cũng lệch pha 120 ° so với nhau và tạo thành bộ ba pha đối xứng Hình 2.5c cho thấy pha và dòng điện không cùng pha với nhau.)