Bài giảng Kỹ thuật điện B: Chương 3 - Mạch điện 3 pha

Bài giảng Kỹ thuật điện B: Chương 3 được biên soạn nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy. Nội dung bài giảng gồm: Khái niệm chung, nguồn 3 pha, tải 3 pha, công suất của mạch 3 pha, giải mạch 3 pha đối xứng,...Mời các bạn cùng tham khảo!

CHÖÔNG 3

BA PHA

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Dòng điện xoay chiều 3 pha đươc sử dung rộng rãi trong

Dong điện xoay chieu 3 pha được sư dụng rộng rai trong công nghiệp vì :

Truyền tải điện năng bằng mach điện 3 pha tiết kiệm

- Truyen tai điện nang bang mạch điện 3 pha tiet kiệm được dây dẫn, giảm bớt tổn thất điện năng và tổn thất điện áp so với truyền tải bằng dòng một pha

ap so vơi truyen tai bang dong một pha.

- Động cơ điện 3 pha có cấu tạo đơn giản và đặc tính tốt hơn động cơ điện một pha

hơn động cơ điện một pha.

Mạch điện 3 pha bao gồm : nguồn điện 3 pha, đường

dây truyền tải và các tải 3 pha.

Phần tĩnh (stator) : gồm lõi thép

có xẻ rãnh, trong các rãnh đặt ba

quan stator, lam xuat hiện cac sưc điện động cam ưng trong moipha dây quấn : eA, eB, eC Các sức điện động này có dạng hìnhsin, cùng biên độ, cùng tần số, và lệch nhau một góc 120°

g bộ dây quấn AX (pha A), BY

(pha B) và CZ (pha C); có cùng

số vòng dây và lệch nhau 1 góc

Nguồn 3 pha này được gọi là nguồn 3 pha đối xứng (hay cânbằng)

so vong day va lệch nhau 1 goc

120° trong không gian.

3.2 NGUỒN 3 PHA

1/ Cách tao ra nguồn điện 3 pha

Nếu chon sức điện động e của pha A có góc pha ban đầu

Neu chọn sưc điện động eA cua pha A co goc pha ban đau bằng 0, ta có :

t E

3.2 NGUỒN 3 PHA

2/ Nguồn 3 pha nối hình sao (Y) Quan hệ giữa các đai

2/ Nguon 3 pha noi hình sao (Y) – Quan hệ giưa cac đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng

Ba điểm cuối X Y Z nối với nhau thành điểm trung tính N

Ba điem cuoi X, Y, Z noi vơi nhau thanh điem trung tính N (hay O) của nguồn, ba điểm đầu gọi là 3 đầu pha, ta được nguồn

3 pha 4 dây

U AN , U BN , U CN : các điện áp pha nguồn

U AB , U BC , U CA : các điện áp dây nguồnA

U U

U

B N

eB

e

IdBI

IpB

I U AN = UBN = UCN = U pn = Ep

d CA

BC

C N

dC

IpC

N

3.2 NGUỒN 3 PHA

2/ Nguồn 3 pha nối hình sao (Y) Quan hệ giữa các đai

2/ Nguon 3 pha noi hình sao (Y) – Quan hệ giưa cac đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng

U E

U

U E

°+

pn BN

U E

U

U E

Theo định nghĩa điện áp dây ta có :

B N

eB

e

IdBI

IpB

I

BN AN

NB AN

AB

U U

U U

U

U U

U U

=

C N

dC

IpC

AN CN

NA CN

CA

CN BN

NC BN

BC

U U

U U

U

U U

U U

=

−

=+

=

N

3.2 NGUỒN 3 PHA

2/ Nguồn 3 pha nối hình sao (Y) Quan hệ giữa các đai

2/ Nguon 3 pha noi hình sao (Y) – Quan hệ giưa cac đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng

BN AN

NB AN

NC BN

AN CN

NA CN

3.2 NGUỒN 3 PHA

3/ Nguồn 3 pha nối hình tam giác ( Δ) Quan hệ giữa các

3/ Nguon 3 pha noi hình tam giac ( Δ) – Quan hệ giưa cac đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng

- Muốn nối hình tam giác ta lấy đầu pha này nối với cuốiMuon noi hình tam giac, ta lay đau pha nay noi vơi cuoi

pha kia Ví dụ : A nối với Z, B nối với X, C nối với Y Cách nối này không có dây trung tính

- Nguồn 3 pha nối tam giác ít được sử dụng trong thực tế vì chỉ cho một cấp điện áp là điện áp dây, không có điện áp pha

dA I I

I• = • − •

pA pB

dB I I

I•dB = I• pB− I• pA

I

pB pC

dC I I

I• = • − •

3.2 NGUỒN 3 PHA

3/ Nguồn 3 pha nối hình tam giác ( Δ) Quan hệ giữa các

3/ Nguon 3 pha noi hình tam giac ( Δ) – Quan hệ giưa cac đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng

Khi mach đối xứng, dòng pha và dòng dây cũng đối xứng

pC pA

dB I I

I• = • − •

pB pC

dC I I

I•dC = I• pC− I• pB

I

Suy ra :

- Về trị hiệu dung :ị ä ï g I Id d = 3 3 I I p

- Về góc pha : dòng điện dâychậm sau dòng điện pha tươngứng 1 góc 30°

3.3 TẢI 3 PHA

Một tải ba pha thưc chất bao gồm 3 tải một pha :

Một tai ba pha thực chat bao gom 3 tai một pha :

p c

3.3 TẢI 3 PHA

1/ Tải ba pha nối hình Y

a) Cách nối

Ba điểm cuối x y z nối với nhau tao thành điểm trung tính tải

n và được nối với điểm trung tính của nguồn N.

Ba đầu a b c đươc nối vào 3 đầu pha của nguồn A B C

Ba đau a, b, c được noi vao 3 đau pha cua nguon A, B, C

3.3 TẢI 3 PHA

1/ Tải ba pha nối hình Y

b) Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối Y đối xứng

- Quan hệ giữa dòng điện dây và pha :

bc U U

U• = • − •

U U

ca U U

Uan -Uan

30°

30°

U 3

3.3 TẢI 3 PHA

2/ Tải ba pha nối hình Δ

a) Cách nối

Nối tuần tư đầu đầu của pha này với đầu cuối của pha kia : a

Noi tuan tự đau đau cua pha nay vơi đau cuoi cua pha kia : a nối y; b nối z; c nối x (hoặc a nối z; c nối y; b nối x) Cách nối này không có điểm trung tính tải.g g

3.3 TẢI 3 PHA

2/ Tải ba pha nối hình Δ

b) Quan hệ giữa các đại lượng dây và pha khi đối xứng :

Đi ä ù h b è đi ä ù d â U U

- Điện áp pha bằng điện áp dây : U dt = U pt

- Aùp dụng định luật Kirrchoff 1 tại các nút a, b, c ta có quan hệ giữa dòng dây và pha :

dong day va pha :

3.4 CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA

1/ Công suất tác dung P :

Công suất tác dụng P của mạch 3 pha bằng tổng công suất tácdung của các pha :

P = P a + P b + P c = U pa I pa cosϕa + U pb I pb cosϕb + U pc I pc cosϕc

Khi mach 3 pha đối xứng :

- Điện áp pha : U pa = U pb = U pc = U p

- Dòng điện pha : I = I = I = I

- Dong điện pha : I pa = I pb = I pc = I p

- Góc pha : cosϕa = cosϕb = cosϕc = cosϕ

p

p I R 3

P =

3.4 CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA

1/ Công suất tác dung P :

Thay đai lương pha bằng đai lương dây :

- Đối với cách nối hình Y :

3

U U

; I

- Đối với cách nối Δ :

3

d p

U 3

trong đó ϕ là góc lệch pha giữa điện áp pha và dòng pha tương ứng.g g

3.4 CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA

2/ Công suất phản kháng Q :

Q = Q a + Q b + Q c = U pa I pa sinϕa + U pb I pb sinϕb + U pc I pc sinϕc

Khi mạch đối xứng, ta có :

3.4 CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA

3/ Công suất biểu kiến S

Công suất biểu kiến của mạch 3 pha đối xứng :

2 2

3

S = p p = d d = +

3.5 GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

Đối với mach 3 pha đối xứng dòng điện và điện áp của các pha có trị hiệu dụng bằng nhau và lệch nhau một góc 120° Vì vậy,

ta chỉ cần tính cho một pha tiêu biểu và suy ra các pha còn lại ä p y p ï

1/ Mạch 3 pha tải nối hình Y đối xứng

Dưa vào mach điện ta thấy các dòng dây (bằng dòng pha) bằng nhau về trị hiệu dụng và lệch nhau 1 góc 120°,

do đó dù đường dây có hay không có tổng trở thì dòng trên đường dây trung tính cũng bằng 0 Hay điện áp g g g y ä p giữa trung tính tải n và trung tính nguồn N bằng 0 Điều này tương đương với n trùng với N hay trung tính tải cũng là trung tính nguồn Vì vậy khi tải ba pha đối xứng nối hình

à á

0 I

I I

I•N = •dA+ •dB+ •dC = Y, người ta thường không cần nối dây

trung tính.

0 I

I I

I N = dA+ dB+ dC =

)(

U• nN = ≡

3.5 GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

1/ Mach 3 pha tải nối hình Y đối xứng

a) Khi không xét tổng trở của đường dây : Z d = 0

A ≡ a; B ≡ b; C ≡ c

N ≡ n

U = U

Upt = UpnDòng dây = dòng pha :g y g p

d p

pn p

d

X R

U Z

U I

X

U Z

U Z

U I

∠

p

p p

p p

p

R

X arctg X

R Z

3.5 GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

1/ Mach 3 pha tải nối hình Y đối xứng

b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Z d ≠ 0

AN pa

dA

Z Z

U I

3.5 GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

2/ Mach 3 pha tải nối hình tam giác đối xứng

a) Khi không xét tổng trở của đường dây : Z d = 0

Z

U I

dn pt

X R

U I

pt

I = 3

3.5 GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

2/ Mach 3 pha tải nối hình tam giác đối xứng

b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Zd = Rd + jXd

Z

C

3 3

3

p p

p Y

X j

R Z

3.5 GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

2/ Mach 3 pha tải nối hình tam giác đối xứng

b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Zd = Rd + jXd

n ≡N

Biến đổi tải thành hình sao :

X R

Z

C

X j

R

Z

3 /

2 2

3 /

⎟

⎞

⎜

⎛ + +

dn d

X X

R R

U I

p d

An dA

Z Z

U I

3.5 GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG

2/ Mach 3 pha tải nối hình tam giác đối xứng

b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Zd = Rd + jXd

Trở lai tải nối tam giác ban đầu

3

dA

I

Dòng pha tải khi nối Δ :

Điện áp pha tải : Upt = Ipt Zp U• ab = I• ab . Z p