Bài giảng Mạch điện tử - Chương 4: Mạch điện ba pha cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản sau: Khái niệm chung, cách nối hình sao, cách nối hình tam giác, công suất mạch điện ba pha, đo công suất mạch ba pha, cách giải mạch điện ba pha đối xứng, cách giải mạch ba pha không đối xứng.
Trang 1Chương 4: Mạch điện ba pha
4.1 Khái niệm chung:
Mạch điện 3 pha bao gồm nguồn điện ba pha, đường dây truyền tải
và các phụ tải ba pha
Để tạo ra nguồn điện ba pha, dùng máy phát điện đồng bộ ba pha
- Phần tĩnh (stato): gồm có lõi thép xẻ rãnh, trong các rãnh
đặt ba dây quấn AX, BY, CZ có cùng số vòng dây và lệch nhau
một góc trong không gian Mỗi dây quấn được gọi là
một pha: dây quấn AX gọi là pha A, BY gọi là pha B, CZ
gọi là pha C
- Phần quay (roto): là nam châm điện N-S
dây quấn stato và cảm ứng trong dây quấn stato các sức điện thộng sin có
cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau một góc (nguồn ba pha đối xứng)
3 /
2
A
X
C
B
N S
n
3 /
2
3
3
2 t sin E 2 e
3
2 t sin E 2 e
t sin E 2 e
C B
A
2 / 3
j C
3 / 2 j B
0 j A
Ee E
Ee E
Ee E
hoặc
C E
A
E
3
2
3
3
Trang 2• Với mạch điện 3 pha đối xứng:
các tổng trở , ta có hệ thống ba pha gồm ba mạch một
pha không liên hệ với nhau Mỗi mạch điện gọi là một pha
của mạch điện ba pha
ta có tải đối xứng
gọi là mạch điện ba pha đối xứng
ít dùng vì cần tới 6 dây Thường ba pha của nguồn được nối
với nhau, ba pha của tải được nối với nhau và có đường dây ba pha nối
từ nguồn đến tải, có 2 cách nối: - Nối hình sao (Y)
- Nối hình tam giác
C B
A, Z , Z Z
A X
B
Y C
Z
IA
IB
IC
C B
0 e e
eA B C
0 E
E
E A B C
Trang 34.2 Cách nối hình sao
- Nối X,Y,Z
- Nối X’, Y’, Z’
Có:
Từ đồ thị vectơ, xét tam giác OAB, có:
A C
CA
C B
BC
B A
AB
U U
U
U U
U
U U
U
Điểm trung tính của nguồn Điểm trung tính của tải
OA 3 2
3 OA 2 30 cos OA 2
B
UAB
30o
UA
UB
UC
p
B’ C
IA A
B O
A’
O’
C’
UA
IO
UAB
Ud
Trang 44.3 Cách nối hình tam giác:
pha kia (A nối với Z, B nối với X, C nối với Y)
các nút A, B, C, ta có:
Từ đồ thị vectơ, xét tam giác OEF, ta có:
AB I
CA
I
BC
I
A I
30o
O
CA I
BC CA
C
AB BA
B
CA AB
A
I I
I
I I
I
I I
I
OE 3 2
3 OE 2 30 cos OE 2
p
d 3I
B E
C E
AB I
BC I
CA I
Up
A I
B I
C I
Ud
A E
A
B C
A
B C
Trang 54.4 Công suất mạch điện ba pha:
4.4.1 Công suất tác dụng:
Công suất tác dụng P của mạch ba pha bằng tổng công suất rác dụng của các pha:
Nối sao:
Nối tam giác:
4.4.2 Công suất phản kháng:
Công suất phản kháng của ba pha là:
Khi đối xứng:
4.4.3 Công suất biểu kiến:
Đối với mạch ba pha đối xứng:
C C
C B
B B A
A
p p
I R 3 P
cos I U 3 P
3
U U
; I
p d
d p
d
3
I
sin I U sin
I U sin
I U Q
Q Q
sin I U 3
sin I U 3 Q
d d
p p
2 p
pI X 3
Q
d d p
p 2
P
Trang 64.5 Đo công suất mạch ba pha
4.5.1 Đo công suất mạch ba pha đối xứng:
Mạch ba pha đối xứng: mỗi pha có công suất như nhau, do đố chỉ cần đo
W là số chỉ của oát kế một pha
4.5.2 Đo công suất mạch ba pha không đối xứng:
Ta có:
4.5.3 Đo công suất phản kháng mạch 3 pha đối xứng
Dùng 1 oát kế, nối dây như hình vẽ, oát kế sẽ chỉ
Từ đồ thị vectơ, suy ra số chỉ của oát kế là:
Từ đó suy ra công suất phản kháng của mạch ba pha đối xứng
B AB A
AC 2
W
Mạch
ba pha đối xứng
W
Mạch
ba pha không đối xứng
W
W W
Mạch
ba pha không đối xứng
W
W
C C B B A A
B A C B B A A
B C A
C A
I U I U I U
) I I U I U I U
I U U I
U U
C B
3
Q sin
I U 3 90
cos I U
Mạch
ba pha đối xứng
W
o
90
B
U
C
U
A
U
A
I
BC
U
A
BCI
Trang 74.6 Cách giải mạch điện ba pha đối xứng:
Trong mạch ba pha đối xứng, dòng điện (điện áp) các pha có trị số bằng nhau và lệch pha nhau một góc
Do đó, khi giải mạch đối xứng, ta tách ra một pha để tính
4.6.1 Nguồn nối sao đối xứng:
O là điểm trung tính của nguồn
Tải nối sao: O’ là điểm trung tính của tải
Mạch đối xứng, ta luôn có:
Vì vậy, dây trung tính không có tác dụng,
4.6.2 Nguồn nối tam giác đối xứng:
Điện áp phía đầu nguồn:
Thường nguồn nối hình sao vì khi đó , do đó cách điện của các pha sẽ dễ dàng hơn
0 I I I
p d
p p
E 3 U
E U
p p d
p p
E U U
E
U
3 / U
Up d
B’
Trang 84.6.3 Giải mạch điện ba pha tải nối hình sao đối xứng
a/ Khi không xét tổng trở đường dây pha:
Điện áp đặt lên mỗi pha tải là:
Tổng trở pha tải:
Dòng điện pha của tải:
Tải nối sao:
Góc lệch pha:
b/ Khi có xét tổng trở đường dây pha:
Ud
Zp
Zp
Uf
If
3
U
p
2 p
2 p
2 p
2 p
d p
p p
X R 3
U Z
U I
p
p
R
X rctg a
p d
2 p d
d p
d
X X R
R 3
U I
I
Id= Ip
Trang 94.6.4 Giải mạch điện ba pha nối tam giác đối xứng:
a/ Khi không xét tổng trở đường dây:
Dòng điện pha tải là:
Dòng điện dây:
Góc lệch pha:
b/ Khi xét tổng trở đường dây:
Tổng trở mỗi pha lúc nối tam giác:
Biến đổi sang hình sao:
Sau đó, giải mạch điện như mạch điện hình sao, ta có:
Dòng điện của tải khi nối tam giác:
2 p
2 p
d p
p p
X R
U Z
U I
p
p
R
X rctg a
p
d 3 I
I
p
p jX R
3
X j 3
R 3
Z
2 p dd
2 p dd
d d
3
X X
3
R R
3
U I
I
p
Trang 104.7 Cách giải mạch ba pha không đối xứng:
Khi tải không đối xứng thì dòng điện và điện áp trên các pha không đối xứng, xét 2 trường hợp:
nhiều nguồn sức điện động và giải theo phương pháp ở chương 3
4.7.1 Tải nối sao có dây trung tính, dây trung tính có tổng trở
Để giải mạch điện này, ta dùng phương pháp điện áp hai nút:
Nếu nguồn đối xứng:
gồm cả tổng trở của đường dây:
các pha của nguồn bằng điện áp trên các pha của tải tương ứng:
O
B
Z
C
Z
O
Z
A I
B I
C I
O I
O C
B A
C C B
B A
A O
'
Y U Y
U Y
U U
o
p C
120 j p B
0 j p
O C
B A
240 j C 120
j B A
p O
'
e Y e
Y Y
U U
o o
A
' A A
O ' O A
'
U I
U U
C B A
O I I I
(Tương tự với pha B và C)
d
Z
d C
C d B
B d A
1 Y
; Z Z
1 Y
; Z Z
1 Y
C
C C
B
B B
A
A
U I
; Z
U I
; Z
U
Trang 114.7.2 Khi dây trung tính bị đứt hoặc không có dây trung tính:
quá điện áp ở một pha nào đó
Ví dụ: xét mạch ba pha có tải không đối xứng như hình vẽ:
Theo phương pháp điện áp hai nút:
Với:
Điện áp đặt lên bóng đèn pha B và pha C:
jb jX
1 Y
C
C R R
C
B
A
g R
1 Y
g g jb
ge ge
jb U U
o
o j 120 120
j p
O '
120 jsin 120 0,5 j0,866 cos
866 , 0 j 5 , 0 120
sin j 120 cos
e j 120 o o o
g g jb
866 , 0 j 5 , 0 g 866 , 0 j 5 , 0 g jb U
UO'O p
0,5 j0,866 U 0,2 j0,6 U 0,3 1j,466
U U
U
U 'B B O'O p p p
p 2
2 p
'
B U 0,3 1,466 1,5U
0,5 j0,866 U 0,2 j0,6 U 0,3 j0,266
U U
U
U 'C C O'O p p p
p 2
2 p
'
C U 0,3 0,266 0,4U
Nếu chọn g = b
Trang 124.7.3 Cách giải mạch điện ba pha tải nối hình tam giác không đối xứng:
Trường hợp tải không đối xứng nối hình tam giác:
Nếu không xét tổng trở của các dây dẫn pha, điện áp đặt trên
các pha tải là điện áp dây nguồn, ta có dòng điện trong các pha
tải được tính như sau:
Áp dụng định luật Kirhof 1 tại từng nút, ta có các dòng điện dây:
Nếu xét cả tổng trở của các dây dẫn pha, ta biến đổi tương đương tải nối hình tam giác thành hình sao, rồi giải như bài toán mạch điện ba pha tải nối hình sao không đối xứng
AB
I
A
B C
BC
I
CA
I
AB
Z
BC
Z
CA
Z
AB
AB AB
AB
AB
U I
; Z
U
BC
BC BC
BC
BC
U I
; Z
U
CA
CA CA
CA
CA
U I
; Z
U
CA AB
AB BC
BC CA
A
I
Trang 134.7 Cách nối nguồn và tải trong mạch ba pha
Nguồn điện và tải ba pha đều có thể nối hình sao hoặc hình tam giác, tùy theo điều kiện cụ thể như điện
áp quy định của thiết bị, điện áp của mạng điện và các yêu cầu kỹ thuật khác
4.7.1 Cách nối nguồn điện:
cung cấp hai điện áp khác nhau: điện áp pha và điện áp dây
4.7.2 Cách nối động cơ điện ba pha:
Mỗi động cơ điện ba pha gồm có ba dây quấn pha
khi thiết kế người ta đã quy định điện áp cho mỗi dây
quấn Lúc động cơ làm việc yêu cầu phải đúng với
điện áp quy định ấy Do đó, tùy theo điện áp lưới
và yêu cầu của dây quấn động cơ mà động cơ nối sao
hay tam giác
Ví dụ: nhãn hiệu động cơ ghi:
(điện áp qui định cho mỗi pha dây quấn là 220V)
Nếu mạng điện 380V, động cơ phải nối sao
Nếu mạng điện 220V, động cơ phải nối tam giác
380V
Ud
220V
Ud=Uf
V 380 / 220 Y
Trang 144.7.3 Cách nối các tải một pha:
dây pha với dây trung tính, lúc làm việc ở mạng điện 220/127V thì phải nối vào hai dây pha
là điện áp pha (điện áp giữa dây pha và dây trung
tính) Nhờ có dây trung tính nên mặc dù điện áp
đặt lên các thiết bị không vượt quá điện áp pha,
và khi cầu chì pha nào cháy thì chỉ có thiết bị
của pha đó không hoạt động
A B C O
380/220V
A B C
220/127V