Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương IV: Mạch điện xoay chiều 3 pha

Chương IV: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA Các cách biểu thị: 4.1 Khái niệm chung về MĐ xoay chiều 3 pha: a. Dạng tức thời : 1. Cách tạo nguồn (máy phát điện đồng bộ) : eCeA Ae 2.E.sin t= ω eB B 2 e 2.E.sin( t ) 3 pi = ω − C 4 e 2.E.sin( t ) 3 22.E.sin( t ) 3 pi = ω − pi = ω + 0 1 2 3 4 5 6 -1 -0.5 0 0.5 1 2π/3 4π/3 2π e ωt b. Dạng đồ thị AE
 BE
 CE
 120oj0AE E e • =  j120 BE Ee • − =  j240 CE E e • − =  c. Dạng số phức : d. Dạng véc tơ : 2. Tải 3 pha ZA, ZB, ZC. Nối Y hoặc ∆ Nguồn được biểu diễn như vậy: nguồn 3 pha đối xứng: A B CE E E+ + =


 A B Ce e e+ + = A B CE E E • • • + + = 0 Mạch 3 pha đối xứng: nguồn ĐX tải ĐX đường dây ĐXSao (Y) và tam giác (∆) j120E e +=  3. Đường dây 3 pha ZdA, ZdB, ZdC Cách nối: 5. Các đại lượng dây và pha: • Dòng điện dây Id trên dây pha • Điện áp dây Ud giữa các dây pha • Dòng điện pha If và điện áp pha Uf là dòng và áp trên 1 pha của tải 4. Cách nối nguồn với tải: - Mạch 3 pha 3 dây nối Y hoặc ∆ - Mạch 3 pha 4 dây chỉ khi nguồn và tải nối Y (có thêm dây trung tính) - Dây pha nối từ 3 đầu nguồn đến 3 đầu tải (có s.đ.đ hay điện áp) - Dây trung tính nối từ điểm trung tính của nguồn và tải (đấu Y) Nguồn 3 pha nối Y hoặc ∆ Tải 3 pha nối Y hoặc ∆ IA IB IC UAB UBC UCA Dây trung tính 4. 2 Quan hệ giữa các đại lượng dây và pha trong mạch 3 pha ZC ZA ZB EA EC EB O O’ IB IA IC Uo’o UAB UCA UBC UA UC UB 1. Mạch nối sao: UAB - Điện áp dây trên tải: UAB, UBC và UCA - Điện áp pha trên tải: UA, UB và UC - Điện áp giữa điểm trung tính của nguồn 0 với tải 0’: U0’0 - Dòng điện dây IA, IB và IC cũng chính là dòng pha qua tải:
Quan hệ điện áp dây và pha (dạng véc tơ) AB A BU U U= −


 BC B CU U U= −


 CA C AU U U= −


 d fI I=   (Zd = 0) AU
 BU
 CU
 ABU
 BCU
 CAU
 Suy ra quan hệ giá trị hiệu dụng : d fU 3U= d fI I= * Khi tải nối Y đối xứng: U0’0 = 0: AA BB CC U E U E U E = = =





  Điện áp pha đối xứng  Theo đồ thị véc tơ: Điện áp dây UAB, UBC và UCA đối xứng (ZA = ZB = ZC) 2. Mạch nối tam giác UBC UAB UCA IABICA IBC B BC ABI I I= −    C CA BCI I I= −    - Dòng dây IA, IB, IC quan hệ với dòng pha IAB, IBC và ICA : A AB CAI I I= −    ZCA ZAB ZBC E BA EAC ECB IB IA IC C UAB (Zd = 0) A B - Điện áp dây UAB, UBC và UCA ≡ điện áp pha trên tải: d fU U=

 AI  BI  CI  d fU U= d fI 3I= BCI  CAI  ABI  ϕ BCU
 ABU
 CAU
 Từ đồ thị véc tơ, quan hệ về giá trị hiệu dụng : * Khi tải nối ∆ đối xứng: (ZAB = ZBC = ZCA)  Dòng pha, dòng dây đối xứng 4.3 Công suất mạch 3 pha: 1. Công suất tác dụng : PA , PB, PC *)Khi tải đối xứng : Tải nối Y : df UU 3 = If = Id P3f = PA + PB+ PC P3f = 3Pf = 3UfIfcosϕf = 3RIf2 3 f d d fP 3 U I co s= ϕ Tải nối ∆ : f dU U= df II 3 = 3f fA fA fA fB fB fB fC fC fCP U I cos U I cos U I cos= ϕ + ϕ + ϕ 2 2 2 fA fA fB fB fC fCR I R I R I= + + 3. Công suất biểu kiến 2 2 3 f 3 f 3 fS P Q= + 2. Công suất phản kháng : QA , QB, QC *)Khi tải đối xứng : Tải nối Y hay ∆ ta đều có: Q3f = QA + QB+ QC Q3f = 3Qf = 3UfIfsinϕf = 3XIf2 3 f d d fQ 3 U I s in= ϕ 3f fA fA fA fB fB fB fC fC fCQ U I sin U I sin U I sin= ϕ + ϕ + ϕ 2 2 2 fA fA fB fB fC fCX I X I X I= + + *)Khi tải đối xứng : 3 f d dS 3 U I= EA EB EC O O’ IA IB IC 4.4. Cách giải mạch 3 pha: 1. Tải nối Y: ZA = ZB = ZC = Zt Đường dây ĐX : ZdA = ZdB = ZdC = Zd k Zd Zt a. Đối xứng : Tải ĐX: Thay Zd nt Zt ZA, ZB , ZC j0 A j A j A U UeI Ie Z e • • − ϕ ϕ= = =  Z BI I • = j( 120 ) CI Ie • − ϕ − =  j( 120 )e− ϕ+  UO’O = 0 Uo’o ZA Tính I cho từng pha riêng biệt A A A UI Z • • = B B B UI Z • • = C C C UI Z • • = N A B CI I I I • • • • = + + b. Tải không ĐX : ZA ≠ ZB ≠ ZC B j120 j B Ue e − ϕ=  Z Bj( 120 ) BI e − ϕ + =  C j120 j C Ue e ϕ =  Z Cj( 120 ) CI e − ϕ − =  0≠ A j0 j A Ue e ϕ =  Z Aj AI e − ϕ = k EA EB EC O O’ IA IB IC ZA ZB ZC AU
 UO’O = 0 Uo’o IN Kết luận: Khi có dây trung tính? * Khi K đóng: O’ O'OU
 ψo * Khi K mở: O ' O A B CA B C A B C E Y E Y E YU 0 Y Y Y • • • • + + = ≠ + + Tính I trong từng pha O AE
 BE
 CE
 AU
 CU
 BU
 OJ o 'o oU U e ψ• = Uo’o AA O'OU E U • • • = − BB O'OU E U • • • = − CC O'OU E U • • • = − Kết luận: Khi mất dây trung tính? k EA EB EC O O’ IA IB IC ZA ZB ZC AU
 Nguồn đx : Ud = 220 V ZA = 20 Ω; Z B = j 20 Ω ; ZC = -j 20 Ω uA A A j A jA A Aj A A U U eI I e Z e • ψ• ψ ϕ= = =Z uB B B j B jB B Bj B B U U eI I e Z e • − ψ• ψ ϕ= = =Z uC C C j C jC C Cj C C U eUI I e Z e • ψ• ψ ϕ= = =Z Tìm IA, IB, IC , IN khi K đóng và K mở Ví dụ : Cho MĐ hình bên: Tải KĐX có : IA IB IC ZA ZB ZC UA UB UC EA EB EC k O O’ IN Ud 2. Tải nối ∆ a. Đối xứng ZAB = ZBC = ZCA = Zt Nguồn ĐX: Tải ĐX: AB AB t UI Z • • = j0 d j t U e e ϕ =  Z j fI e− ϕ= BCI • j( 30 ) A fI 3I e • − ϕ+ =  j( 120 ) fI e − ϕ+ =  CAI • j( 120 ) fI e − ϕ− =  j( 150 ) B fI 3I e • − ϕ+ =  j( 90 ) C fI 3I e • − ϕ− =  ZdA = ZdB = ZdC = Zd * Khi Zd = 0 ĐDĐX : IABICA IBC ZABZCA ZBC IA IB IC Ud A C B Zd Zd Zd * Khi Zd ≠ 0: ABI • = BCI • = CAI • = j( 120 ) B dI I e • − ϕ+ =  j( 120 ) C dI I e • − ϕ− =  thay Zd + ZtY = Z AI • j dI e− ϕ= dI 3 j( 30 )e− ϕ−  dI 3 j( 90 )e− ϕ+  dI 3 j( 150 )e− ϕ−  IABICA IBC ZtZt Zt Z tYIA IB IC Ud Zd Zd Zd b. Không đối xứng * Khi Zd = 0 IABICA IBC ZABZCA ZBC IA IB IC Ud ZAB ≠ ZBC ≠ ZCA Nguồn ĐX: Tải KĐX: AB AB AB UI Z • • = ABj ABI e − ϕ = BC BC BC UI Z • • = BCj( 120 ) BCI e − ϕ + =  CA CA CA UI Z • • = CAj( 120 ) CAI e − ϕ − =  A C B ZdB ZdC ZdA A AB CAI I I • • • = − C CA BCI I I • • • = − B BC ABI I I • • • = −K Đ X K Đ X A B CI I I • • • + + AB BC CAI I I • • • + + = 0 ≠ 0 * Khi Zd ≠ 0 Bj( 120 )B BI I e • − ϕ + =  Cj( 120 )C CI I e • − ϕ − =  AI • AjAI e− ϕ= IABICA IBC ZtZt Zt Z tYIA IB IC Ud ZdB ZdC ZdA A AB CAI I I • • • = − C CA BCI I I • • • = − B BC ABI I I • • • = − ZdA + ZtYA = ZAthay : Ví dụ 2: Cho mạch 3 pha ĐX như hình bên Z2 = 18 – j24 Zd = 2 + j2 Ud = 380 V Ω Tìm: dòng điện : I1, I2 , I3, I P, Q, S và cosϕ toàn mạch Z2 Ud I3 I2 I1 Zd Z1 I Z1 = 12 + j16 Biết: Vẽ đồ thị véc tơ của A B CI , I , I    A B CU , U , U


 dựa vào 1.Tìm dòng điện : I1, I2 , I3, I Ud I1 Z1 I I2 Zd Z2 = 18 – j24 Zd = 2 + j2 Ud = 380 V Ω Z1 = 12 + j16 Giải f 1 1 UI = Z 2 2 220 12 +16 = = 11 A Z2 I3 Z 2Y Chuyển Z2 về Y : Z2Y = 6 – j8 Thay : Zd2Y = Zd + Z2Y = 8 – j6 f 2 d2Y UI = Z 2 2 220 8 +6 = I2 = 22 A 2 3 II 3 = = 12,7 A Tải 2: Ud I1 Z1 I I2 Zd Z2 = 18 – j24 Zd = 2 + j2 Ud = 380 V Ω Z1 = 12 + j16 Z2 I3 Z 2Y 2. Tìm P, Q, S và cosϕ toàn mạch 2 2 1 1 d2Y 2P 3(R .I R .I )= + 2 23(12.11 8.22 )= + = 15972 W 2 2 1 1 d2Y 2Q 3(X .I X .I )= − 2 23(16.11 6.22 )= − = -2904 VAr 2 2S P Q= + 2 215972 2904= + = 16233 VA P cos = S ϕ 15972= 16233 = 0,98 d SI= 3U 16233 = 3.380 = 24,66 A I1 = 11 A; I2 = 22 A 33 AU
 BU
 CU
 3. Vẽ đồ thị véc tơ của A B CI , I , I    A B CU , U , U


 dựa vào AI  BI  CI  11O 28 ’ VÌ Q = - 2904 VAr < 0 mang t/c điện dung dòng vượt trước áp 1 góc ? cosϕ = 0,98 ϕ =11o 28’