Chuong 4 của bài mạch điện tử

CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.1. Khái niệm chung
Ngày nay, điện năng sử dụng trong công nghiệp
thường dưới dạng dòng điện sin ba pha. Động cơ điện
ba pha có cấu tạo đơn giản và đặc tính tốt hơn động cơ
một pha, việc truyền tải điện năng với cùng một công
suất bằng mạch điện ba pha tiết kiệm được dây dẫn hơn
việc truyền tải điện năng bằng dòng điện một pha.
Mạch điện ba pha bao gồm nguồn điện ba pha,
đường dây truyền tải và các phụ tải ba pha.
Để tạo ra nguồn điện ba pha, ta dùng máy phát
điện đồng bộ ba pha.


1. Khái niệm : Để tạo ra dòng điện ba pha, ta dùng máy phát điện ba
pha gồm ba cuộn dây AX, BY, CZ . Mỗi cuộn là một pha.
A
* Khi nam châm quay đều, trong mỗi cuộn
dây xuất hiện một s.đ.đ xoay chiều một pha.
S.đ.đ trong các cuộn dây bằng nhau về biên độ
0
và
tần
số,
nhưng
lệch
pha
với
nhau
120

(1/3
s N
chu kỳ).
* Mỗi S.đ.đ đó sinh ra trên mỗi tải dòng điện
C
một pha bằng nhau về tần số, lệch nhau 1200
B
gọi là dòng điện ba pha.
* Mạch điện ba pha gồm: pha A, pha B, pha C.
Sơ đồ nguyên lý máy phát điện ba pha
Sức điện động pha A: e A = 2 .E. sin ωt
2π
3

4π

eC = 2 .E. sin  ωt −
3


Sức điện động pha B: e B = 2.E. sin  ωt −
Sức điện động pha C:




2π 


 = 2 .E. sin  ωt +


3 




CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.1. Khái niệm chung
Biểu diễn bằng số phức: E&A = E ∠00

E&B = E∠ − 1200
E&C = E ∠ − 2400

E C

2π
3

2π
3

E A

2π
3

E B
Đồ thị vectơ sức điện động ba pha

* Biểu thức và đồ thị của điện áp xoay chiều ba pha:
UA = Um sinωt

2π
U B = U m .sin(ωt − )
3
4π
U C = U m .sin(ωt − )
3
U

12
00

UA

T/3

T/3

UA

12
00

O

UB

O

t

120

0

UC

UB

a. Giản đồ véc tơ

UC

T

b. Đồ thị hình sin


CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.1. Khái niệm chung
Nguồn điện gồm ba sức điện động sin cùng biên độ, cùng
tần số, lệch nhau về pha 2π/3 gọi là nguồn ba pha đối xứng.
Đối với nguồn đối xứng ta có:

eA + eB + eC = 0
hay: E&A + E&B + E&C = 0

Mạch điện ba pha gồm nguồn, tải và đường dây đối xứng
gọi là mạch điện ba pha đối xứng. Nếu không thoả mãn một trong
những điều kiện đã nêu gọi là mạch ba pha bất đối xứng.
Thường ba pha của nguồn được nối kết với nhau, ba pha
của tải cũng được nối với nhau và có đường dây ba pha nối giữa
nguồn với tải, dẫn điện năng từ nguồn đến tải.
Mạch ba pha thường ghép nối theo kiểu: hình sao (Y) và
hình tam giác (Δ).


4.2. Nối hình sao và tam giác

Id

A
O
C

Ip

Io
B

Sơ đồ đấu hình sao

Up

Ud

Hộp đấu dây

a. Nối hình sao :
* Nối hình sao là cách nối chụm 3 điểm cuối của ba pha (X, Y,
Z) để tạo thành một điểm trung tính (O).
* Các đầu A, B, C của 3 pha nối với các dây dẫn điện đến nơi tiêu
thụ – gọi là các dây pha (dây nóng), dây nối từ điểm trung tính
đến nơi tiêu thụ gọi là dây trung tính (dây nguội).

Up : ….
Ud : ….
Id : ….
Io : ….
Ip : ….


CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.2. Nối hình sao và tam giác
Cách nối hình sao
A

A
ZA

EA

O

N
EC

C

EB
B

ZA

EA

ZC

Hình a: Nối sao 3 dây

O

N
ZB

EC
C

EB

ZC

B
Hình b: Nối sao 4 dây

ZB

CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.2. Nối hình sao và tam giác
Cách nối hình sao
Ngoài ra người ta thường biểu diễn kiểu ghép
này theo hình sau:
EA

N

EB
EC

ZA

A
B
C

EA

U AB

U BC

ZB

U CA

O
ZC

Hình a: Nối sao 3 dây

N

EB
EC

ZA

A
B

U AB

U CA

C

U BC

Dây trung tính

U AN

ZB

U BN

U CN

Hình b: Nối sao 4 dây

ZC

O


Cách nối hình sao
* Mối qua hệ giữa các đại lượng Ud , Up , Id , Ip :
–UC
UA

0
120

12
00

Ud

O

UC

1200

UB

Kết luận :

Id = Ip

U d = 3.U p


CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.2. Nối hình sao và tam giác
b. Cách nối hình tam giác
Muốn nối hình tam giác ta lấy đầu pha này nối
với cuối pha kia. Ví dụ ở nguồn: A nối với Z; B nối với
X; C nối với Y (hình a) và tương tự đối với tải (hình b).
A

B

C

X

Y

Z

Hình a: Nguồn nối tam giác

A’

B’

X’

C’

Y’

Hình b: tải nối tam giác

Z’


CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.2. Nối hình sao và tam giác
b. Cách nối hình tam giác
I A (dòng điện dây Id)

A

E C
C

Ud (điện áp dây)

E A

E B

B

I AB (dòng điện
pha Ip)

Up (điện áp pha)

I B

IC

ICA

Z CA

Z AB
I BC

Z BC


b. Nối tam giác :
*Cách nối điểm đầu của pha này với điểm cuối của pha kia.
*Giải thích các đại lượng: Ud , Up , Id , Ip : …

Id

–IC

O

Id
0
120

12
00

IA

Ud

IB

A

Up
C

1200
IC

Z

X
Y

Ip

* Mối quan hệ giữa các đại
lượng Ud , Up , Id , Ip
Kết luận :

Ud = Up

I d = 3.I p

Sơ đồ phụ tải nối tam giác

B


Căn cứ vào điện áp tải và của nguồn để người ta nối tải
thành hình tam giác hoặc hình sao cho phù hợp :
Id

A

Ip

Up

B

O

C

Io

O’
Ud

Id
Io

A

Ip
C

O

Up

B
Ud


CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.3. Mạch ba pha không đối xứng
EA

N

EB
EC

ZA

A
B
C

EA

U AB

U BC

ZB

U CA

O
ZC

Hình a: Nối sao 3 dây

N

EB
EC

ZA

A
B

U AB

U CA

C

U BC

Dây trung tính

Mạch 3 pha không đối xứng khi:
Nguồn không đối xứng.
Tải không đối xứng.

U AN

ZB

U BN

U CN

Hình b: Nối sao 4 dây

ZC

O

4.4 Công suất của mạch điện xoay chiều
1. Công suất của mạch xoay chiều một pha.
=Z
Ul − Uc
S
I
/
=
U
= Zl − Z c
.I
U
I
ϕ
ϕ
UR
=R
I

( Tam giác tổng trở)

(Ul .- Uc ).I = Q

UR. I = P
( Tam giác công suất)

Công suất biểu kiến : S = U.I (VA)
Công suất tác dụng P : P = U.I.cosϕ (W)
Công suất phản kháng Q : Q = U.I.sinϕ (VAR)
2. Công suất của mạch xoay chiều ba pha.

Khi tải 3 pha đối xứng:

3 Ud .Id
P = 3 U p. Ip cosϕ = 3 Ud .Id cosϕ
Q = 3 U p. Ip sin ϕ = 3 Ud .Id sinϕ

S = 3 U p. Ip =


CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.5. Giải mạch 3 pha cân bằng nhờ sơ đồ 1 pha
Ví dụ: Tính các dòng dây. Suy ra điện áp hai đầu tải và
sụt áp trên đường dây.
- +

100∠00 V

100∠ − 2400 V
- +

n

- +

100∠ − 1200 V

a

b

c

1Ω

A

1Ω

B

1Ω

C

3+j3 Ω

3+j3 Ω

3+j3 Ω

N


CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA

4.6. Công suất trong hệ thống 3 pha Y – Y cân bằng
Công suất tiêu thụ bởi tải ba pha là:
P = 3Pp = 3U p I p cos ϕ = 3I p2 Re{Z p } = 3I p2 R p

Gọi Ud là điện áp đo giữa hai đầu dây vào tải (A,
B, C), và Id là dòng đo trên đường dây vào tải.
Ta có: U d = 3U p và Id = Ip

P = 3U d I d cos ϕ
Q = 3U d I d sin ϕ
S = 3U d I d