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

CHÖÔNG 3

MAÏÏCH ÑIEÄÄN XOAY CHIEÀU
BA PHA


3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Dòng điện xoay chieu
Dong
chiều 3 pha đươc
được sử
sư dụ
dung
ng rộng rai
rãi trong
công nghiệp vì :
- Truyen
Truyền tả
taii điện nang
năng bằ
bang
ng mach
mạch điện 3 pha tiế
tiett kiệm
được dây dẫn, giảm bớt tổn thất điện năng và tổn thất điện
áp so vớ
ap
vơii truyen
truyền tả
taii bằ
bang

ng dò
dong
ng một pha.
pha
- Động cơ điện 3 pha có cấu tạo đơn giản và đặc tính tốt
hơn động cơ điện một pha.
pha
Mạch đi
M
điệän 3 pha
h b
bao gồàm : nguồàn đi
điệän 3 pha,
h đường
dây truyền tải và các tải 3 pha.


3.2. NGUỒN 3 PHA

1/ Cach
Cách tạ
tao
o ra nguon
nguồn điện 3 pha

Phan
Phầ
n quay
(rotor) : là
nam châm

điện N – S.

Phầ
tónh (stator)
m lõnigthé
p sẽ lần lượt quét qua các dây
Khin quay
rotor, :từgồtrườ
rotor
xẻ rãnh,lam
g cátchiệ
rãnnh cac
đặtc ba
quấcó
quan
n stator,
stator
làtrong
m xuat
xuấ
cá
sức điện động cam
sưc
cảm ưng
ứng trong moi
mỗi
quấ
(pha
A),
BY

phabộdâdâ
y yquấ
n n: eAX
,
e
,
e
.
Cá
c sức điện động này có dạng hình
(pha B) và CZ A
(phaBC);Ccó cùng
sin, cùng biên độ, cùng tần số, và lệch nhau một góc 120°.
số vong
so
dây va
và lệch nhau 1 goc
Nguồ
ànvò3ngpha
hday
nà
øy đượ
đ c gọi là
lgóø cnguồàn 3 pha
h đố
đ ái xứùng (hay
(h cân
120° trong không gian.

bằng).

3.2. NGUỒN 3 PHA
1/ Cach
Cách tạ
tao
o ra nguon
nguồn điện 3 pha
Neu
Nế
u chon
chọn sứ
sưcc điện động eA cua
của pha A co
có goc
góc pha ban đau
đầu
bằng 0, ta có :

e A = E p 2 sin ωt
eB = E p 2 sin (ωt − 120°)
eC = E p 2 sin
i (ωt + 120°)


3.2. NGUỒN 3 PHA
2/ Nguon
Nguồn 3 pha noi
nối hình sao (Y) – Quan hệ giữ
giưa

a cá
cacc đạ
đaii
lượng dây và pha khi mạch đối xứng
Ba điem
điểm cuoi
cuối X
X, Y
Y, Z nố
noii vơi
với nhau thanh
thành điem
điểm trung tính N
(hay O) của nguồn, ba điểm đầu gọi là 3 đầu pha, ta được nguồn
3 pha 4 dây
eA
UAN, UBN, UCN : các điện áp pha nguồn
I
I
pA

A

dA

IpB

B

IdB

eC IpC

C

IdC

eB
N

N

UAB, UBC, UCA : các điệän áp dây nguồ
g n
Vì nguồn 3 pha đối xứng nên :

U AN = U BN = U CN = U pn = E p
U AB = U BC = U CA = U d


3.2. NGUỒN 3 PHA
2/ Nguon
Nguồn 3 pha noi
nối hình sao (Y) – Quan hệ giữ
giưa
a cá
cacc đạ
đaii
lượng dây và pha khi mạch đối xứng
Với :

eA

IpA

A

IdA

IpB

B

IdB

eC IpC

C

IdC

eB
N

N

•

•

•

•

•

•

U AN = E A = U pn ∠0°
U BN = E B = U pn ∠ − 120°
U CN = E C = U pn ∠ + 120°

Theo đònh nghóa điện áp dây ta có :
•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

U AB = U AN + U NB = U AN − U BN
U BC = U BN + U NC = U BN − U CN
U CA = U CN + U NA = U CN − U AN


3.2. NGUỒN 3 PHA
2/ Nguon
Nguồn 3 pha noi
nối hình sao (Y) – Quan hệ giữ
giưa
a cá
cacc đạ
đaii
lượng dây và pha khi mạch đối xứng
UCA

UCN

-UBN

UAB

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

U AB = U AN + U NB = U AN − U BN
U BC = U BN + U NC = U BN − U CN

30°

U CA = U CN + U NA = U CN − U AN

30°

-UAN

UAN
30°

-UCN

UBN

UBC

Nhận xét :
- Trò hiệu dụ
dung
ng : U d = 3 U pn
- Điện áp dây nhanh pha hơn điện áp
pha tương ứng 1 góc 30°

•
Tổng quát : •
U d = 3 U pn ∠30°
- Dò
D øng pha
h = dò
d øng dâ
d ây


3.2. NGUỒN 3 PHA
3/ Nguon
Nguồn 3 pha noi
nối hình tam giá
giacc ( Δ) – Quan hệ giữ
giưa
a cac
các
đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng
- Muon
Muốn noi
nối hình tam giac,
giác ta lấ
lay
y đau
đầu pha nay
này nố
noii vơi
với cuoi
cuối

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.
Ta có :

Ud = Upn

p dụng ĐK1 cho các nút A,
B C •
B,
•
•
I dA = I pA − I pC
•

•

•

I dB = I pB − I pA
•

•

•

I dC = I pC − I pB

3.2. NGUỒN 3 PHA
3/ Nguon
Nguồn 3 pha noi
nối hình tam giá
giacc ( Δ) – Quan hệ giữ
giưa
a cac
các
đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng
Khi mạ
mach
ch đoi
đối xưng,
xứng, dong
dòng pha và
va dong
dòng day
dây cung
cũng đoi
đối xưng
xứng
•

•

•

•

•

•

I dA = I pA − I pC
I dB = I pB − I pA
•

•

•

I dC = I pC − I pB

Suy ra :
- Về tròò hiệäu dung
ï g : Id = 3 I p
- Về góc pha : dòng điện dây
chậm sau dong
dòng điện pha tương
ứng 1 góc 30°.
•

•

Tổng quát : I d = 3 I pn ∠ − 30°


3.3. TẢI 3 PHA
Một tả
taii ba pha thự

thưcc chấ
chatt bao gom
gồm 3 tai
tải một pha :

- Khi : Z a = Z b = Z c = Z p = R p + jX p ta có tải 3 pha cân bằng
(hay đoi
đối xưng)
xứng)
- Điện áp đặt lên mỗi pha tải gọi là điện áp pha tải : Upa, Upb, Upc
- Dong
Dòng điện chay
chạy qua moi
mỗi pha tai
tải gọ
goii là
la dong
dòng điện pha: Ipa, Ipb, Ipc


3.3. TẢI 3 PHA
1/ Tai
Tải ba pha noi
nối hình Y
a) Cách nối
Ba điem
điểm cuoi
cuối x,
x y,
y z noi

nối vơi
với nhau tạ
tao
o thanh
thành điem
điểm trung tính tai
tải
n và được nối với điểm trung tính của nguồn N.
Ba đau
đầu a,
a b,
b c đượ
đươcc noi
nối vao
vào 3 đau
đầu pha cua
của nguon
nguồn A,
A B,
B C.
C


3.3. TẢI 3 PHA
1/ Tai
Tải ba pha noi
nối hình Y
b) Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối Y
đối xưng
đoi

xứng
- Quan hệ giữa dòng điện dây và pha :
Id = Ipt
- Quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha :
•

•

•

•

•

•

•

•

•

U abb =U an −U bn
b

Uca

Ucn

U bc = U bn − U cn

U ca = U cn − U an
-Uan
Suy ra :
+ Trò hiệu dụ
dung
ng : U dt = 3U pt
+ Điện áp dây nhanh hơn điện áp pha 300 Ubn
•

-Ubn

Uab

30°
30°
Uan
30°
-Ucn

•

U dt = 3 U pt ∠30°
Ubc


3.3. TẢI 3 PHA
2/ Tai
Tải ba pha noi
nối hình Δ

a) Cách nối
Nối tuầ
Noi
tuan
n tự
tư đau
đầu đau
đầu cua
của pha nay
này vơi
với đau
đầu cuố
cuoii củ
cuaa 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
g tính tải.


3.3. TẢI 3 PHA
2/ Tai
Tải ba pha noi
nối hình Δ
b) Quan hệ giữa các đại lượng dây và pha khi đối xứng :

- Điệ
Đi än áùp pha
h bằ
b èng đi
điệän áùp d

dâây : Udt = Upt
- p dụng đònh luật Kirrchoff 1 tại các nút a, b, c ta có quan hệ giữa
dòng day
dong
dây và
va pha :
+ Trò hiệu dụng : I d = 3 I pt
+ Cac
C ù dong
d ø day
d â chậ
h äm pha
h hơ
hơn cacù dong
d ø pha
h tương
tươ ưng
ứ 30°
•

•

I d = 3 I pt ∠ − 30°


3.4. CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA
1/ Cong
Công suat
suất tac
tác dụ

dung
ng P :
Công suất tác dụng P của mạch 3 pha bằng tổng công suất tác
dung
dụ
ng cua
của cac
các pha :
P = Pa + Pb + Pc = UpaIpacosϕa + UpbIpbcosϕb + UpcIpccosϕc
Khi mạ
mach
ch 3 pha đoi
đối xưng
xứng :
- Điện áp pha :
Upa = Upb = Upc = Up
- Dong
Dòng điện pha :
Ipa = Ipb = Ipc = Ip
- Góc pha :
cosϕa = cosϕb = cosϕc = cosϕ
Ta co
có :
P = 3UpIpcosϕ
Hoặc :
(Rp : điện trơ
trở pha)
P = 3 R p I 2p

3.4. CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA
1/ Cong
Công suat
suất tac
tác dụ
dung
ng P :
Thay đai
đại lương
lượng pha bằ
bang
ng đạ
đaii lượ
lương
ng day
dây :
- Đối với cách nối hình Y :
I =I ;
p

- Đối với cách nối Δ :

Ip =

d

Id
3

;

Up =

Ud
3

U p = Ud

Ta có công suất tác dụng 3 pha viết theo đại lượng dây áp
dung
dụ
ng cho ca
cả trương
trường hơp
hợp sao va
và tam giac
giác đố
đoii xứ
xưng
ng :
P = 3 U d I d cos ϕ

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


3.4. CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA
2/ Cong

Công suat
suất phan
phản khang
kháng Q :
Q = Qa + Qb + Qc = UpaIpasinϕa + UpbIpbsinϕb + UpcIpcsinϕc
Khi mạch đối xứng, ta có :
Q = 3UpIpsinϕ
H ëc :
Hoặ

Q = 3 X p I 2p

Hoặc :

Q = 3 U d I d sin ϕ

(Xp : điệ
đi än khang
kh ù pha)
h )


3.4. CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA
3/ Cong
Công suat
suất bieu
biểu kien
kiến S
Công suất biểu kiến của mạch 3 pha đối xứng :

S = 3U p I p = 3 U d I d = P 2 + Q 2


3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Đoii vơi
Đố
với mạ
mach
ch 3 pha đoi
đối xưng,
xứng dong
dòng điện va
và điện ap
áp cua
của cac
các
pha có trò hiệu dụng bằng nhau và lệch nhau một góc 120°. Vì vậy,
ta chỉ cần tính cho mộät p
pha tiêu biểu và suyy ra các p
pha còn lạïi.
1/ Mạch 3 pha tải nối hình Y đối xứng

•

•

•

•

I N = I dA + I dB + I dC = 0
•

U nN = 0 ( n ≡ N )

Dựa vao
Dưa
vào mạ
mach
ch điện ta thay
thấy cac
các dong
dòng
dây (bằng dòng pha) bằng nhau về trò
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
g tính cũng bằng 0. Hay
y điệän áp
giữa trung tính tải n và trung tính
nguồn N bằng 0. Điều này tương
đương vơi
với n trung
trùng vơi
với N hay trung
tính tải cũng là trung tính nguồn. Vì
vậy khi tải ba pha đối xứng nối hình
Y, người ta thường không cầàn nốái dây
trung tính.

3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
1/ Mạ
Mach
ch 3 pha tai
tải noi
nối hình Y đoi
đối xưng
xứng
a) Khi không xét tổng trở của đường dây : Zd = 0
A ≡ a; B ≡ b; C ≡ c
N≡n
Upt = Upn
Dòng dây = dòng p
pha :
Trò hiệu dụng : I d = I p =
Số phức :

•

•

I dA = I pa

•

U pn
Zp

(

=

Ud

3. R 2p + X 2p
•

U an U AN
=
=
=
Z p Z p∠ϕ

)

U pn ∠0°
⎛ Xp ⎞
⎟
R + X ∠arctg⎜⎜
⎟
R
p
⎝
⎠
2
p

2

p


3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
1/ Mạ
Mach
ch 3 pha tai
tải noi
nối hình Y đoi
đối xưng
xứng
b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Zd ≠ 0
A≠ a;; B ≠ b;; C ≠ c
N≡n
Upt ≠ Upn
Dòng pha tải

•

•

•

I dA = I pa
•

U AN
=
Z p + Zd

•

Điện áp pha tải U an = I pa .Z p
•

•

I d = I pt =

U pn = U dn / 3

( R p + Rd ) + ( X p + X d )

U pt = I pt .Z p

Đi än áùp dâ
Điệ
d ây tả
t ûi U ab = 33U
U an ∠30° U dt = U pt . 3

2

2


3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
2/ Mạ
Mach
ch 3 pha tai

tải noi
nối hình tam giac
giác đoi
đối xưng
xứng
a) Khi không xét tổng trở của đường dây : Zd = 0
Id

A
Udn

a
A ≡ a;; B ≡ b;; C ≡ c

Ipt

Udt= Upt

Rp

Upt = Udn

Xp

B

c

b

C
Trò hiệu dụ
dung
ng
- Dòng pha tải : I pt =
- Dòng dây :

U dn
R p2 + X p2

I d = 3. I pt

Số phưc
So
phức

•

•

U AB
=
Zp

•

•

I ab

I dA = 3 I ab ∠ − 30°


3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
2/ Mạ
Mach
ch 3 pha tai
tải noi
nối hình tam giac
giác đoi
đối xưng
xứng
b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Z d = Rd + jX d
Rd

A
Udn

Xd

Id

a

Tổng trở mỗi pha lúc nối
tam g
giác :

Ipt
Rp

Upt= Udt

Z p = R p + jX p

Xp

B
C

b

c

Biến đổi tải thành hình sao :

Xp
Z p Rp
ZY =
=
+j
3
3
3


3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
2/ Mạ
Mach
ch 3 pha tai

tải noi
nối hình tam giac
giác đoi
đối xưng
xứng
b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Z d = Rd + jX d
AA

XX
RR
d d
d d

Udn
Udn

IdId a Rp/3 a Xp/3
Udt
Upt= Udt

b X
p

BB

Id =

Ipt
Rp

c

U dn / 3
2

Rp ⎞ ⎛
Xp ⎞
⎛
⎜ Rd +
⎟ + ⎜ Xd +
⎟
3 ⎠ ⎝
3 ⎠
⎝

Z p = R p + jX p

n ≡N

b
c

CC

Tổng trở mỗi pha lúc nối
tam g
giác :

Biến đổi tải thành hình sao :

Xp
Z p Rp
ZY =
=
+j
3
3
3
•

2

I dA

•

U An
=
Zp
Zd +
3


3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
2/ Mạ
Mach
ch 3 pha tai
tải noi
nối hình tam giac
giác đoi

đối xưng
xứng
b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Z d = Rd + jX d

Trở lạ
Trơ
laii tai
tải noi
nối tam giac
giác ban đau
đầu
Xd
Rd

Id

A

Udn

a
Ipt
Rp

Upt= Udt
Xp

B
C
Dòng pha tải khi nối Δ :

Điện áp pha tải :

c

b

Id
I pt =
3

U pt = I pt .Z p

•

•

I ab
•

I dA
=
3.∠ − 30°
•

U ab = I ab .Z p