Bài giảng môn Kỹ thuật điện – Chương 4: Mạch điện xoay chiều 3 pha

Chương IV: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA

.c
om

4.1 Khái niệm chung về MĐ xoay chiều 3 pha:

ng

1. Cách tạo nguồn (máy phát điện đồng bộ) :

co

Các cách biểu thị:

th

2.E.sin ω t

cu

u

du
o

2π
eB = 2.E.sin(ωt − )
3
4π
eC = 2.E.sin(ωt − )

3
2π
= 2.E.sin(ωt + )
3

ng

eA =

an

a. Dạng tức thời :

CuuDuongThanCong.com

e

eA

eC

eB

1

0.5

2π/3

4π/3

2π

0

ωt

-0.5

-1

0

1

2

3

4

5

b. Dạng đồ thị
/>
6


c. Dạng số phức :

EC

d. Dạng véc tơ :

•

E A = E e j0

120o

•

.c
om

E B = E e − j120
•

co

th

ng

•

0

du
o

EA + EB +EC =
•

EB

an

Nguồn được biểu diễn như vậy:
nguồn 3 pha đối xứng:

ng

E C = E e − j2 4 0 = E e + j1 2 0

e A + eB + eC =
•

cu

u

EA + EB + EC =
Cách nối: Sao (Y) và tam giác (∆)

Mạch 3 pha đối xứng:
nguồn ĐX
tải ĐX
đường dây ĐX

2. Tải 3 pha ZA, ZB, ZC. Nối Y hoặc ∆
3. Đường dây 3 pha ZdA, ZdB, ZdC

CuuDuongThanCong.com

EA

/>

- 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)

4. Cách nối nguồn với tải:

th

an

UAB

IB

UCA

UBC

IC

Dây trung tính

• Dịng điện dây Id trên dây pha
• Điện áp dây Ud giữa các dây pha

CuuDuongThanCong.com

Tải 3 pha
nối Y hoặc ∆

ng
du
o

cu

u

Nguồn 3
pha nối Y
hoặc ∆

IA

co

5. Các đại lượng dây và pha:

ng

.c

om

- 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)

• Dịng điện pha If và điện áp
pha Uf là dòng và áp trên 1
pha của tải
/>

4. 2 Quan hệ giữa các đại lượng dây và pha trong mạch 3 pha
1. Mạch nối sao:
(Zd = 0)

EA
O

.c
om

IA
UA

UCA

Uo’o

co

EB

an

EC

O’

UB

ZB
IB

UC

IC

ng

th

UBC

UAB

ZC

ng

UAB

ZA

cu

u

du
o

- 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
- Dịng điện dây IA, IB và IC cũng
chính là dịng pha qua tải:
Id = If
CuuDuongThanCong.com

Quan hệ điện áp dây và
pha (dạng véc tơ)

U AB = U A − U B

U BC = U B − U C
U CA = U C − U A
/>

* Khi tải nối Y đối xứng:
(ZA = ZB = ZC)
UA = EA

UA

.c
om

U0’0 = 0:

UC

UCA

UBC

ng

UB = EB

co

UC = EC

UB

UAB

th

an

Điện áp pha đối xứng

du
o

ng

Theo đồ thị véc tơ: Điện áp dây
UAB, UBC và UCA đối xứng

cu

u

Suy ra quan hệ giá trị hiệu dụng :

CuuDuongThanCong.com

Ud = 3Uf
Id = If
/>

2. Mạch nối tam giác

A
IA

(Zd = 0)
E BA

UCA

.c
om

EAC

ZCA

ng
co

ECB

ZBC

C

IC

du
o

ng

- Điện áp dây UAB, UBC và UCA ≡ điện áp pha trên tải:

cu

u

Ud = Uf

I A = I AB − ICA

- Dòng dây IA, IB, IC quan

I B = I BC − I AB

hệ với dòng pha IAB, IBC và ICA :

IC = ICA − I BC

CuuDuongThanCong.com

B
IBC

th

an

UBC

ZAB
UAB

UAB

IB

IAB

ICA

/>

* Khi tải nối ∆ đối xứng:
(ZAB = ZBC = ZCA)

UCA

.c
om

Dòng pha, dòng dây
đối xứng

ϕ

ICA

IA

IBC

th

an

IAB

ng
du
o

UBC

IB

cu

u

I d = 3I f

co

Từ đồ thị véc tơ, quan hệ
về giá trị hiệu dụng :

Ud = Uf

CuuDuongThanCong.com

UAB

ng

IC

/>

4.3 Công suất mạch 3 pha:

.c
om

1. Công suất tác dụng :
PA , PB, PC

P3f = PA + PB+ PC

th

an

co

2
2
2
= R fA IfA
+ R fB IfB
+ R fC IfC

ng

P3f = U fA I fA cosϕfA + U fB IfBcosϕfB + U fC IfC cosϕfC

Ud
3

du
o

Uf =

If = Id

u

Tải nối Y :

ng

*)Khi tải đối xứng : P3f = 3Pf = 3UfIfcosϕf = 3RIf2

Id
3

P3 f =

3U d Id cos ϕ f

cu

Tải nối ∆ : U f = U d I f =

CuuDuongThanCong.com

/>

2. Công suất phản kháng :
QA , QB, QC

Q3f = QA + QB+ QC

.c
om

Q3f = U fA IfA sin ϕfA + U fB IfB sin ϕfB + U fC IfC sin ϕfC

ng

2
2
2
= X fA IfA
+ X fB IfB
+ X fC IfC

ng

th

Tải nối Y hay ∆ ta đều có:

an

co

*)Khi tải đối xứng : Q3f = 3Qf = 3UfIfsinϕf = 3XIf2

3 U d I d s in ϕ f

u

du
o

Q 3f =

cu

3. Công suất biểu kiến
*)Khi tải đối xứng :

CuuDuongThanCong.com

S 3f =

P 32f + Q 32 f

S 3f =

3U dId

/>

EA

4.4. Cách giải mạch 3 pha:
1. Tải nối Y:
a. Đối xứng :

IA
EB

ng

co
th

an

k

ng

Uo’o

du
o

cu

Thay Zd nt Zt

O’

ZdA = ZdB = ZdC = Zd
ZA, ZB , ZC

u

Đường dây ĐX :

IB

IC

EC

ZA = ZB = ZC = Zt

Zt

.c
om

O

Tải ĐX:

Zd ZA

UO’O = 0

CuuDuongThanCong.com

•

•

j0

U A Ue
− jϕ
IA =
=
=
Ie
ZA
Z e jϕ

•

IB = I e
•

− j( ϕ+120 )

I C = Ie − j( ϕ − 1 2 0

/>
)


EA

b. Tải khơng ĐX :
ZA ≠ ZB ≠ ZC

EB
O

ng

EC

•

•

th
ng

Ue
− jϕ
=
I
e
A
jϕA
ZA e

du
o

A

u

UA
IA =
=
ZA

j0

cu

•

•

− j120

U B Ue
IB =
=
ZB
ZBe jϕB

IN

= IBe

CuuDuongThanCong.com

Uo’o

•

j120
Ue
UC
− j( ϕC −120
=
IC =
= ICe
jϕC
ZC
ZC e
•

•

− j( ϕB +120 )

ZC

k

an

co

Tính I cho từng pha riêng biệt

O’

IC

UO’O = 0

ZA
ZB

IB

.c
om

* Khi K đóng:

UA

IA

•

•

•

I N = I A + I B + IC ≠ 0
Kết luận: Khi có dây
trung tính?

/>
)


U O 'O =

U o 'o = U o e Jψ O
•

•

•

•

•

•

•

U A = E A − U O'O

E A Y A + E B Y B + E C YC
≠ 0
Y A + Y B + YC

EA
Tính I trong

từng pha

U B = E B − U O 'O

EB

O

ng

th
EC

du
o

UC

u

cu

O

ψo

ZC

IC
k

UA
EA

EB

O’

Uo’o

O’

U O'O

EC

Kết luận: Khi mất
dây trung tính?

UB

CuuDuongThanCong.com

ZA
ZB

IB

an

U C = E C − U O 'O

UA

IA

ng

•

•

co

•

•

.c
om

•

* Khi K mở:
•

•

/>

•

UB
U B e − jψ uB
jψ B
IB =
=
=
I
e
B
jϕ B
ZB
ZB e

jψ uA

•

UA UAe
jψ A
IA =
=
=
I
e
A
ZA
ZA e jϕA
•

•

EA

j ψ uC

U Ce
UC
jψ C
IC =
=
=
I
e
C
ZC
ZC e jϕ C

ng
th

co

Nguồn đx : Ud = 220 V

ng
du
o

u

Z B = j 20 Ω ;

IB

Ud IC

EC

UA
UB

ZB

UC

ZC

k

ZC = -j 20 Ω

Tìm IA, IB, IC , IN khi K đóng và K mở

CuuDuongThanCong.com

O’

IN

cu

ZA = 20 Ω;

an

O

ZA

IA

EB

Ví dụ : Cho MĐ hình bên:

Tải KĐX có :

•

.c
om

•

/>

Zd

A

a. Đối xứng

Ud

IA
IB

Nguồn ĐX:
B

Zd

ZCA

ng

an

ng

•

I A = 3If e − j( ϕ+30 )

•

I AB

•

cu

u

* Khi Zd = 0

ZBC IBC

th

ZAB = ZBC = ZCA = Zt
ZdA = ZdB = ZdC = Zd

du
o

Tải ĐX:
ĐDĐX :

ZAB

IC

co

C

IAB

ICA

Zd

.c
om

2. Tải nối ∆

U AB
U d e j0
=
=
Zt
Zt e jϕ
= I f e − jϕ
CuuDuongThanCong.com

•

I BC = If e
•

•

− j( ϕ+120 )

ICA = If e

− j( ϕ−120 )

I B = 3If e − j( ϕ+150 )
•

IC = 3If e − j( ϕ−90 )

/>

Zd

Zd

IC

.c
om

IB

IBC

th
ng
du
o

u

I B = Id e − j( ϕ+120 )

•

Zt

I A = I d e − jϕ

thay Zd + ZtY = Z
•

Zt

Zt

an

•

IAB

ICA

Zd

co

Ud

ng

* Khi Zd ≠ 0:

Z tY

IA

cu

IC = Id e − j( ϕ−120 )

CuuDuongThanCong.com

•

I d − j( ϕ−30 )
I AB =
e
3
•
I d − j( ϕ+ 90 )
I BC =
e
3
•
I d − j( ϕ−150 )
ICA =
e
3
/>

ZdA

Ud

IA
IB

Nguồn ĐX:
B

ZdC

ng

ZBC IBC

an

•

ng

•

ZAB ≠ ZBC ≠ ZCA

ZAB

IC

th

Tải KĐX:

ZCA

co

C

IAB

ICA

ZdB

.c
om

b. Khơng đối xứng A
* Khi Zd = 0

cu

u

du
o

U AB = I e − jϕAB
AB
I AB =

ZAB
•
•
U BC
I BC =
= I BC e − j( ϕBC +120 )
ZBC
•
•
U CA = I e − j( ϕCA −120 )
ICA =
CA
ZCA
CuuDuongThanCong.com

•

•

•

•

•

•

•

•

•

I A = I AB − I C A
K
Đ
X

K
Đ
X

I B = I BC − I AB
I C = I C A − I BC
•

•

•

•

IA + IB + IC
•

•

=0

I AB + I BC + I C A ≠ 0

/>

ZdA

IAB

ICA
IB

ZdC

IC

.c
om

ZdB

Zt

Zt

co

Ud

ng

* Khi Zd ≠ 0

Z tY

IA

du
o

an
th

ng

thay : ZdA + ZtYA = ZA
•

cu

•

u

IA = I A e − jϕA

I B = I Be
•

− j( ϕB +120 )

IC = IC e

− j( ϕC −120 )

CuuDuongThanCong.com

Zt

•

•

•

•

•

•

•

•

•

I A = I AB − I C A
I B = I BC − I AB

I C = I C A − I BC

/>

IBC


I2
I

I3

Ud

.c
om

Ví dụ 2: Cho mạch 3
pha ĐX như hình bên

Zd

Z2

co

ng

I1

Zd = 2 + j2

du
o

cu

Z2 = 18 – j24

u

Z1 = 12 + j16

ng

th

Biết:

an

Z1

Ud = 380 V

CuuDuongThanCong.com

Ω

Tìm: dịng điện : I1, I2 , I3, I
P, Q, S và cosϕ toàn mạch
Vẽ đồ thị véc tơ của I A , I B , I C
dựa vào U A , U B , U C

/>

I

co

th
ng

= 11 A

cu

Tải 2:

u

du
o

220
Uf
=
I1 =
Z1
122 +162

Chuyển Z2 về Y :

Z2Y = 6 – j8

Thay : Zd2Y = Zd + Z2Y = 8 – j6
CuuDuongThanCong.com

Z2

an

Z1

1.Tìm dịng điện : I1, I2 , I3, I

I3

ng

I1

Giải

Z 2Y

Ud

Ω

Ud = 380 V

Zd

.c
om

Z1 = 12 + j16
Z2 = 18 – j24
Zd = 2 + j2

I2

U f = 220
I2 =
Zd2Y
82 +62
I2 = 22 A

I2
I3 =
= 12,7 A
3

/>

I

I3

co

Z1

Z2

ng

I1

I1 = 11 A; I2 = 22 A

Z 2Y

Ud

Ω

Ud = 380 V

Zd

.c
om

Z1 = 12 + j16
Z2 = 18 – j24
Zd = 2 + j2

I2

ng

th

an

33
2. Tìm P, Q, S và cosϕ toàn mạch

2
2
=
3(12.11
+
8.22
) = 15972
P = 3(R .I + R d 2Y .I 2 )

W

2
2
=
3(16.11
−
6.22
) = -2904
Q = 3(X .I − X d 2Y .I 2 )

VAr

du
o

u

2
1 1

2

2

cu

2
1 1

2
2
= 16233 VA
=
15972
+
2904
S= P +Q
S
15972
P
16233
I=
=
=

cos ϕ =
= 0,98
= 24,66 A
3U d
3.380
16233
S
2

2

CuuDuongThanCong.com

/>

VÌ Q = - 2904 VAr < 0

IC

IA

th

an

co

mang t/c điện dung

C

ng

U

.c
om

3. Vẽ đồ thị véc tơ của I A , I B , I C dựa vào U A , U B , U C

dịng vượt trước áp 1 góc ?

ng

11O 28 ’

IB

du
o

cu

u

cosϕ = 0,98

U

U

B

ϕ =11o 28’

CuuDuongThanCong.com

/>
A