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

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

1. CHÖÔNG 3 MAÏÏÄCH ÑIEÄN XOAY CHIEÀU BA PHA
2. 3.1. KHAÙI NIEÄM CHUNG DoDongøng ñieän xoay chieu chieàu 3 pha ñöôcñöôïc söû dungduïng roäng rai raõi trong coâng nghieäp vì : - TruyeTruyenànta taiûiñieänna ñieän nangêng babangèng machmaïch ñieän 3 pha tietietátkieäm kieäm ñöôïc daây daãn, giaûm bôùt toån thaát ñieän naêng vaø toån thaát ñieän aapùpsovô so vôiùi truyen truyeànta taiûiba bangèng dodongøng moät pha . - Ñoäng cô ñieän 3 pha coù caáu taïo ñôn giaûn vaø ñaëc tính toát hôn ñoäng cô ñieän moät pha . Maïch ñie än 3 p ha bao go àm : nguo àn ñie än 3 p ha, ñöôøng daây truyeàn taûi vaø caùc taûi 3 pha.
3. 3.2. NGUOÀN 3 PHA 1/ Cach Caùch ta taoïo ra nguon nguoàn ñieän 3 pha PhaPhanàn quay (rotor) : laø nam chaâm ñieän N – S. PhaànKhi quay tónh (stator) rotor, : töø goàm tröôøng loõi theùp rotor seõ laàn löôït queùt qua caùc daây quaquancoùán stator xeû raõnh,, lalam tronøm xuaxuatg caùcát hieän raõnhcacac ñaëtùc basösöcùc ñieän ñoäng cacamûm ööngùng trong momoiãi boä daây quaán AX (pha A), BY pha daây quaán : eA,eB,eC. Caùc söùc ñieän ñoäng naøy coù daïng hình sin,(pha cuøng B) bieân vaø CZ ñoä, (pha cuøng C); coù taàn cuøng soá, vaø leäch nhau moät goùc 120°. Nguosoásoànvovong3øngphdadayanaây vaøyø leächñöôïcnhau goïi1 lølgogocaø ùcnguoàn 3 pha ñáiñoái xöùng (hay caân ° baèng).120 trong khoâng gian.
4. 3.2. NGUOÀN 3 PHA 1/ Cach Caùch ta taoïo ra nguon nguoàn ñieän 3 pha NeNeuáuchonsö choïn söcùc ñieän ñoäng e A cucuaûa pha A coù gogocùc pha ban ñau ñaàu baèng 0, ta coù : eA = E p 2 sinωt eB = E p 2 sin(ωt −120°) eC = E p 2 sin(ωt +120°)
5. 3.2. NGUOÀN 3 PHA 2/ Nguon Nguoàn 3 pha nonoiái hình sao (Y) – Quan heä giögiöaõaca cacùcñai ñaïi löôïng daây vaø pha khi maïch ñoái xöùng Ba ñiem ñieåmcuo cuoiáiX X, Y, ZnoZ noiáivô vôiùi nhau thanh thaønh ñiem ñieåm trung tính N (hay O) cuûa nguoàn, ba ñieåm ñaàu goïi laø 3 ñaàu pha, ta ñöôïc nguoàn 3 pha 4 daây e A I UAN, UBN, UCN : caùc ñieän aùp pha nguoàn pA A IdA U , U , U : caùc ñieääpygn aùp daây nguoàn e AB BC CA B IpB B IdB N Vì nguoàn 3 pha ñoái xöùng neân : eC I I pC C dC U AN = U BN = U CN = U pn = E p U AB = U BC = UCA = U d N
6. 3.2. NGUOÀN 3 PHA 2/ Nguon Nguoàn 3 pha nonoiái hình sao (Y) – Quan heä giögiöaõaca cacùcñai ñaïi löôïng daây vaø pha khi maïch ñoái xöùng • • Vôùi : U AN = E A = U pn∠0° • • e U BN = E B = U pn∠ −120° A I I pA A dA • • U CN = E C = U pn∠ +120° e B IpB B IdB N Theo ñònh nghóa ñieän aùp daây ta coù : e I • • • • • C pC C IdC U AB = U AN +U NB = U AN −U BN • • • • • N U BC = U BN +U NC = U BN −U CN • • • • • U CA = U CN +U NA = U CN −U AN
7. 3.2. NGUOÀN 3 PHA 2/ Nguon Nguoàn 3 pha nonoiái hình sao (Y) – Quan heä giögiöaõaca cacùcñai ñaïi löôïng daây vaø pha khi maïch ñoái xöùng U • • • • • CA UCN -UBN U AB U AB = U AN +U NB = U AN −U BN • • • • • U BC = U BN +U NC = U BN −U CN 30° • • • • • 30° U CA = U CN +U NA = U CN −U AN -UAN U AN Nhaän xeùt : 30° - Trò hieäu dungduïng : U d = 3 U pn - Ñieän aùp daây nhanh pha hôn ñieän aùp U -UCN BN pha töông öùng 1 goùc 30° Toång quaùt : • • U d = 3 U pn ∠30° - DøDoøng pha= dødoøng dâdaây UBC
8. 3.2. NGUOÀN 3 PHA 3/ Nguon Nguoàn 3 pha nonoiái hình tam giagiacùc( ( Δ) – Quan heä giögiöaõaca cacùc ñaïi löôïng daây vaø pha khi maïch ñoái xöùng - MuoMuonánno noiái hình tam giagiacùctala, ta layáyña ñauàu pha nanayøyno noiáivô vôiùicuo cuoiái pha kia. Ví duï : A noái vôùi Z, B noái vôùi X, C noái vôùi Y. Caùch noái naøy khoâng coù daây trung tính. - Nguoàn 3 pha noái tam giaùc ít ñöôïc söû duïng trong thöïc teá vì chæ cho moät caáp ñieän aùp laø ñieän aùp daây, khoâng coù ñieän aùp pha. Ta coù : Ud = Upn Aùp duïng ÑK1 cho caùc nuùt A, BCB, C • • • I dA = I pA − I pC • • • I dB = I pB − I pA • • • I dC = I pC − I pB
9. 3.2. NGUOÀN 3 PHA 3/ Nguon Nguoàn 3 pha nonoiái hình tam giagiacùc( ( Δ) – Quan heä giögiöaõaca cacùc ñaïi löôïng daây vaø pha khi maïch ñoái xöùng Khi machmaïch ñoñoiáixö xöng,ùng, dodongøng pha vaø dodongøng day daâycu cungõng ñoi ñoáixö xöngùng • • • I dA = I pA − I pC • • • I dB = I pB − I pA • • • I dC = I pC − I pB Suy ra : -Veàtrò hieäudunï g : I d = 3 I p - Veà goùc pha : doøng ñieän daây chaäm sau dodongøng ñieän pha töông öùng 1 goùc 30°. • • Toång quaùt : I d = 3 I pn ∠ − 30°
10. 3.3. TAÛI 3 PHA Moät tataiûi ba pha thöcthöïc chachatátbaogo bao gomàm3ta 3 taiûi moät pha : - Khi :Z a = Z b = Z c = Z p = Rp + jX p ta coù taûi 3 pha caân baèng (hay ñoñoiái xöxöng)ùng) - Ñieän aùp ñaët leân moãi pha taûi goïi laø ñieän aùp pha taûi : Upa, Upb, Upc - DoDongøng ñieän chaychaïy qua moi moãi pha tai taûigoila goïi laø dodongøng ñieän pha: Ipa, Ipb, Ipc
11. 3.3. TAÛI 3 PHA 1/ TaTaiûi ba pha nonoiái hình Y a) Caùch noái Ba ñieñiemåm cuocuoiái x, y, z nonoiái vôvôiùi nhau taotaïo thathanhønh ñieñiemåm trung tính tataiûi n vaø ñöôïc noái vôùi ñieåm trung tính cuûa nguoàn N. Ba ñañauàu a, b, c ñöôcñöôïc nonoiái vavaoøo 3 ñañauàu pha cucuaûa nguonguonàn A, B, C.
12. 3.3. TAÛI 3 PHA 1/ TaTaiûi ba pha nonoiái hình Y b) Caùc quan heä giöõa ñaïi löôïng daây vaø pha trong caùch noái Y ñoñoiái xöxöngùng - Quan heä giöõa doøng ñieän daây vaø pha : Id = Ipt - Quan heä giöõa ñieän aùp daây vaø ñieän aùp pha : • • • Uca Ucn -Ubn Uab U ab =U an −U bn • • • U bc =U bn −U cn 30° • • • 30° U ca =U cn −U an Suy ra : -Uan Uan + Trò hieäu dungduïng : Udt = 3U pt 30° -Ucn + Ñieän aùp daây nhanh hôn ñieän aùp pha 300 Ubn • • U dt = 3U pt ∠30° Ubc
13. 3.3. TAÛI 3 PHA 2/ TaTaiûi ba pha nonoiái hình Δ a) Caùch noái NoNoiáitua tuanàntöña töï ñauàuña ñauàucu cuaûa pha nanayøyvô vôiùiña ñauàucuo cuoiáicu cuaûa pha kia : a noái y; b noái z; c noái x (hoaëc a noái z; c noái y; b noái x). Caùch noái naøy khoânggg coù ñieåm trung tính taûi.
14. 3.3. TAÛI 3 PHA 2/ TaTaiûi ba pha nonoiái hình Δ b) Quan heä giöõa caùc ñaïi löôïng daây vaø pha khi ñoái xöùng : - ÑiäÑieän aù p ph a b bèaèng ñiäñieän aù p dâdaây : U dt = Upt - Aùp duïng ñònh luaät Kirrchoff 1 taïi caùc nuùt a, b, c ta coù quan heä giöõa dodongøng day daâyva vaø pha : + Trò hieäu duïng : Id = 3I pt +C+ Cacù dongø dayâ chähaäm ph a hô n cacù dongø phtöôöha töông öùng 30° • • I d = 3 I pt ∠ − 30°
15. 3.4. COÂNG SUAÁT CUÛA MAÏCH 3 PHA 1/ CoCongâng suasuatát tatacùc dungduïng P : Coâng suaát taùc duïng P cuûa maïch 3 pha baèng toång coâng suaát taùc dungduïng cucuaûa cacacùc pha : P = Pa + Pb + Pc = UpaIpacosϕa + UpbIpbcosϕb + UpcIpccosϕc Khi machmaïch 3 pha ñoñoiái xöxöngùng : - Ñieän aùp pha : Upa =Upb =Upc =Up - DoDongøng ñieän pha : Ipa = Ipb = Ipc = Ip - Goùc pha : cosϕa =cosϕb =cosϕc =cosϕ Ta coù : P = 3UpIpcosϕ Hoaëc : 2 P = 3 Rp I p (Rp : ñieän trôû pha)
16. 3.4. COÂNG SUAÁT CUÛA MAÏCH 3 PHA 1/ CoCongâng suasuatát tatacùc dungduïng P : Thay ñaiñaïi löônglöôïng pha babangèng ña ñaiïi löô löôngïng dadayây: : - Ñoái vôùi caùch noái hình Y : Ud I p = Id ; U p = 3 - Ñoái vôùi caùch noái Δ : Id I p = ; U p = Ud 3 Ta coù coâng suaát taùc duïng 3 pha vieát theo ñaïi löôïng daây aùp dungduïng cho ca û tröôtröôngøng hôphôïp sao va ø tam giac giaùcño ñoiáixö xöngùng : P = 3Ud Id cosϕ trong ñoù ϕ laø goùc leäch pha giöõa ñieän aùp pha vaø doøng pha töônggg öùng.
17. 3.4. COÂNG SUAÁT CUÛA MAÏCH 3 PHA 2/ CoCongâng suasuatát phaphanûn khakhangùng Q : Q = Qa + Qb + Qc = UpaIpasinϕa + UpbIpbsinϕb + UpcIpcsinϕc Khi maïch ñoái xöùng, ta coù : Q = 3UpIpsinϕ Q = 3 X I 2 HëHoaëc: p p (Xp : ñie än khangù ph)ha) Hoaëc : Q = 3Ud Id sinϕ
18. 3.4. COÂNG SUAÁT CUÛA MAÏCH 3 PHA 3/ CoCongâng suasuatát biebieuåu kiekienán S Coâng suaát bieåu kieán cuûa maïch 3 pha ñoái xöùng : 2 2 S = 3U p I p = 3Ud Id = P + Q
19. 3.5. GIAÛI MAÏCH 3 PHA ÑOÁI XÖÙNG ÑoÑoiái vôvôiùi machmaïch 3 pha ñoñoiái xöxöngùng, dodongøng ñieän vaø ñieän aapùp cucuaûa cacacùc pha coù trò hieäu duïng baèng nhau vaø leäch nhau moät goùc 120°. Vì vaäy, ta chæ caàn tính cho moätä pha tieâu bieåu vaø suy ra caùc pha coøn laïi. 1/ Maïch 3 pha taûi noái hình Y ñoái xöùng DöaDöïa vavaoøo machmaïch ñieän ta thathayáy cacacùc dodongøng daây (baèng doøng pha) baèng nhau veà trò hieäu duïng vaø leäch nhau 1 goùc 120°, do ñoù duø ñöôøng daây coù hay khoâng coù toång trôû thì doøng treân ñöôøng daây trung tính cuõng baèng 0. Hay ñieänaùp giöõa trung tính taûi n vaø trung tính nguoàn N baèng 0. Ñieàu naøy töông ñöông vôvôiùi n trutrungøng vôvôiùi N hay trung tính taûi cuõng laø trung tính nguoàn. Vì • • • • vaäy khi taûi ba pha ñoái xöùng noái hình I N = I dA + I dB + I dC = 0 • Y, ngöôøi ta thöôøng khoâng caànnoáidaây U nN = 0 (n ≡ N ) trung tính.
20. 3.5. GIAÛI MAÏCH 3 PHA ÑOÁI XÖÙNG 1/ MachMaïch 3 pha tataiûi nonoiái hình Y ñoñoiái xöxöngùng a) Khi khoâng xeùt toång trôû cuûa ñöôøng daây : Zd =0 A ≡ a; B ≡ b; C ≡ c N ≡ n Upt =U= Upn Doøng daây = doøng pha : U pn U d Trò hieäu duïng : Id = I p = = Z 2 2 p 3.()Rp + X p • • • • U an U AN U pn ∠0° Soá phöùc : I dA = I pa = = = Z p Z ∠ϕ ⎛ X ⎞ p R2 + X 2 ∠arctg⎜ p ⎟ p p ⎜ ⎟ ⎝ Rp ⎠
21. 3.5. GIAÛI MAÏCH 3 PHA ÑOÁI XÖÙNG 1/ MachMaïch 3 pha tataiûi nonoiái hình Y ñoñoiái xöxöngùng b) Khi coù xeùt toång trôû cuûa ñöôøng daây : Zd ≠ 0 A≠ a; B ≠ b; C ≠ c N ≡ n Upt ≠ Upn • • • UU= /3 U AN II== pn dn Doøng pha taûi I dA = I pa = dpt 22 Z p + Z d ()()RRpd+++ X p X d • • Ñieän aùp pha taûi U an = I pa .Z p UIZptptp= . • • Ñieä naùp dâdaây tûitaûi U ab = 3U an ∠30° UUdt= pt . 3
22. 3.5. GIAÛI MAÏCH 3 PHA ÑOÁI XÖÙNG 2/ MachMaïch 3 pha tataiûi nonoiái hình tam giagiacùc ñoñoiái xöxöngùng a) Khi khoâng xeùt toång trôû cuûa ñöôøng daây : Zd =0 I a A d Ipt A ≡ a; B ≡ b; C ≡ c Udt= Upt Udn Rp Upt = Udn Xp B b c C Trò hieäu dungduïng Soá phöphöcùc • U • I = dn U AB - Doøng pha taûi : pt 2 2 I ab = Rp + X p Z p • • - Doøng daây : Id = 3.I pt I dA = 3 I ab ∠ − 30°
23. 3.5. GIAÛI MAÏCH 3 PHA ÑOÁI XÖÙNG 2/ MachMaïch 3 pha tataiûi nonoiái hình tam giagiacùc ñoñoiái xöxöngùng b) Khi coù xeùt toång trôû cuûa ñöôøng daây : Z d = Rd + jX d R X d d Id a A Toång trôû moãi pha luùc noái Ipt tam giaùc : Upt=Udt R Udn p Z p = Rp + jX p Xp Bieán ñoåi taûi thaønh hình sao : B b c Z p Rp X p C Z Y = = + j 3 3 3
24. 3.5. GIAÛI MAÏCH 3 PHA ÑOÁI XÖÙNG 2/ MachMaïch 3 pha tataiûi nonoiái hình tam giagiacùc ñoñoiái xöxöngùng b) Khi coù xeùt toång trôû cuûa ñöôøng daây : Z d = Rd + jX d RR XX R /3 X /3 d d d d IdId a p a p AA Toång trôû moãi pha luùc noái Ipt tam giaùc : Udt Udn Upt=Udt U Rp dn Z p = R + jX b p p Xp n ≡N Bieán ñoåi taûi thaønh hình sao : BB b c Z p Rp X p c Z Y = = + j CC 3 3 3 • U / 3 • I = dn U An d 2 2 I dA = ⎛ Rp ⎞ ⎛ X p ⎞ Z p ⎜ Rd + ⎟ + ⎜ X d + ⎟ Z d + ⎝ 3 ⎠ ⎝ 3 ⎠ 3
25. 3.5. GIAÛI MAÏCH 3 PHA ÑOÁI XÖÙNG 2/ MachMaïch 3 pha tataiûi nonoiái hình tam giagiacùc ñoñoiái xöxöngùng b) Khi coù xeùt toång trôû cuûa ñöôøng daây : Z d = Rd + jX d Trôû lailaïi tataiûi nonoiái tam giagiacùc ban ñañauàu R X d d Id a A Ipt Upt=Udt R Udn p Xp B b c C • • Id I dA Doøng pha taûi khi noái Δ : I = I ab = pt 3 3.∠ − 30° • • Ñieän aùp pha taûi : U pt = I pt .Z p U ab = I ab .Z p