Bài giảng Điện kỹ thuật (Mới)

0 
 R 6 
 Cos 0,6
 1 Z 10
 U 220
 Dòng điện tải I1: I 22A 
 1 Z 10
 2 2
 Công suất P của tải: P = R.I1 = 6.22 = 2904W 
 2 2
 Công suất Q của tải: Q = XL.I1 = 8.22 = 3872Var 
 Công suất toàn phần của tải: S = U.I = 220.22 = 4840VA 
 Tính điện dung C cần thiết: 
 Cos 1 = 0,6 ; tg = 1,33 
 Cos = 0,93; tg = 0,395 
 Bộ tụ điện cần có điện dung là: 
 P 2904
 C ( tg tg ) (1,333 0,395) 1,792.10 4F 
 U 21 314.220 2
5. MẠCH XOAY CHIỀU BA PHA 
5.1. HỆ THỐNG BA PHA CÂN BẰNG 
5.1.1. KHÁI NIỆM 
 Hiện tại phần lớn các mạch điện có công suất lớn đều sử dụng mạch điện 
ba pha do tính ưu việt của nó về kỹ thuật và kinh tế. 
 Hệ thống điện 3 pha là tập hợp ba hệ thống điện một pha được nối với 
nhau tạo thành một hệ thống năng lượng điện từ chung, trong đó sức điện động 
 92 
ở mỗi mạch đều có dạng hình sin, cùng tần số, lệch pha nhau một phần ba chu 
kỳ. 
 Nguồn điện gồm có ba sức điện động hình sin cùng biên độ, cùng tần số, 
lệch nhau về pha 2 , gọi là nguồn ba pha đối xứng (hay nguồn cân bằng). Đối 
 3
với nguồn đối xứng ta có: 
 eA + eB + eC = 0 
 EA + EB + EC = 0 
 Tải ba pha có tổng trở phức của các pha bằng nhau: ZA = ZB = ZC gọi là 
tải ba pha đối xứng. 
 Mạch điện ba pha gồm có nguồn, tải và đường dây đối xứng được gọi là 
mạch điện ba pha đối xứng (còn được gọi là mạch ba pha cân bằng). Nếu không 
thỏa mãn điều kiện đã nêu thì gọi là mạch ba pha không đối xứng. 
5.1.2. ĐỒ THỊ DẠNG SÓNG VÀ ĐỒ THỊ VEC TƠ 
 Hệ thống điện ba pha đuợc tạo ra từ máy phát điện đồng bộ ba pha, hoạt 
động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Cấu tạo nguyên lý của máy phát điện 
3 pha gồm hai phần : 
 Hình 4.25: Nguyên lý máy phát điện ba pha 
 a) Stator (phần tĩnh). Gồm ba cuộn dây giống nhau (gọi là các cuộn dây 
pha) đặt lệch nhau 1200 trong các rãnh của lõi thép stator. Các cuộn dây ba pha 
thường ký hiệu tương ứng là AX, BY, CZ. 
 b) Rotor (phần quay). Là một nam châm điện N - S. 
 Khi rotor quay, từ trường của nó lần lượt quét qua các cuộn dây pha, sinh 
ra các sức điện động hình sin có cùng biên độ, cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 
 0
một góc 120 . Nếu chọn pha ban đầu của sức điện động eA trong cuộn dây AX 
bằng không ta có biểu thức các sức điện động trong các pha là : 
 93 
 eA 2E sint
 0
 eB 2E sin(t 120 ) (4.75) 
 0 0
 eC 2E sin(t 240 ) 2E sin(t 120 )
Nếu biểu diễn hệ thống SĐĐ 3 pha trên bằng số phức ta được: 
 0
 EA E0
 0
 EB E 120 (4.76) 
 0 0
 EC E 240 E120
 Hình 4.26: Đồ thị dạng sóng và đồ thị vectơ mạch điện ba pha 
5.1.3. ĐẶC ĐIỂM VÀ Ý NGHĨA 
 Hệ thống điện 3 pha có nhiều ưu điểm hơn hẳn hệ thống điện một pha. Để 
truyền tải điện một pha ta cần dùng 2 dây dẫn, nhưng để truyền tải hệ thống 3 
pha chỉ cần dùng 3 hoặc 4 dây dẫn do vậy tiết kiệm và kinh tế hơn. 
 Hệ 3 pha dễ dàng tạo ra từ trường quay, làm cho việc chế tạo động cơ 
điện đơn giản. Các động cơ công suất lớn đều phải sử dụng nguồn điện 3 pha. 
 Nếu nối riêng rẽ từng pha với tải ta được 3 hệ thống một pha độc lập, hay 
hệ thống 3 pha không liên hệ với nhau. Hệ thống này ít sử dụng trong thực tế do 
không kinh tế vì cần tới 6 dây dẫn. 
 Thông thường 3 pha nguồn được nối với nhau, 3 pha tải cũng được nối 
với nhau và có đường dây 3 pha nối giữa nguồn và tải. Có 2 phương pháp nối 
mạch 3 pha thường sử dụng trong công nghiệp là nối hình sao (Y) và nối hình 
tam giác (Δ). 
5.2. SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRONG MẠNG BA PHA 
5.2.1. CÁC ĐỊNH NGHĨA 
 Mỗi pha của nguồn và tải đều có điểm đầu và điểm cuối. Ta thường ký 
hiệu các điểm đầu pha là A, B, C, các điểm cuối pha là X, Y, Z. 
 94 
 Ba dây nối các điểm đầu của nguồn và tải AA’, BB’, CC’ gọi là các dây 
pha. Dây dẫn nối các điểm trung tính OO’ gọi là dây trung tính. 
5.2.2. ĐẤU DÂY HÌNH SAO 
5.2.2.1. NGUYÊN TẮC NỐI 
 Để nối hình sao người ta nối 3 điểm cuối của các pha lại với nhau tạo 
thành điểm trung tính. 
 Đối với nguồn, 3 điểm cuối X, Y, Z của các cuộn dây máy phát điện được 
nối lại với nhau tạo thành điểm trung tính O. 
 Đối với tải, 3 điểm cuối X’, Y’, Z’ được nối lại với nhau tạo thành điểm 
trung tính O’. 
 Ba dây nối các điểm đầu của nguồn và tải AA’, BB’, CC’ gọi là các dây 
pha. Dây dẫn nối các điểm trung tính OO’ gọi là dây trung tính. 
 Hình 4.27: Sơ đồ đấu dây hình sao 
 a) Sơ đồ đấu dây ; b) Đồ thị vectơ 
5.2.2.2. QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN DÂY Id VÀ DÒNG ĐIỆN PHA Ip 
 Dòng điện pha Ip là dòng điện chạy trong mỗi pha của nguồn (hoặc tải). 
Dòng điện dây Id là dòng chạy trong các dây pha nối giữa nguồn và tải. Từ hình 
4.4a ta thấy dòng điện dây Id có giá trị bằng dòng điện chạy trong các pha Ip. 
 Id = Ip (4.77) 
5.2.2.3. QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP DÂY VÀ ĐIỆN ÁP PHA 
 Điện áp pha Up là điện áp giữa điểm đầu và điểm cuối của mỗi pha (hoặc 
giữa dây pha và dây trung tính). 
 Điện áp dây Ud là điện áp giữa 2 dây pha: 
 UUUAB A B
 UUUBC B C (4.78) 
 UUUCA C A
 95 
 Để vẽ đồ thị vectơ điện áp dây, trước hết ta vẽ đồ thị vectơ điện áp pha 
UA, UB, UC , sau đó dựa vào công thức (4.4) ta dựng đồ thị vectơ điện áp dây 
như trên hình 4.4 b, hoặc hình 4.5. Ta có: 
 Hình 4.28: Đồ thị vectơ mạch điện đấu sao 
 Về trị số, điện áp dây Ud lớn hơn điện áp pha Up là 3 lần. Thật vậy, xét 
tam giác OAB từ đồ thị hình 4.4 b ta có: 
 3
 AB 2AH=2OAcos30o 2OA 3 OA U 3 U (4.79) 
 2 d P
 Dễ thấy rằng, khi điện áp pha đối xứng, thì điện áp dây đối xứng. 
 o
 Về pha, các điện áp dây UAB, UBC, UCA lệch pha nhau một góc 120 và 
vượt trước điện áp pha tương ứng một góc 300. 
 Khi tải đối xứng, dòng điện qua dây trung tính bằng không: 
 IIIIo A B C 0 (4.80) 
 Trong trường hợp này có thể không cần dây trung tính, ta có mạch ba pha 
ba dây. Ví dụ, động cơ điện ba pha là tải đối xứng, chỉ cần đưa ba dây pha nối 
đến động cơ. Thông thường trong thực tế, tải ba pha là không cần bằng, khi đó 
dòng điện qua dây trung tính là khác không, do đó bắt buộc phải có dây trung 
tính. 
 Ví dụ 4.15: Một nguồn điện áp ba pha đối xứng hình sao, điện áp pha 
nguồn Upn = 220V. Nguồn cung cấp điện cho tải R ba pha đối xứng. Biết dòng 
điện chạy trên dây Id =10A. Tính điện áp Ud, điện áp pha của tải, dòng điện pha 
của tải và của nguồn, vẽ đồ thị vectơ. 
Giải: 
 Nguồn nối hình sao, áp dụng công thức (4.5) điện áp dây là: 
 UUVd 3 f 3.220 380 
 Tải nối hình sao, biết Ud = 380V, theo công thức (4.5) ta có điện áp của 
 U d 380
tải là: UVf 220 
 3 3
 96 
 A I A
 d  
 IA U C
 Up 
 U t I C
 p Ud R
 n
 I Ipt
 O pn O
 R R  
 I A U A
 B B
 C C 
 I B
  
 U B
 IB
 IC
 a) b) 
 Nguồn nối sao, tải nối sao nên ta có : 
 Dòng điện pha nguồn: Ipn = Id = 10A 
 Dòng điện pha tải: Ipt = Id = 10A 
 Vì tải thuần trở nên điện pha của tải trùng pha với dòng điện pha của tải. 
5.2.3. ĐẤU DÂY HÌNH TAM GIÁC 
5.2.3.1. NGUYÊN TẮC NỐI 
 Để nối hình tam giác người ta nối đầu pha này với cuối pha kia, ví dụ A 
nối với Z, B nối với X, C nối với Y 
 Hình 4.29: Mạch điện ba pha nối tam giác 
5.2.3.2. QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP DÂY VÀ ĐIỆN ÁP PHA 
 Từ hình vẽ ta thấy khi nối tam giác thì điện áp giữa hai dây chính là điện 
áp pha: Ud = Up (4.81) 
5.2.3.3. QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN DÂY VÀ DÒNG ĐIỆN PHA 
 Áp dụng định luật Kirchhoff 1 cho các nút, ta có: 
 Tại nút A: IIIA AB CA 
 Tại nút B: IIIB BC AB 
 Tại nút C: IIIC CA BC 
 Đồ thị vectơ các dòng điện dây IA, IB, IC và dòng điện pha IAB, IBC, ICA 
vẽ trên hình 4.30b: Ta có: 
 97 
 - Về trị số, dòng điện dây lớn gấp 3 lần dòng điện pha. Thật vậy, xét tam 
giác OEF từ đồ thị hình 4.6b ta có: 
 3
 EF = 2OEcos300 2OE 3OE 
 2
 Từ đó: IId 3 p (4.82) 
 Ví dụ 4.16: Một mạch điện ba pha, nguồn điện nối sao, tải nối tam giác. 
Biết điện áp pha của nguồn Upn = 2kV, dòng điện pha của nguồn Ipn = 20A. 
 a) Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha và trên sơ đồ ghi rõ các đại lượng 
pha và dây. 
 b) Hãy xác định dòng điện và điện áp pha của tải Ipt, Upt. 
Giải: 
 a) Sơ đồ đấu dây 
 A A
 Id
 Upn
 Ud
 Upt
 Z
 Ipn Z
 O
 I pt
 B
 C
 Z Z
 Id
 Id 
 b) Vì nguồn nối hình sao, nên dòng điện dây bằng dòng điện pha 
 Id = Ipn = 20A 
 Điện áp dây bằng 3 lần điện áp pha nguồn :Ud 3 U pn 3.2 3,646 kV 
 Vì tải nối hình tam giác, nên điện áp pha của tải Upt bằng điện áp dây: 
 Upt = Ud = 3,464kV 
 Dòng điện pha của tải nhở hơn dòng điện nhỏ hơn dòng điện dây 3 lần 
 Id 20
 I pt 11,547A 
 3 3
5.3. CÔNG SUẤT MẠNG BA PHA 
5.3.1. CÔNG SUẤT TÁC DỤNG P 
 Gọi PA, PB, PC tương ứng là công suất tác dụng của các pha A, B,C, ta có 
công suất tác dụng của mạch ba pha bằng tổng các công suất tác dụng của từng 
pha: P = PA + PB + PC = UAIAcos A+ UBIBcos B + UCICcos C 
 Khi mạch ba pha đối xứng ta có: 
 UA = UB = UC = UP 
 IA = IB = IC = IP 
 98 
 cos A = cos B = cos C 
 Từ đó: P = 3UpIp cos (4.83) 
 2
 Hoặc: P = 3RP IP (4.84) 
 Trong đó Rp là điện trở pha. Nếu thay đại lượng pha bằng đại lượng dây: 
 Ud
 Trong cách nối hình sao: IIUp d; p 
 3
 Id
 Trong cách nối tam giác:UUIp d; p 
 3
 Ta có công suất tác dụng trong mạch ba pha viết theo đại lượng dây áp 
dụng cho cả hai trường hợp nối hình sao và tam giác đối xứng: 
 P = 3 UdIdcos (4.85) 
 Trong đó là góc lệch pha giữa điện áp pha và dòng điện pha tương ứng: 
 R
 cos = p 
 2 2
 R p X p
5.3.2. CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Q 
 Công suất phản kháng của mạch ba pha là : 
 Q = QA +QB+QC=UAIAsin A +UBIBsin B+UCICsin C 
 Khi mạch đối xứng ta có: Q =3UpIpsin (4.86) 
 2
 Hoặc: Q = 3XpIp (4.87) 
 Trong đó Xp là điện kháng của pha. Nếu biểu diễn theo các đại lượng dây 
ta cũng có: Q = 3 UdIdsin (4.88) 
5.3.3. CÔNG SUẤT BIỂU KIẾN S 
 Khi đối xứng, công suất biểu kiến ba pha là: 
 2 2
 SPQUIUI 3p p 3 d d (4.89) 
5.4. PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH BA PHA CÂN BẰNG 
 Đối với mạch điện ba pha đối xứng, dòng điện và điện áp các pha có trị số 
bằng nhau và lệch pha nhau một góc 1200. Khi giải mạch ba pha ta chỉ cần tính 
cho một pha, sau đó suy ra các pha còn lại. 
 Khi nối vào nguồn có điện áp Ud, bỏ qua tổng trở của đường dây, nếu biết 
tổng trở tải, các bước tính toán sẽ thực hiện như sau: 
 - Bước 1. Xác định cách nối phụ tải: hình sao hay tam giác? 
 - Bước 2. Xác định điện áp pha của tải : 
 + Nếu nối hình sao: UUd 3 P 
 + Nếu tải nối tam giác: Ud = UP 
 99 
 - Bước 3. Xác định tổng trở pha và hệ số công suất của tải. 
 2 2
 ZRXp p p 
 R R
 Hệ số công suất: cos = p p 
 Z 2 2
 p RXp p
 - Bước 4. Tính dòng điện Ip của phụ tải. 
 + Nếu tải nối sao: Id = IP 
 + Nếu tải nối tam giác: Id = 3 IP 
 – Bước 5. Tính công suất tiêu thụ trên phụ tải. 
 2 
 P = 3RpIp =3UpIpcos = 3 UdIdcos 
 2 
 Q = 3XP Ip =3UpIpsin = 3 UdIdsin 
 2
 S = 3Zp Ip = 3UpIp = 3 UdId 
 Ví dụ 4.17: Một tải 3 pha có điện trở pha Rp = 20Ω, điện kháng pha Xp 
=15Ω, nối hình tam giác và đấu vào lưới điện 3 pha có điện áp dây Ud = 220V. 
Tính dòng điện pha Ip, dòng điện dây Id, công suất tải tiêu thụ và vẽ đồ thị vectơ 
điện áp dây và dòng điện pha phụ tải. 
Giải: 
 Theo sơ đồ đấu dây tải nối tam giác, do đó điện áp pha của tải là: 
 Ud = Up = 220 V. 
 Tổng trở pha của tải: 
 2 2 2 2
 ZRXp p p 20 15 25  
 Dòng điện pha của tải: 
 U p 220
 I p 8,8A 
 Z p 25
 Dòng điện dây của tải: 
 Id = 3 Ip = 3 .8,8 = 15,24A 
 Công suất tiêu thụ: 
 100 
 2 2
 P = 3RpIp = 3.20.8,8 = 4646,4W 
 2 2
 Q = 3Xp Ip = 3.15.8,8 = 3484,24Var 
 S = 3 UdId = 3 220.15,24 = 5870,21VA 
 R p 20
 Hệ số công suất: cos = 0,8 36,87o 
 Zp 25
 Dòng điện chậm pha hơn điện áp một góc là = 36,87o. Đồ thị vectơ 
dòng điện và điện áp pha vẽ trên hình 4.9b. 
 Ví dụ 4.18: Một tải 3 pha là 3 cuộn dây được đấu vào lưới điện 3 pha có 
điện áp dây là 380V. Cuộn dây có điện trở Rp = 2Ω, điện kháng Xp = 8Ω và 
được thiết kế làm việc ở điện áp định mức là 220V. 
 a) Xác định cách nối các cuộn dây thành tải 3 pha. 
 b) Tính công suất P, Q và cos của tải. 
Giải: 
a) Các cuộn dây phải nối hình sao vì khi đấu vào lưới điện 3 pha thì điện áp pha 
đặt lên mỗi cuộn dây bằng điện áp định mức: 
 U p 380
 UVp 220 
 3 3
 Nếu tải nối tam giác, điện áp pha đặt lên cuộn dây: 
 Up = Ud = 380 V 
 Giá trị điện áp 380V lớn hơn điện áp định mức của cuộn dây, nên cuộn 
dây sẽ bị hỏng. 
b) Tổng trở pha của tải là: 
 2 2 2 2
 ZRXp p p 2 8 8,24  
 Hệ số công suất: 
 R p 2
 cos = 0, 242 
 Zp 8, 24
 101 
 Xp 8
 sin = 0,97 
 Zp 8,24
 U p 220
Dòng điện pha của tải: I p = 26,7A 
 Zp 8, 24
Dòng điện dây: Id = Ip = 26,7A 
Công suất tác dụng của tải: 
 P 3 Ud I d c os = 3.380.26,7.0.242 W 
Công suất phản kháng của tải: 
 QUIV 3d d sin 3.380.26,7.0,97 17045,7 Ar 
Công suất biểu kiến: S 3 Ud I d 3.380.26,7 17572,8 VA 
 102 
 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4 
Câu 1: Thế nào là dòng điện xoay chiều hình sin ? Phân biệt trị số tức thời, biên độ và 
hiệu dụng của lượng hình sin. 
Câu 2: Thế nào là pha, góc pha đầu, sự lệch pha ? Hai lượng hình sin cùng pha có đặc 
điểm gì, muốn 2 lượng hình sin bằng nhau phải thỏa mãn điều kiện gì ? 
Câu 3: Nêu cách biểu diễn lượng hình sin bằng đồ thị véc tơ ? 
Câu 4: Công suất biểu kiến là gì ? Phân biệt công suất biểu kiến và công suất tác dụng. 
Câu 5: Thế nào là hiện tượng cộng hưởng điện áp. Điều kiện để có cộng hưởng là gì ? 
Ý nghĩa của hiện tượng cộng hưởng ? 
Câu 6 : Nêu những ưu điểm của mạch ba pha. 
Câu 7: Định nghĩa điện áp pha, điện áp dây, dòng điện dây và quan hệ giữa chúng khi 
nối sao và nối tam giác. 
Câu 8: Trình bày các bước giải mạch điện ba pha đối xứng. 
Câu 9: Các biểu thức của công suất P, Q, S trong mạch ba pha đối xứng 
Câu 10: Mạch điện có điện trở R = 2, C = 64F, L = 160mH nối tiếp vơi nhau, đặt 
vào điện áp xoay chiều U = 220V. Với tần số nguồn điện bao nhiêu sẽ sảy ra cộng 
hưởng điện áp. Xác định hệ số phẩm chất và các thành phần tam giác điện áp trong 
trường hợp cộng hưởng. 
Câu 11: Một mạch điện 3 pha, nguồn nối Y, tải nối ∆. Nguồn và tải đều đối xứng. Biết 
dòng điện pha của tải IPt = 50 A, điện áp pha của tải UPt = 220 V. 
a. Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha và trên sơ đồ ghi rõ các đại lượng pha và dây. 
b. Hãy xác định dòng điện pha và điện áp pha của nguồn. 
Câu 12: Mạch điện gồm R = 30, L = 0,8H, C mắc nối tiếp. Điện áp nguồn u = 120 
 2 Sin 100t (V). 
a, Xác định C để mạch cộng hưởng nối tiếp. Tính dòng điện cộng hưởng. 
 -5
 b, Với C = 25. 10 F. Tính hệ số UR, UL, UC, hệ số Cos , P, Q, S. 
c, Vẽ đồ thị véc tơ dòng điện và điện áp. 
 103 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Cơ sở kỹ thuật điện – Hoàng Hữu Thận – Nhà xuất bản giao thông vận tải – năm 
2000. 
2. Kỹ thuật điện – Đặng Văn Đào và Lê Văn Doanh - Nhà xuất bản giáo dục – Năm 
2009. 
3. Bài tập kỹ thuật điện– Đặng Văn Đào và Lê Văn Doanh - Nhà xuất bản giáo dục – 
Năm 2010. 
4. Đặng Văn Đào, Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo dục 2004. 
 104 
 XÁC NHẬN KHOA 
 Bài giảng môn học/mô đun “Điện kỹ thuật” đã bám sát các nội dung trong 
chương trình môn học, mô đun. Đáp ứng đầy đủ các nội dung về kiến thức, kỹ năng, 
năng lực tự chủ trong chương trình môn học, mô đun. 
Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho môn học, mô đun...... thay thế cho giáo trình. 
 Người biên soạn Lãnh đạo Khoa 
 ( Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên) 
 105