Giáo trình Mô đun Cơ sở kỹ thuật điện - Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

 1200, gọi là các cuộn dây pha. 
Đầu các cuộn dây ký hiệu bằng các chữ A, B, C. Cuối các cuộn dây ký hiệu là X, 
Y, Z. 
- Phần cảm: là các cực từ đặt trên rôto. Mặt cực từ được chế tạo sao cho từ 
thông phân bố dọc khe hở không khí giữa rôto và stato biến đổi theo quy luật 
hình sin. Trên cực từ có các cuộn dây kích từ để luyện từ cho phần cảm 
a. Nguyên lý làm việc: 
Khi rôto quay từ thông phần cảm lần lượt cắt qua các cuộn dây pha cảm 
ứng trong các cuộn dây đó các s.đ.đ. Các cuộn dây đặt lệch nhau một phần ba 
vòng tròn nên s.đ.đ cảm ứng trong đó cũng lệch nhau một phần ba chu kỳ. do các 
cuộn dây có cấu tạo giống hệt nhau nên s.đ.đ của chúng là đối xứng (hình 5.2). 
1.3. Biểu thức s.đ.đ ba pha: 
Nếu coi góc pha đầu của pha A là a = 0 thì biểu thức s.đ.đ các pha là: 
ea = Emsin t 
eb = Emsin( t – 120
0 ) = Emsin( t – 2 /3 ) 
ec = Emsin( t – 240
0 ) = Emsin( t – 4 /3 ) 
1.4. Đồ thị thời gian và đồ thị véc tơ: 
Từ biểu thức s.đ.đ ba pha ta có đồ thị thời gian và đồ thị véc tơ như hình 
5.2. 
 Hình 5.2 
2. ĐỊNH NGHĨA CÁC LƯỢNG DÂY - PHA TRONG MẠCH BA PHA: 
* Mục tiêu: 
 Trình bày và phân tích được cách nối mạch ba pha, các khái niệm dây, 
pha 
2.1. Cách nối mạch điện ba pha: 
 108
- Để năng lượng ba pha từ máy phát đến nơi tiêu thụ ta có thể nối riêng rẽ 
từng pha tạo thành hệ ba pha sáu dây (hình 5.3). 
- Thực tế do đặc điểm của hệ ba pha, ta có thể thay hệ ba pha sáu dây bằng 
bốn dây hay ba dây, sẽ tiết kiệm được dây dẫn. 
Hình 5.3 
2.2. Các định nghĩa: Hình 5.4a 
a. Điện áp pha: 
Ký hiệu uf, là điện áp ở hai đầu cuộn dây pha, đó cũng chính là điện áp 
giữa mỗi dây pha với dây trung tính, ta có: 
ufA = A - X = A - 0 = uA. 
ufB = B - Y = B - 0 = uB. 
ufC = C - Z = C - 0 = uC. 
b. Điện áp dây: 
Ký hiệu là ud, là điện áp giữa hai đầu dây pha, ta có: 
uAB = A - B 
uBC = B - C 
uCA = C - A 
c. Dòng điện pha: 
Là dòng điện đi trong các cuộn dây pha, ký hiệu là iP 
d. Dòng điện dây: 
Là dòng điện đi trong các dây dẫn nối với các điểm đầu A, B, C, ký hiệu id 
e. Dòng điện trung tính: 
Các điểm cuối của ba cuộn dây là X, Y, Z nối với nhau tạo thành điểm 
chung gọi là điểm trung tính hay điểm không, ký hiệu là 0. Dây dẫn nối với điểm 
0 gọi là dây trung tính. Dòng điện đi trong dây trung tính gọi là dòng điện trung 
tính, ký hiệu là i0. 
 109
Hình 5.4 
3. NỐI CUỘN DÂY MÁY PHÁT ĐIỆN THÀNH HÌNH SAO: 
* Mục tiêu: 
 Trình bày và phân tích được cách nối mạch ba pha và quan hệ giữa các 
đại lượng điện áp, dòng điện trong mạch máy phát điện ba pha nối sao. 
3.1. Cách nối: 
- Nối ba điểm cuối với nhau tạo thành điểm chung gọi là điểm trung tính 
hay điểm không. 
- Ba đầu A, B, C được nối với dây dẫn đưa đến hộ tiêu thụ, gọi là các dây 
pha. 
3.2. Quan hệ giữa các lượng dây – pha: 
* Dòng điện: 
Ta thấy dòng điện đi trong các cuộn đây pha là if cũng đồng thời là dòng 
điện đi trong các dây dẫn (id), nghĩa là dòng điện pha bằng dòng điện dây. 
ifA = idA; ifB = idB; ifC = idC 
* Điện áp: 
Ta có điện áp dây: 
uAB = A - B = ( A - 0 ) - ( B - 0 ) = uA – uB 
Tương tự ta có: 
uBC = uB – uC; uCA = uC – uA. 
Ta vẽ được đồ thị véc tơ như hình 5.4b 
Từ đồ thị véc tơ ta thấy: 
+ Về góc pha: điện áp dây vượt trước điện áp pha tương ứng một góc 300 
 110
+ Về trị số: xét tam giác vuông OAM có môt góc nhọn là 300 nên là một 
nửa của tam giác đều, ta có: 
Nghĩa là trong hệ ba pha đấu sao đối xứng, điện áp dây vượt trước điện áp 
pha 300 và có trị số bằng căn ba lần điện áp dây. 
4. NỐI CUỘN DÂY MÁY PHÁT ĐIỆN HÌNH TAM GIÁC: 
* Mục tiêu: 
 Trình bày và phân tích được cách nối mạch ba pha và quan hệ giữa các 
đại lượng điện áp, dòng điện trong mạch máy phát điện ba pha nối tam giác. 
Cách nối: 
Nối lần lượt đầu cuối cuộn pha A với đầu đầu cuộn pha B, cuối cuộn pha 
B với đầu cuộn pha C, cuối cuộn pha C với đầu cuộn pha A. Ba điểm nút lấy ra 
thành ba pha. Như vậy, cách đấu này tạo thành tam giác kín, không có điểm 
trung tính, ba điểm lấy ra ngoài thành ba pha A, B, C ( hình 5.5a). 
 Hình 5.5 
S.đ.đ tổng trong mạch vòng: 
e = eA + eB + eC 
Nếu s.đ.đ ba pha là đối xứng thì: 
e = eA + eB + eC = Emsint + Emsin( t – 120
0 ) + Emsin( t – 240
0 ) = 0 
Hay theo đồ thị véc tơ: 
E = EA + EB + EC = 0 (hình 5.5b) 
Như vậy nếu s.đ.đ ba cuộn dây là đối xứng thì s.đ.đ tổng trong mạch vòng tam 
giác bằng không, không có dòng điện chạy quẩn trong mạch vòng. Vì vậy vẫn 
cho phép đấu cuộn dây máy phát hình tam giác. 
fdf
d UUU
U
OAOM 3
2
3
22
3
 111
Nếu s.đ.đ ba pha không đối xứng thì s.đ.đ tổng trong vòng tam giác khác 
không, sẽ có dòng điện lớn chạy trong mạch vì tổng trở của ba cuộn dây rất nhỏ, 
gây nguy hiểm cho cuộn dây. 
5. PHỤ TẢI BA PHA NỐI HÌNH SAO: 
* Mục tiêu: 
 Trình bày và phân tích được cách nối mạch ba pha và quan hệ giữa các 
đại lượng điện áp, dòng điện trong mạch ba pha nối sao. 
5.1 Mạch ba pha có dây trung tính có trở kháng không đáng kể: 
Giả sử ta có tải ba pha tổng trở lần lượt là ZA, ZB, ZC đấu hình sao, nguồn 
cung cấp đấu sao như hình 5.6. 
Hình 5.6 
- Điện áp đặt vào mỗi pha phụ tải là điện áp pha và bằng điện áp pha của 
nguồn: 
UA = U’A; UB = U’B; UC = U’C 
- Dòng điện chạy trong các dây pha là: IA, IB, IC, dòng điện chạy trong dây 
trung tính là IN, áp dụng định luật Ôm cho từng pha ta có: 
IA = UA / ZA ; IB = UB / ZB ; IC = UC / ZC . 
Áp dụng định luật Kiếchốp cho điểm trung tính ta có (Trị số tức thời): 
iN = iA + iB + iC 
Nghĩa là dòng điện chạy trong dây trung tính bằng tổng dòng điện ba pha. 
Nếu dòng điện ba pha là đối xứng thì dòng điện trong dây trung tính bằng không. 
Thực tế dòng điện ba pha gần đối xứng nên dòng điện dây trung tính bé 
nên tiết diện dây trung tính thường nhỏ hơn tiết diện các dây pha. 
- Công suất tác dụng các pha: 
PA = UAIAcos A ; PB = UBIBcos B; PC = UCICcos C 
- Công suất phản kháng các pha: 
QA = UAIAsin A ; QB = UBIBsin B; QC = UCICsin C; 
 112
- Công suất biểu kiến các pha: 
SA= √P
2
A + Q
2
A ; SB= √P
2
B + Q
2
B; SC= √P
2
C + Q
2
C 
- Công suất chung ba pha bằng tổng công suất ba pha : 
P3p = PA + PB + PC ; Q3p = QA + QB + QC ; S3p = SA + SB + SC 
5.2. Mạch ba pha đấu sao đối xứng: 
Khi s.đ.đ.nguồn là đối xứng và tải ba pha là đối xứng (ZA = ZB = ZC) thì 
dòng điện ba pha là đối xứng: 
iA= Imsint; iB = Imsin( t – 120
0 ); iC = Imsin( t – 240
0 ); 
Dòng điện trong dây trung tính bằng không (Dạng tức thời): 
iN = iA + iB + iC = 0 
Như vậy trong trường hợp này dây trung tính không cần thiết có thể bỏ đi 
(hình 5.7). 
Việc tính toán mạch ba pha đối xứng có thể tính từ một pha rồi suy ra các 
pha còn lại. 
Điện áp dây pha: Uf = Ud / 3; 
Hình 5.7 
Dòng điện dây bằng dòng điện pha: 
Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp: 
tg = x/r ; cos = r/z ; sin = x/z ; 
Công suất tác dụng, phản kháng và biểu kiến mỗi pha: 
Pf = UfIf cos f ; Qf = UfIf sin f ; Sf = UfIf 
Công suất chung ba pha bằng công suất một pha nhân ba. 
* Ví dụ 5.1: 
Ba cuộn dây giống nhau, mỗi cuộn có r = 8, x = 6 nối vào nguồn điện 
ba pha đối xứng có Ud = 220V. Tính dòng điện Ip , Id , P3p , Q3p , S3p , cos khi ba 
cuộn dây nối hình sao. 
Uf 
Uf 
Z
U
Z
U
II d
f
fd
3
 113
Giải: 
Tổng trở mỗi pha phụ tải là: 
Điện áp đặt lên mỗi pha phụ tải là: 
6. TẢI BA PHA NỐI TAM GIÁC ĐỐI XỨNG: 
* Mục tiêu: 
 Trình bày và phân tích được cách nối mạch ba pha và quan hệ giữa các 
đại lượng điện áp, dòng điện trong mạch ba pha nối tam giác cân bằng. 
Nếu điện áp đặt vào ba pha là đối xứng và tải ba pha giống nhau ZAB = 
ZBC = ZCA thì dòng điện tải ba pha cũng là đối xứng. Ta có đồ thị véc tơ vẽ trên 
hình 5.8. 
Từ đồ thị ta thấy: Dòng điện dây chậm sau dòng điện pha tương ứng một 
góc là 300 và trị số là: 
 1068 2222 ppp xrZ
V
U
U dp 127
3
220
3
A
Z
U
Z
U
II
p
p
d
d
pd 7,12
10
127
8,0
10
8
cos 
Z
r
WIUIUP ddppp 38718,0.7,12.220.3cos3cos33 
VAr
z
x
IUIUQ ddppp 2920
10
6
.7,12.220.33sin33 
VAIUIUS ddppp 2,48397,12.220.3333 
fffd IIII 3
2
3
230cos2 0 
 114
Hình 5.8 
Việc tính mạch điện ba pha đấu tam giác đối xứng ta tính một pha rồi suy 
ra kết quả của các pha còn lại . 
Điện áp pha: Uf = Ud 
Dòng điện pha: If = Uf / Z 
Công suất tác dụng ba pha: P3p = 3UfIfcos = 3 UdIdcos , với góc 
là góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp pha. 
Công suất phản kháng ba pha: Q3p = 3UfIfsin = 3 UdIdsin 
Công suất biểu kiến ba pha: S3p = 3UfIf = 3 UdId 
* Ví dụ 5.2: 
Giả thiết như ví dụ 5.1 với ba cuộn dây nối tam giác. 
Giải: 
Do ba cuộn dây nối tam giác nên Up = Ud = 220V. 
Dòng điện chạy qua cuộn dây là dòng điện pha: 
7. TỪ TRƯỜNG QUAY BA PHA – TỪ TRƯỜNG ĐẬP MẠCH: 
* Mục tiêu: 
 Giải thích ý nghĩa của dòng điện một pha, ba pha và ứng dụng trong thực 
tế; 
Rèn luyện khả năng tư duy trừu tượng các hiện tượng cụ thể của hệ thống 
điện xoay chiều 3 pha, một pha ứng dụng trong thực tế. 
7.1. Từ trường quay ba pha: 
Một ưu điểm cơ bản của hệ thống điện ba pha là tạo ra từ trường quay. 
Xét một dây quấn ba pha (hình 5.9) gồm: 
- Ba cuộn dây pha AX, BY, CZ đặt trong rãnh thép stato, lệch nhau trong 
không gian góc 1200. 
- Đưa vào ba cuộn dây dòng điện ba pha lệch nhau về thời gian một phần 
ba chu kỳ hay 1200. 
A
Z
U
I
p
p
p 22
10
220
AII pd 1,3822.33 
WIUIUP ddpPP 116168,0.1,38.220.3cos3cos33 
VArIUIUQ ddppp 87106,0.1,38.220.3sin3sin33 
VAIUIUS ddppp 6,145171,38.220.3333 
 115
Hình 5.9 
Xét từ thông tổng hợp ba dây quấn (hình 5.10): 
Hình 5.10 
+ Tại thời điểm t = 0: iA = 0; 
Dòng iB âm, nên chiều từ Y đến B, còn dòng iC dương nên chiều ngược lại 
từ C đến Z, từ trường tổng hợp sẽ nằm theo phương từ A đến X 
;
2
3
;
2
3
120sin 0 mCmmCB IiIIii 
 116
+ Tại thời điểm t = T/6: iC = 0; iAdương nên có chiều từ A đến X, iB âm 
nên có chiều từ Y đến B. Từ trường tổng hợp có phương từ Z đến C. Như vậy từ 
trương tổng hợp đã dịch khỏi vị trí trước đó một phần sáu vòng tròn. 
+ Tương tự ta lần lượt xét tiếp ở các thời điểm t = T/3; T/2; 2T/3; 5T/6; và 
T, ta thấy từ trường tổng hợp liên tục quay hướng còn trị số không đổi. Khi dòng 
điện biến thiên hết một chu kỳ thì từ trường tổng hợp quay đúng một vòng tròn. 
Tóm lại: khi dòng điện ba pha lệch nhau về thời gian lần lượt một phần ba 
chu kỳ, chạy trong ba cuộn dây đặt lệch nhau lần lượt một phần ba vòng tròn thì 
từ trường tổng hợp của chúng là từ trường quay, có cường độ không đổi và quay 
tròn trong không gian. 
7.2. từ trường đập mạch: 
 Xét động cơ một pha chỉ có 
cuộn dây làm việc, ta quy ước : 
- Dòng điện có giá trị dương đi vào ở 
đầu đầu cuộn dây ( + ); đi ra ở đầu cuối 
 cuộn dây ( . ). 
- Dòng điện có giá trị âm đi vào ở 
đầu cuối cuộn dây ( + ); đi ra ở đầu đầu 
cuộn dây ( . ). 
+ Xét tại thời điểm t1: dòng điện mang 
giá trị (+) Dòng điện đi vào ở đầu cuộn dây A (+) và ra ở X (.). Áp dụng quy 
tắc vặn nút chai xác định được chiều từ trường. 
+ Xét tại thời điểm t2 : dòng điện đổi chiều, đi vào ở X (+) và đi ra ở A (.) ta 
xác định được chiều từ trường. 
- Nhận xét : 
+ Từ trường tổng 
không thay đổi 
phương (có phương 
thẳng đứng) có chiều 
và trị số thay đổi. Vì 
vậy gọi là từ trường 
đập mạch. 
+ Từ trường đập mạch không sinh ra mô men quay. Nếu động cơ một pha chỉ có 
cuộn dây thì không tự mở máy được. 
* Câu hỏi và bài tập: 
I. CÂU HỎI: 
t1 
Đồ thị hình sin một pha 
t 
i 
Đồ thị hình sin một pha 
t 
 117
1. Nêu định nghĩa hệ thống ba pha, nguyên lý máy phát điện ba pha. 
2. Viết biểu thức, vẽ đồ thị véc tơ và đồ thị thời gian hệ s.đ.đ ba pha. 
3. Nêu định nghĩa các lượng dây – pha trong mạch ba pha. 
4. Nối cuộn dây máy phát điện thành hình sao: 
- Cách nối thế nào? 
- Vẽ mạch điện. 
- Quan hệ giữa các đại lượng dây, pha. 
- Ứng dụng của cách nối này. 
5. Nối cuộn dây máy phát điện thành hình tam giác: 
- Cách nối thế nào? 
- Vẽ mạch điện. 
- Đặc điểm của cách nối này. 
6. Mạch ba pha nối sao có dây trung tính trở kháng không đáng kể: 
- Vẽ mạch điện. 
- Viết biểu thức trị số hiệu dụng của điện áp pha, điện áp dây, dòng điện 
pha, dòng điện dây, dòng điện dây trung tính. 
- Viết biểu thức trị số hiệu dụng của các thành phần công suất các pha, ba 
pha. 
7. Mạch ba pha nối sao đối xứng: 
- Vẽ mạch điện. 
- Viết biểu thức trị số hiệu dụng của điện áp pha, điện áp dây, dòng điện 
pha, dòng điện dây. 
- Viết biểu thức trị số hiệu dụng của các thành phần công suất các pha, ba 
pha. 
8. Tải ba pha đấu tam giác đối xứng: 
- Vẽ mạch điện. 
- Viết biểu thức trị số hiệu dụng của điện áp pha, điện áp dây, dòng điện 
pha, dòng điện dây. 
- Viết biểu thức trị số hiệu dụng của các thành phần công suất các pha, ba 
pha. 
9. Để tạo từ trường quay ba pha các cuộn dây phải như thế nào? Trình bày 
rõ cơ chế tạo từ trường quay ba pha. 
II. BÀI TẬP: 
1. Động cơ ba pha đấu tam giác, đặt vào điện áp ba pha đối xứng, U = 
220V(điện áp dây) tiêu thụ công suất P = 5,28 kW với cos = 0,8. 
- Vẽ mạch điện. 
 118
- Xác định dòng điện pha và dòng điện dây. 
2. Một nguồn điện ba pha nối sao, Upn = 120
V cung cấp điện cho tải nối 
sao có dây trung tính. Tải có điện trở pha Rp = 180. Tính Ud, Id, Ip, I0, P của 
mạch ba pha 
3. Nguồn điện áp ba pha đối xứng, Ud = 120V cung cấp cho phụ tải chiếu 
sáng ba pha đấu tam giác có: RAB = 10, RBC = RCA= 20. 
- Vẽ mạch điện. 
- Xác định các điện áp đặt vào tải trong trường hợp cầu chì pha C bị chảy 
đứt. 
4. Một động cơ điện ba pha đấu sao, đấu vào mạng ba pha Ud = 380
V. Biết 
dòng điện dây Id = 26,81A, hệ số công suất cosφ = 0,85. Tính dòng điện pha của 
động cơ, công suất động cơ tiêu thụ. 
* Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: 
Mục tiêu Nội dung Điểm 
Kiến thức 
- Trả lời đầy đủ các câu hỏi ở phần I; 
- Kiểm tra chi tiết phần trả lời câu hỏi của một câu hỏi 
bất kỳ nào đó trong 9 câu 
5 
Kỹ năng 
- Làm đầy đủ các bài tập được giao ở phần II; 
- Kiểm tra chi tiết 2 bài tập; 
4 
Thái độ 
- Nộp bài tập đúng hạn (1 tuần về nhà), vở bài tập 
nghiêm túc, sạch sẽ 
1 
Tổng 10 
* Hướng dẫn trả lời các câu hỏi và gợi ý giải các bài tập: 
I. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI: 
- Dựa vào phần lý thuyết đã học trả lời đầy đủ tất các các câu hỏi ra một cuốn vở 
Bài tập dài: trình bày sạch sẽ, logic, nộp đúng hạn cho Giáo viên thay cho điểm 
kiểm tra 1 tiết trên lớp theo yêu cầu về đánh giá kết quả học tập trên. 
II. ĐÁP SỐ PHẦN BÀI TẬP: 
1. If = 10A, Id = 17,3A. 
2. Ud = 207,84V, Id = Ip = 667mA, I0 = 0, P = 240W 
3. UAB = 40V, UBc = 80V, UCA = 120V Nguồn điện áp ba pha đối xứng, Ud 
= 120V cung cấp cho phụ tải chiếu sáng ba pha đấu tam giác có: RAB = 10, RBC 
= RCA= 20. 
- Vẽ mạch điện. 
 119
- Xác định các điện áp đặt vào tải trong trường hợp cầu chì pha C bị chảy 
đứt. 
4. Id = Ip = 26,81A, Pđ = 15kW 
 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Cơ sở kỹ thuật điện – Hoàng Hữu Thận - NXB giáo dục – 1981; 
2. Giáo trình Kỹ thuật điện – Vụ trung học và dạy nghề - Đặng văn Đào, Lê Văn 
Doanh - NXB Giáo dục 2002 
3. Giáo trình cơ sở kỹ thuật điện – Sở giáo dục và đào tạo Hà Nội – NXB Hà Nội 
– 2007.