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

CHƯƠNG 3 
MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 
BA PHA
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Dòng điện xoay chiều 3 pha đươc sử dung rộng rãi trong ï ï 
công nghiệp vì : 
Truyền tải điện năng bằng mach điện 3 pha tiết kiệm- ï 
được dây dẫn, giảm bớt tổn thất điện năng và tổn thất điện 
áp so với truyền tải bằng dòng một pha .
- Động cơ điện 3 pha có cấu tạo đơn giản và đặc tính tốt 
hơn động cơ điện một pha .
M h đi ä 3 h b à à đi ä 3 h đườạc en p a ao gom : nguon en p a, ng 
dây truyền tải và các tải 3 pha.
3.2. NGUỒN 3 PHA
1/ Cách tao ra nguồn điện 3 pha ï 
Phần quay
(rotor) : là
nam châm
điện N – S.
Khi quay rotor, từ trường rotor sẽ lần lượt quét qua các dây
quấn stator làm xuất hiện các sức điện động cảm ứng trong mỗi
Phần tĩnh (stator) : gồm lõi thép
có xẻ rãnh, trong các rãnh đặt ba,
pha dây quấn : eA, eB, eC. Các sức điện động này có dạng hình
sin, cùng biên độ, cùng tần số, và lệch nhau một góc 120°.
à 3 h ø đ i l ø à 3 h đ ái ù (h
bộ dây quấn AX (pha A), BY
(pha B) và CZ (pha C); có cùng
số vòng dây và lệch nhau 1 gócNguon p a nay ược gọ a nguon p a o xưng ay cân
bằng).120° trong không gian.
3.2. NGUỒN 3 PHA
1/ Cách tao ra nguồn điện 3 pha ï 
Nếu chon sức điện động e của pha A có góc pha ban đầu ï A 
bằng 0, ta có :
tEeA ωsin2= p
( )°−= 120sin2 tEe pB ω
( )°120i2 tE += s ne pC ω
3.2. NGUỒN 3 PHA
2/ Nguồn 3 pha nối hình sao (Y) Quan hệ giữa các đai – ï 
lượng dây và pha khi mạch đối xứng
Ba điểm cuối X Y Z nối với nhau thành điểm trung tính N , , 
(hay O) của nguồn, ba điểm đầu gọi là 3 đầu pha, ta được nguồn 
3 pha 4 dây
UAN, UBN, UCN : các điện áp pha nguồn
UAB, UBC, UCA : các điện áp dây nguồn
A
eA IdAIpA
Vì nguồn 3 pha đối xứng nên :
EUUUU
B
N
eB
e
IdB
I
IpB
I ppnCNBNAN ====
dCABCAB UUUU ===
C
N
C dCpC
3.2. NGUỒN 3 PHA
2/ Nguồn 3 pha nối hình sao (Y) Quan hệ giữa các đai – ï 
lượng dây và pha khi mạch đối xứng
••
Với :
°∠
°∠==
••
120
0pnAN
UEU
UEU A
°+∠==
−==
••
120pnCN
pnBN
UEU C
B
A
eA IdAIpA
Theo định nghĩa điện áp dây ta có :BN
eB
e
IdB
I
IpB
I
BNANNBANAB
UUUUU
UUUUU
•••••
••••• −=+=C
N
C dCpC
ANCNNACNCA
CNBNNCBNBC
UUUUU
••••• −=+=
−=+=
3.2. NGUỒN 3 PHA
2/ Nguồn 3 pha nối hình sao (Y) Quan hệ giữa các đai – ï 
lượng dây và pha khi mạch đối xứng
BNANNBANAB UUUUU
••••• −=+=
•••••
UCN -UBN UABUCA
CNBNNCBNBC UUUUU −=+=
ANCNNACNCA UUUUU
••••• −=+=30°
30°
Nhận xét :
- Trị hiệu dung :
UAN-UAN
30° UU 3=ï
- Điện áp dây nhanh pha hơn điện áp
pha tương ứng 1 góc 30°UBN -UCN
pnd
Tổng quát :
D ø h d ø d â
°∠= •• 303 pnd UU
- ong p a = ong ayUBC
3.2. NGUỒN 3 PHA
3/ Nguồn 3 pha nối hình tam giác ( Δ) Quan hệ giữa các – 
đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng
- Muốn nối hình tam giác ta lấy đầu pha này nối với 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
Aùp dụng ĐK1 cho các nút A, 
B C, 
pCpAdA III
••• −=
pApBdB III
••• −=
pBpCdC III
••• −=
3.2. NGUỒN 3 PHA
3/ Nguồn 3 pha nối hình tam giác ( Δ) Quan hệ giữa các – 
đại lượng dây và pha khi mạch đối xứng
Khi mach đối xứng, dòng pha và dòng dây cũng đối xứng ï 
pCpAdA III
••• −=
•••
pApBdB III −=
pBpCdC III
••• −=
Suy ra : 
- Về trị hiệu dung : d II 3=ï p
- Về góc pha : dòng điện dây
chậm sau dòng điện pha tương
ứng 1 góc 30°.
°−∠= •• 303 pnd IITổng quát :
3.3. TẢI 3 PHA
Một tải ba pha thưc chất bao gồm 3 tải một pha : ï 
- Khi : ta có tải 3 pha cân bằng
(hay đối xứng)
pppcba jXRZZZZ +====
- Điện áp đặt lên mỗi pha tải gọi là điện áp pha tải : Upa, Upb, Upc
Dòng điện chay qua mỗi pha tải goi là dòng điện pha: I I I- ï ï pa, pb, pc
3.3. TẢI 3 PHA
1/ Tải ba pha nối hình Y
a) Cách nối
Ba điểm cuối x y z nối với nhau tao thành điểm trung tính tải, , ï
n và được nối với điểm trung tính của nguồn N.
Ba đầu a b c đươc nối vào 3 đầu pha của nguồn A B C, , ï , , .
3.3. TẢI 3 PHA
1/ Tải ba pha nối hình Y
b) Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối Y
đối xứng
- Quan hệ giữa dòng điện dây và pha :
Id = Ipt
- Quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha :
bb UUU
••• = Ucn -Ubn UabUcanana −
cnbnbc UUU
••• −=
UUU
•••
30°
30°
Suy ra :
+ Trị hiệu dung :
ancnca −=
Uan-Uan
30°U3U =ï
+ Điện áp dây nhanh hơn điện áp pha 300 Ubn -Ucn
ptdt
Ubc
°∠= •• 303 ptdt UU
3.3. TẢI 3 PHA
2/ Tải ba pha nối hình Δ
a) Cách nối
Nối tuần tư đầu đầu của pha này với đầu cuối của pha kia : a ï 
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 tính tải.
3.3. TẢI 3 PHA
2/ Tải ba pha nối hình Δ
b) Quan hệ giữa các đại lượng dây và pha khi đối xứng :
Đi ä ù h b è đi ä ù d â U U- en ap p a ang en ap ay : dt = pt
- Aùp dụng định luật Kirrchoff 1 tại các nút a, b, c ta có quan hệ giữa 
dòng dây và pha : 
+ Trị hiệu dụng : 
+ C ù d ø d â h ä h hơ ù d ø h tươ ứ 30°
ptd II 3=
 ac ong ay c am p a n cac ong p a ng ng 
°−∠= •• 303 ptd II
3.4. CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA
1/ Công suất tác dung P :ï
Công suất tác dụng P của mạch 3 pha bằng tổng công suất tác
dung của các pha :ï
P = Pa + Pb + Pc = UpaIpacosϕa + UpbIpbcosϕb + UpcIpccosϕc
Khi mach 3 pha đối xứng :ï
- Điện áp pha : Upa = Upb = Upc = Up
- Dòng điện pha : I = I = I = Ipa pb pc p
- Góc pha : cosϕa = cosϕb = cosϕc = cosϕ
Ta có : P = 3U I cosϕp p
Hoặc :
(R : điện trở pha)2IR3P ppp=
3.4. CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA
1/ Công suất tác dung P :ï
Thay đai lương pha bằng đai lương dây : ï ï ï ï 
- Đối với cách nối hình Y : 
3
UU;II dpdp ==
- Đối với cách nối Δ : 
dp
d
p UU;3
II ==
Ta có công suất tác dụng 3 pha viết theo đại lượng dây áp 
dung cho cả trường hơp sao và tam giác đối xứng :ï ï 
ϕcosIU3P dd=
trong đó ϕ là góc lệch pha giữa điện áp pha và dòng pha 
tương ứng.
3.4. CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA
2/ Công suất phản kháng Q :
Q = Qa + Qb + Qc = UpaIpasinϕa + UpbIpbsinϕb + UpcIpcsinϕc
Khi mạch đối xứng, ta có :
Q 3U I sinϕ= p p
H ë (X đi ä kh ù h )2IX3Q =oac : p : en ang p app
Hoặc : ϕsinIU3Q dd=
3.4. CÔNG SUẤT CỦA MẠCH 3 PHA
3/ Công suất biểu kiến S
Công suất biểu kiến của mạch 3 pha đối xứng :
2233 QPIUIUS ddpp +===
3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Đối với mach 3 pha đối xứng dòng điện và điện áp của cácï ,
pha có trị hiệu dụng bằng nhau và lệch nhau một góc 120°. Vì vậy,
ta chỉ cần tính cho một pha tiêu biểu và suy ra các pha còn lại.
1/ Mạch 3 pha tải nối hình Y đối xứng
Dưa vào mach điện ta thấy các dòngï ï
dây (bằng dòng pha) bằng nhau về trị
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 tính cũng bằng 0. Hay điện áp
giữa trung tính tải n và trung tính
nguồn N bằng 0. Điều này tương
đương với n trùng với N hay trung
tính tải cũng là trung tính nguồn. Vì
vậy khi tải ba pha đối xứng nối hình
à á0IIII dCdBdAN =++=
••••
Y, người ta thường không can noi dây
trung tính.)(0 NnU nN ≡=•
3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
1/ Mach 3 pha tải nối hình Y đối xứngï
a) Khi không xét tổng trở của đường dây : Zd = 0
A ≡ a; B ≡ b; C ≡ c
N ≡ n
U = Upt pn
Dòng dây = dòng pha :
Trị hiệu dụng : ( )22.3 ppdppnpd XRUZUII +===
⎞⎛
°∠=∠===
••
•• pnANan
padA
X
U
Z
U
Z
UII 0Số phức :
⎟⎟⎠⎜
⎜
⎝
∠+
p
p
pp
pp
R
arctgXR 22
ϕ
3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
1/ Mach 3 pha tải nối hình Y đối xứngï
b) Khi có xét tổng trở của đường dây : Zd ≠ 0
A≠ a; B ≠ b; C ≠ c
N ≡ n
Upt ≠ Upn
U
•
/ 3U U
dp
AN
padA
ZZ
II +==
••
••
Dòng pha tải ( ) ( )2 2
pn dn
d pt
p d p d
I I
R R X X
== =
+ + +
Điện áp pha tải ppaan ZIU .=
Đi ä ù d â t ûi °∠•• 303UU
.pt pt pU I Z=
3U Uen ap ay a = anab .dt pt=
3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
2/ Mach 3 pha tải nối hình tam giác đối xứngï
a) Khi không xét tổng trở của đường dây : Zd = 0
I
A ≡ a; B ≡ b; C ≡ c
A a
Ipt
d
U U
Upt = Udn
Rp
X
dt= ptUdn
B
b c
p
C
Trị hiệu dung Số phức
p
AB
ab
Z
UI
•
• =- Dòng pha tải : 22
pp
dn
pt
XR
UI +=
ï
- Dòng dây : °−∠= •• 303 abdA IIptd II .3=
3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
2/ Mach 3 pha tải nối hình tam giác đối xứngï
b) Khi có xét tổng trở của đường dây : ddd jXRZ +=
IR X
A a
Ipt
dd d
Tổng trở mỗi pha lúc nối
tam giác :
Rp
X
Upt=UdtUdn
ppp jXRZ +=
B
b c
p
Biến đổi tải thành hình sao :
XRZ
C 333
ppp
Y jZ +==
3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
2/ Mach 3 pha tải nối hình tam giác đối xứngï
b) Khi có xét tổng trở của đường dây : ddd jXRZ +=
IR X X /3IR X R /3
A a
Ipt
dd dA a
pd
U
d d p
Tổng trở mỗi pha lúc nối
tam giác :
Rp
X
Upt=UdtUdn
b
dtUdn
n ≡N pp
p jXRZ +=
B
b c
p
B
Biến đổi tải thành hình sao :
XRZ
CC c 333
ppp
Y jZ +==
3/U •
22
⎟⎞⎜⎛ ++⎟⎞⎜⎛ +
=
pp
dn
d
X
X
R
R
I
p
d
An
dA
ZZ
UI
+
=•
33 ⎠⎝⎠⎝ dd 3
3.5. GIẢI MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
2/ Mach 3 pha tải nối hình tam giác đối xứngï
b) Khi có xét tổng trở của đường dây : ddd jXRZ +=
Trở lai tải nối tam giác ban đầu
A a
IdRd Xd
ï
Rp
Ipt
Upt=UdtUdn
B
b c
Xp
C
I
•
• I
3
d
ptI = °−∠= 30.3
dA
abIDòng pha tải khi nối Δ :
Điện áp pha tải : pptpt ZIU .= pabab ZIU .•• =