Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Các hệ thống 3 pha

Nội dung text: Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Các hệ thống 3 pha

1. 408001 Bi ến đổi n ăng l ượng điện c ơ Gi ảng viên: TS. Nguy ễn Quang Nam 2013 – 2014, HK2 nqnam@hcmut.edu.vn Bài gi ảng 2 1 Các h ệ th ống 3 pha
   Điện áp ở mỗi pha l ệch pha so v ới các pha khác 120 0. Với th ứ tự thu ận (a-b-c), các điện áp cho b ởi = (ω ) vaa ' Vm cos t = (ω − 0 ) vbb ' Vm cos t 120 = (ω + 0 ) vcc ' Vm cos t 120
   Có hai cách n ối 3 pha: c ấu hình sao (Y) và cấu hình tam giác ( ∆) Bài gi ảng 2 2
2. Hệ th ống 3 pha n ối sao (Y) Trong c ấu hình sao, các đầu dây a’, b’, và c’ được n ối v ới nhau và được ký hi ệu là cực trung tính n. a i , i , và i là các dòng điện dây, ia a b c + cũng b ằng v ới các dòng điện − n in − − pha. i là dòng điện trong dây + n + c ib trung tính. b ic Bài gi ảng 2 3 Hệ th ống 3 pha n ối tam giác ( ∆∆∆) Trong c ấu hình tam giác, đầu a’ được n ối vào b, và b’ vào c. Vì vac’ = v aa’(t) + vbb’(t) + v cc’(t) = 0 , như có th ể ch ứng minh b ằng toán h ọc, c’ được n ối vào a. c’ a ia − + + − i + c − a’ b b’ b ic Bài gi ảng 2 4
3. Các h ệ th ống 3 pha (tt)
   Các đại l ượng dây và pha Vì cả ngu ồn l ẫn t ải đều có th ể ở dạng sao hay tam giác, có th ể có 4 t ổ hợp: sao-sao, sao-tam giác, tam giác-sao, và tam giác-tam giác (quy ước ngu ồn-tải). Môn h ọc ch ỉ xét đến điều ki ện làm vi ệc cân b ằng c ủa các mạch điện 3 pha. • Với c ấu hình sao-sao, ở điều ki ện cân b ằng: = ∠ 0 = ∠ − 0 = ∠ 0 Van Vφ 0 Vbn Vφ 120 Vcn Vφ 120 Bài gi ảng 2 5 Các h ệ th ống 3 pha (tt) với Vφ là tr ị hi ệu d ụng c ủa điện áp pha-trung tính. Các điện áp dây cho b ởi = − = − = − Vab Van Vbn Vbc Vbn Vcn Vca Vcn Van Ch ẳng h ạn, độ lớn c ủa V ab có th ể tính nh ư sau V = ( 0 ) = cn Vab 2Vφ cos 30 3Vφ Vab Vca Từ gi ản đồ vectơ , có th ể th ấy Van 0 0 V = 3Vφ ∠30 V = 3Vφ ∠ − 90 ab bc Vbn = ∠ 0 Vca 3Vφ 150 Vbc Ở điều ki ện cân b ằng, in = 0 (không có dòng điện trung tính). Bài gi ảng 2 6
4. Các h ệ th ống 3 pha (tt) • Cấu hình sao-tam giác, điều ki ện cân b ằng: Không làm m ất tính t ổng quát, gi ả thi ết các điện áp dây là = ∠ 0 = ∠ − 0 = ∠ 0 Vab VL 0 Vbc VL 120 Vca VL 120 V Các dòng điện pha I1, I2, và I3 trong 3 ca nhánh t ải n ối tam giác tr ễ pha so v ới các I3 điện áp t ươ ng ứng m ột góc θ, và có cùng Vab độ lớn Iφ. Có th ể th ấy t ừ gi ản đồ vectơ I2 I1 = ∠ − 0 −θ = ∠ − 0 −θ I a 3Iφ 30 I b 3Iφ 150 I a 0 = ∠ −θ Vbc Ic 3Iφ 90 = = ∆ =
   Cấu hình Y: V L 3 V φ vàI L Iφ , c ấu hình : V L V φ và = I L 3Iφ Bài gi ảng 2 7 Công su ất trong mạch 3 pha cân b ằng
   Tải n ối sao cân b ằng Trong m ột h ệ cân b ằng, độ lớn c ủa t ất c ả điện áp pha là bằng nhau, và độ lớn c ủa t ất c ả dòng điện c ũng v ậy. G ọi chúng là Vφ và Iφ. Công su ất m ỗi pha khi đó sẽ là Pφ = Vφ Iφ cos (θ ) = = (θ ) = (θ ) Công su ất t ổng là PT 3Pφ 3Vφ Iφ cos 3VL I L cos * Công su ất ph ức m ỗi pha là Sφ = Vφ Iφ = Vφ Iφ ∠θ = = ∠θ = ∠θ Và tổng công su ất ph ức là ST 3Sφ 3Vφ Iφ 3VL I L Chú ý r ằng θθθ là góc pha gi ữa điện áp pha và dòng điện pha Bài gi ảng 2 8
5. Công su ất trong mạch 3 pha cân b ằng (tt)
   Tải n ối tam giác cân b ằng Tươ ng t ự như trường h ợp t ải n ối sao cân b ằng, công su ất mỗi pha và công su ất t ổng có th ể được tính toán v ới cùng công th ức. Có th ể th ấy r ằng v ới t ải cân b ằng, bi ểu th ức t ổng công su ất ph ức là gi ống nhau cho c ả cấu hình sao l ẫn tam giác, mi ễn là điện áp dây và dòng điện dây được dùng trong bi ểu th ức. Do đó, các tính toán có th ể được th ực hi ện trên n ền t ảng 3 pha hay 1 pha.
   Vd. 2.12 và 2.13: xem giáo trình Bài gi ảng 2 9 Ví dụ tại l ớp
   Vd. 2.12: M ạch 3 pha Y cân b ằng có tải tiêu th ụ 24 kW ở PF bằng 0,8 tr ễ. Điện áp dây là 480 V. Xác định vect ơ pha dòng điện dây và điện áp pha. Ch ọn điện áp pha c ủa pha a làm = ∠ ° gốc, V an V φ 0 , hãy bi ểu di ễn các vect ơ pha dòng điện dây và điện áp dây. Xác định công su ất ph ức c ủa t ải 3 pha. Giá tr ị điện áp pha 480 Vφ = = 277,1 V 3 Công su ất tác d ụng trên m ỗi pha Pφ = 24 3/ = 8 kW Bài gi ảng 2 10
6. Ví dụ tại l ớp
   Vd. 2.12 (tt): Giá tr ị dòng điện dây (c ũng là dòng điện pha, vì tải n ối Y) 8000 I = Iφ = = 36 ,09 A L 277 1, × 8,0 Góc h ệ số công su ất θ = cos −1( 8,0 ) = 36 ,87° Do đó = ∠ − ° I a 36 ,09 36 ,87 A (vì PF tr ễ) = ∠ − ° Ib 36 ,09 156 ,87 A = ∠ − ° Ic 36 ,09 276 ,87 A Bài gi ảng 2 11 Ví dụ tại l ớp
   Vd. 2.12 (tt): Các điện áp dây t ươ ng ứng = ∠ ° Vab 480 30 V = ∠ − ° Vbc 480 90 V = ∠ − ° Vca 480 210 V Công su ất ph ức 3 pha = ∠θ = ( )∠ ° = + ST 3VL I L .3 480 . 36,09 36 ,87 24 j18 kVA Bài gi ảng 2 12
7. Mạch t ươ ng đươ ng 1 pha
   Bi ến đổi tam giác-sao ( ∆-Y) Cho m ột t ải n ối tam giác v ới t ổng tr ở mỗi pha là Z∆, m ạch tươ ng đươ ng hình sao có tổng tr ở pha ZY = Z ∆/3 . Điều này có th ể được ch ứng minh b ằng cách đồng nh ất t ổng tr ở gi ữa hai pha b ất k ỳ trong c ả hai trường h ợp. Thay vì phân tích m ạch hình tam giác, m ạch t ươ ng đươ ng 1 pha có th ể được dùng sau khi th ực hi ện vi ệc bi ến đổi tam giác-sao. Bài gi ảng 2 13 Ví dụ tại l ớp
   Vd. 2.14: V ẽ mạch t ươ ng đươ ng 1 pha c ủa 1 m ạch đã cho. Thay th ế bộ tụ nối tam giác b ởi m ột b ộ tụ nối sao có tổng tr ở pha –j15/3 = -j5 Ω. Sau đó có th ể dùng m ạch n ối sao tươ ng đươ ng để đơn giản hóa, và rút ra m ạch t ươ ng đươ ng 1 pha. Bài gi ảng 2 14
8. Ví dụ tại l ớp (tt)
   Vd . 2.15: 10 động c ơ không đồng b ộ vận hành song song, tìm định m ức kVAR c ủa b ộ tụ 3 pha để cải thi ện h ệ số công su ất t ổng thành 1? Công su ất th ực m ỗi pha là 30 x 10 / 3 = 100 kW , ở PF = 0,6 tr ễ. Công su ất kVA mỗi pha nh ư v ậy s ẽ là 100/0,6 . Do đó, × 3 −1 100 10 Sφ = Sφ ∠cos ()6,0 = ()6,0 + j0,8 VA 6,0 = 100 + j133,33 kVA Bài gi ảng 2 15 Ví dụ tại l ớp (tt)
   Vd. 2.15 (tt): Một b ộ tụ có th ể được n ối song song v ới t ải để cải thi ện hệ số công su ất t ổng. B ộ tụ cần cung c ấp toàn b ộ công su ất ph ản kháng để nâng PF thành đơ n v ị. Ngh ĩa là cho − mỗi pha Qcap = 133,33 kVAR , và dung lượng kVAR tổng cộng c ần thi ết s ẽ là 3( −133,33) = −400 kVAR . Bài gi ảng 2 16
9. Ví dụ tại l ớp (tt)
   Vd. 2.16: Gi ả sử trong Vd. 2.15, PF mới là 0,9 tr ễ, dung lượng kVAR cần thi ết là bao nhiêu? Sφ =100 + j133,33 kVA PF mới là 0,9 tr ễ, do đó công 133,33 su ất ph ản kháng m ỗi pha m ới là kVAR ũ c = ()2 − = ()2 − Qnew P 1 PF 1 100 1 9,0 1 i 48,43 = mớ 48 ,43 kVAR kVAR 100 kW Bài gi ảng 2 17 Ví dụ tại l ớp (tt)
   Vd. 2.16 (tt): Bộ tụ do đ ó cần cung c ấp cho m ỗi pha −133,33 + 48,43 = −84,9 kVAR , và tổng dung l ượng kVAR cần thi ết s ẽ là 3( −84,9) = −254,7 kVAR .
   Vd. 2.17: xem giáo trình Bài gi ảng 2 18