Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Chương 2 - Hồ Phạm Huy Ánh

Nội dung text: Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Chương 2 - Hồ Phạm Huy Ánh

1. BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ TS. Hồ Phạm Huy Ánh March 2010 Lecture 2 1
2. Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha ¾ Điện áp ba pha trong lưới điện xoay chiều ba pha cân bằng thứ tự thuận (kí hiệu a-b-c) được biểu diễn như sau: 0 0 vaa' = Vm cos()ωt vbb' = Vm cos(ωt −120 ) vcc' = Vm cos(ωt +120 ) ¾ Điện xoay chiều ba pha có hai cách mắc: ĐấuY vàĐấu Δ Với đấu Y, 3 ngõ a’, b’, và c’ đượcchập chung cho ta đầu ra trung tính n. a ia Ba thành phần dòng ia, ib, và ic là ba + − dòng dây đượccấptừ ba nguồn pha n i − n − tương ứng. in là dòng dây trung tính. + + c ib b ic Lecture 2 2
3. Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha (tt) Với đấu Δ, a’ được đấuvới b, b’ được đấuvới c. Vì vac’ = vaa’(t) + vbb’(t) + vcc’(t) = 0, nhưđãkiểmchứng qua biểuthứclượng giác, nên c’ được đấu với a. c’ a i ¾ Các đạilượng DÂY và PHA a − + + Vì cả nguồnvàtải ba pha đềucóthể − được Đấu Y hay Đấu Δ , lưới điện xoay i + c − a’ b chiều ba pha có tổng cộng bốn kiểu kết b’ b i nối (nguồn-tải): Y-Y; Y-Δ; Δ-Y và Δ-Δ. c • Lưới điện xoay chiều ba pha cân bằng thứ tự thuậnY-Y: 0 0 0 Van = Vφ ∠0 Vbn = Vφ ∠ −120 Vcn = Vφ ∠120 Lecture 2 3
4. Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha (tt) Với Vφ là giá trịđiện áp pha hiệudụng giữa pha và trung tính. Điệnápgiữa hai pha gọilàápdâyđượcxácđịnh như sau: Vab = Van −Vbn Vbc = Vbn −Vcn Vca = Vcn −Van Cụ thểđộlớncủa áp dâyVab có thể xác định: 0 V V = 2V cos 30 = 3V cn ab φ ( ) φ Vab Vca Từđó, dùng giản đồ vector, ta xác định được: Van 0 0 Vab = 3Vφ ∠30 Vbc = 3Vφ ∠ − 90 Vbn 0 Vca = 3Vφ ∠150 Vbc Ta cũng dễ dàng chứng minh được, in = 0 (ba pha cân bằng không có dòng trung tính) Lecture 2 4
5. Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha (tt) • Xét tiếptrường hợplưới điện xoay chiều ba pha cân bằng đấu Y-Δ : Không mấttínhtổng quát, ta có: 0 0 0 Vab = VL∠0 Vbc = VL∠ −120 Vca = VL∠120 Ba dòng pha I , I , và I chảy qua tải ba pha đấu 1 2 3 Vca Δ sẽ có góc lệch pha θ so với áp dây tương ứng I3 với cùng giá trị dòng pha Iφ. Từ giản đồ vector ta xác định được 3 dòng dây: Vab I 0 0 2 I1 I a = 3Iφ ∠ − 30 −θ I b = 3Iφ ∠ −150 −θ 0 I a Ic = 3Iφ ∠90 −θ Vbc ¾ Như vậy đấu Y-Y cho: và , đấu Δ - Δ cho : VL = 3Vφ I L = Iφ VL = Vφ và I L = 3Iφ Lecture 2 5
6. Tính công suất mạch ba pha cân bằng ¾ Trường hợpTải ba pha đấuY cânbằng: Giá trịđộlớn áp và dòng ba pha là như nhau. Kí hiệu áp và dòng pha là Vφ và Iφ. Công suấttừng pha: Pφ = Vφ Iφ cos(θ ) Công suấttổng ba pha: PT = 3Pφ = 3Vφ Iφ cos()θ = 3VL I L cos(θ ) * Công suấtphứctừng pha: Sφ = Vφ Iφ = Vφ Iφ ∠θ Công suấtphức ba pha: ST = 3Sφ = 3Vφ Iφ ∠θ = 3VL I L ∠θ Lưuý θ là góc lệch pha của dòng so vớiáp Lecture 2 6
7. Tính công suất mạch ba pha cân bằng (tt) ¾ Trường hợpTải ba pha đấu Δ cân bằng: Kếtquả tương tự cho trường hợpTải ba pha đấuYcânbằng, để xác định công suấttừng pha và công suấttổng ba pha. Ta thấyrằng với Tải ba pha cân bằng, biểuthức tính công suấtphứclànhư nhau cho cả hai kiểu đấuY vàđấu Δ, cho cùng giá trị áp dây và dòng dây dùng trong công thức. PT = 3Pφ = 3Vφ Iφ cos(θ ) = 3VL I L cos(θ ) Tóm lại, các bài toán giảimạch ba pha cân bằng có thểđưavề mạch 1 pha. ¾ Ex. 2.12 và 2.13: xem GT Lecture 2 7
8. Mạch Một Pha Tương Đương ¾ Biến đổi Δ-Y conversion Cho tải 3 pha đấu Δ vớitổng trở pha là ZΔ, tảiY tương đương sẽ có tổng trở pha là ZY = ZΔ/3. Kếtquả này dễ dàng đượcchứng minh bằng cách dùng định luật Ohm quen thuộc. Như vậythayvìkhảosáttải3 phađấu Δ, ta chuyển đổivề Mạch ba pha đấuY-Y để dễ dàng qui về mạch tương đương một pha để giải. ¾ BT 2.14: Dựng mạch một pha tương đương cho mạch điện sau. Ta chuyểntụ 3 pha đấu Δ về tụ 3 pha đấuY với dung kháng tương đương – j15/3 = -j5 Ω. Mạch ba pha nay có dạng Y-Y nên dễ dàng qui về mạch tương đương một pha để giải. Lecture 2 8
9. Các ví dụ và BT: ¾ Ex. 2.15: mắc song song 10 mô tơ ba pha kiểucảm ứng, hãy tìm công suấtphản kháng Qc dùng tụ cầnbùđể cảithiệnHSCS bằng 1? Công suấttácdụng tổng bằng 30 x 10 / 3 = 100 kW, vớiHSCS trễ PF = 0.6. Công suấtbiểukiếntổng bằng 100/0.6 kVA. Ta tính được, 100×103 S = S ∠cos −1 ()0.6 = ()0.6 + j0.8 VA = 100 + j133.33 kVA φ φ 0.6 Tụ ba pha đượcmắc song song vớiTải để cảithiện HSCS. Vai trò tụ bù nhằm bù công suấtphản kháng cho tảicảm. Như vậy công suấtphản kháng Qcap mà tụ mỗi pha cầnbùlàQcap = −133.33 kVAR, và như vậy công suất phản kháng tổng ba pha cần dùng để bù sẽ bằng 3(−133.33) = −400 kVAR. Lecture 2 9
10. Các ví dụ và BT: ¾ BT 2.16: Vẫn BT 2.15, tìm công suấtphản kháng Qc dùng tụ cầnbùđể cảithiện HSCS bằng 0.9 trễ? Sφ =100 + j133.33 kVA Với HSCS mớibằng 0.9 trễ, ta xác định được công suấtphảnkhángQ củatải sau khi bù: 2 2 Qnew = P ()1 PF −1 =100 ()1 0.9 −1 = 48.43 kVAR 133.33 Từđó Qc dùng tụ cầnbùbằng −133.33 + 48.43 = kVAR −84.9 kVAR, và như vậy công suấtphản kháng tổng ba ld pha cần dùng để bù sẽ bằng 3x(−84.9) = −254.7 kVAR. o w 48.43 ne kVAR ¾ BT 2.17: xem GT 100 kW Lecture 2 10
11. Các BT được gợi ý ¾ BT 2.21: Tải ba pha 15 kVA có HSCS là 0.8 trễ mắc song song với Tải ba pha 36 kW có HSCS là 0.6 sớm. Cho biếtáp dây 2000 V. a) Xác định công suấtphứctổng và HSCS phứctổng b) Cần dùng tụđểcấp bao nhiêu kVAR nhằm nâng HSCS là 1? ¾ Câu hỏisuyluận: Nguồnbaphacânbằng cấp điệnchotải đấu Y có HSCS bằng 1. Công suấttảibaphasẽ là bao nhiêu nếu chuyểntảivềđấu Δ? Lecture 2 11