Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Chương 2

1Lecture 2 BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ TS. Hồ Phạm Huy Ánh March 2010 2Lecture 2 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: Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha ¾ Điện xoay chiều ba pha có hai cách mắc : Đấu Y và Đấu Δ Với đấu Y, 3 ngõ a’, b’, và c’ được chập chung cho ta đầu ra trung tính n. ( )tVv maa ωcos' = ( )0' 120cos −= tVv mbb ω ( )0' 120cos += tVv mcc ω Ba thành phần dòng ia, ib, và ic là ba dòng dây được cấp từ ba nguồn pha tương ứng. in là dòng dây trung tính. ia in ib ic a b c n + − +−+ − 3Lecture 2 Với đấu Δ, a’ được đấu với b, b’ được đấu với c. Vì vac’ = vaa’(t) + vbb’(t) + vcc’(t) = 0, như đã kiểm chứng qua biểu thức lượng giác, nên c’ được đấu với a. ia ib ic a b c c’ a’ b’ + − + − +− ¾ Các đại lượng DÂY và PHA Vì cả nguồn và tải ba pha đều có thể được Đấu Y hay Đấu Δ , lưới điện xoay chiều ba pha có tổng cộng bốn kiểu kết nối (nguồn-tải): Y-Y; Y-Δ; Δ-Y và Δ-Δ. • Lưới điện xoay chiều ba pha cân bằng thứ tự thuận Y-Y : 00∠= φVVan 0120−∠= φVVbn 0120∠= φVVcn Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha (tt) 4Lecture 2 Với Vφ là giá trị điện áp pha hiệu dụng giữa pha và trung tính. Điện áp giữa hai pha gọi là áp dây được xác định như sau: bnanab VVV −= cnbnbc VVV −= ancnca VVV −= Cụ thể độ lớn của áp dây có thể xác định:abV ( ) φφ VVVab 330cos2 0 == anV bnV cnV abV bcV caV Từ đó, dùng giản đồ vector, ta xác định được: 0303 ∠= φVVab 0903 −∠= φVVbc 01503 ∠= φVVca Ta cũng dễ dàng chứng minh được, in = 0 (ba pha cân bằng không có dòng trung tính) Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha (tt) 5Lecture 2 Không mất tính tổng quát, ta có: • Xét tiếp trường hợp lưới điện xoay chiều ba pha cân bằng đấu Y-Δ : 00∠= Lab VV 0120−∠= Lbc VV 0120∠= Lca VV abV bcV caV 1I 3I 2I aI Ba dòng pha I1, I2, và I3 chảy qua tải ba pha đấu Δ sẽ có góc lệch pha θ so với áp dây tương ứng với cùng giá trị dòng pha Iφ. Từ giản đồ vector ta xác định được 3 dòng dây: θφ −−∠= 0303II a θφ −−∠= 01503IIb θφ −∠= 0903IIc ¾ Như vậy đấu Y-Y cho: và , đấu Δ - Δ cho : và φVVL 3= φII L = φVVL = φII L 3= Hệ Thống Điện Xoay Chiều Ba Pha (tt) 6Lecture 2 Tính công suất mạch ba pha cân bằng ¾ Trường hợp Tải ba pha đấu Y cân bằng: Giá trị độ lớn áp và dòng ba pha là như nhau. Kí hiệu áp và dòng pha là Vφ và Iφ. Công suất từng pha: ( )θφφφ cosIVP = Công suất tổng ba pha: ( ) ( )θθφφφ cos3cos33 LLT IVIVPP === Công suất phức từng pha: θφφφφφ ∠== IVIVS * Công suất phức ba pha: θθφφφ ∠=∠== LLT IVIVSS 333 Lưu ý θ là góc lệch pha của dòng so với áp 7Lecture 2 Kết quả tương tự cho trường hợp Tải ba pha đấu Y cân bằng, để xác định công suất từng pha và công suất tổng ba pha. Ta thấy rằng với Tải ba pha cân bằng, biểu thức tính công suất phức là như nhau cho cả hai kiểu đấu Y và đấu Δ, cho cùng giá trị áp dây và dòng dây dùng trong công thức. Tóm lại, các bài toán giải mạch ba pha cân bằng có thể đưa về mạch 1 pha. ¾ Ex. 2.12 và 2.13: xem GT Tính công suất mạch ba pha cân bằng (tt) ¾ Trường hợp Tải ba pha đấu Δ cân bằng: ( ) ( )θθφφφ cos3cos33 LLT IVIVPP === 8Lecture 2 Mạch Một Pha Tương Đương ¾ Biến đổi Δ-Y conversion Cho tải 3 pha đấu Δ với tổng trở pha là ZΔ, tải Y tương đương sẽ có tổng trở pha là ZY = ZΔ/3. Kết quả này dễ dàng được chứng minh bằng cách dùng định luật Ohm quen thuộc. Như vậy thay vì khảo sát tải 3 pha đấu Δ, ta chuyển đổi về Mạch ba pha đấu Y-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 chuyển tụ 3 pha đấu Δ về tụ 3 pha đấu Y 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. 9Lecture 2 Các ví dụ và BT: ¾ Ex. 2.15: mắc song song 10 mô tơ ba pha kiểu cảm ứng, hãy tìm công suất phản kháng Qc dùng tụ cần bù để cải thiện HSCS bằng 1? Công suất tác dụng tổng bằng 30 x 10 / 3 = 100 kW, với HSCS trễ PF = 0.6. Công suất biểu kiến tổng bằng 100/0.6 kVA. Ta tính được, Tụ ba pha được mắc song song với Tải để cải thiện HSCS. Vai trò tụ bù nhằm bù công suất phản kháng cho tải cảm. Như vậy công suất phản kháng Qcap mà tụ mỗi pha cần bù là Qcap = −133.33 kVAR, và như vậy công suất phản kháng tổng ba pha cần dùng để bù sẽ bằng 3(−133.33) = −400 kVAR. ( ) ( ) kVA j133.33100VA 8.06.0 6.0 101006.0cos 3 1 +=+×=∠= − jSS φφ 10Lecture 2 ¾ BT 2.16: Vẫn BT 2.15, tìm công suất phản kháng Qc dùng tụ cần bù để cải thiện HSCS bằng 0.9 trễ? Với HSCS mới bằng 0.9 trễ, ta xác định được công suất phản kháng Q của tải sau khi bù: Từ đó Qc dùng tụ cần bù bằng −133.33 + 48.43 = −84.9 kVAR, và như vậy công suất phản kháng tổng ba pha cần dùng để bù sẽ bằng 3x(−84.9) = −254.7 kVAR. kVA j133.33100+=φS ( ) ( ) kVAR 43.4819.0110011 22 =−=−= PFPQnew o l d n e w 100 kW 48.43 kVAR 133.33 kVAR ¾ BT 2.17: xem GT Các ví dụ và BT: 11Lecture 2 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 biết áp dây 2000 V. a) Xác định công suất phức tổng và HSCS phức tổng b) Cần dùng tụ để cấp bao nhiêu kVAR nhằm nâng HSCS là 1? ¾ Câu hỏi suy luận: Nguồn ba pha cân bằng cấp điện cho tải đấu Y có HSCS bằng 1. Công suất tải ba pha sẽ là bao nhiêu nếu chuyển tải về đấu Δ?