Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ: Bài giảng 2 - TS. Nguyễn Quang Nam

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ: Bài giảng 2 trình bày các hệ thống 3 pha như hệ thống 3 pha nối sao, hệ thống 3 pha nối tam giác, công suất trong mạch 3 pha cân bằng và một số nội dung khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ: Bài giảng 2 - TS. Nguyễn Quang Nam

408001 Biến đổi năng lượng điện cơ Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Bài giảng 2 1 Các hệ thống 3 pha Điện áp ở mỗi pha lệch pha so với các pha khác 1200. Với thứ tự thuận (a-b-c), các điện áp cho bởi v aa ' = Vm cos(ωt ) ( vbb ' = Vm cos ωt − 120 0 ) v cc ' = Vm cos (ωt + 120 ) 0 Có hai cách nối 3 pha: cấu hình sao (Y) và cấu hình tam giác (∆) Bài giảng 2 2
Hệ thống 3 pha nối sao (Y) Trong cấu hình sao, các đầu dây a’, b’, và c’ được nối với nhau và được ký hiệu là cực trung tính n. a ia, ib, và ic là các dòng điện dây, ia + cũng bằng với các dòng điện − n in pha. in là dòng điện trong dây − − + + c ib trung tính. b ic Bài giảng 2 3 ∆ Hệ thống 3 pha nối tam giác (∆) Trong cấu hình tam giác, đầu a’ được nối vào b, và b’ vào c. Vì vac’ = vaa’(t) + vbb’(t) + vcc’(t) = 0, như có thể chứng minh bằng toán học, c’ được nối vào a. c’ a ia − + − + c a’ ib + − b’ b ic Bài giảng 2 4
Các hệ thống 3 pha (tt) Các đại lượng dây và pha Vì cả nguồn lẫn tải đều có thể ở dạng sao hay tam giác, có thể có 4 tổ hợp: sao-sao, sao-tam giác, tam giác-sao, và tam giác-tam giác (quy ước nguồn-tải). Môn học chỉ xét đến điều kiện làm việc cân bằng của các mạch điện 3 pha. • Với cấu hình sao-sao, ở điều kiện cân bằng: Van = Vφ ∠0 0 Vbn = Vφ ∠ − 120 0 Vcn = Vφ ∠120 0 Bài giảng 2 5 Các hệ thống 3 pha (tt) với Vφ là trị hiệu dụng của điện áp pha-trung tính. Các điện áp dây cho bởi Vab = Van − Vbn Vbc = Vbn − Vcn Vca = Vcn − Van Chẳng hạn, độ lớn của Vab có thể tính như sau ( ) Vab = 2Vφ cos 30 0 = 3Vφ Vca Vcn V ab Từ giản đồ vectơ, có thể thấy V an Vab = 3Vφ ∠30 0 Vbc = 3Vφ ∠ − 90 0 Vbn Vca = 3Vφ ∠150 0 Vbc Ở điều kiện cân bằng, in = 0 (không có dòng điện trung tính). Bài giảng 2 6
Các hệ thống 3 pha (tt) • Cấu hình sao-tam giác, điều kiện cân bằng: Không làm mất tính tổng quát, giả thiết các điện áp dây là Vab = VL ∠00 Vbc = VL ∠ − 1200 Vca = VL ∠1200 Các dòng điện pha I1, I2, và I3 trong 3 Vca nhánh tải nối tam giác trễ pha so với các I3 điện áp tương ứng một góc θ, và có cùng V ab độ lớn Iφ. Có thể thấy từ giản đồ vectơ I2 I1 I a = 3I φ ∠ − 30 0 − θ I b = 3I φ ∠ − 150 0 − θ Ia I c = 3Iφ ∠900 − θ Vbc Cấu hình Y: VL = 3Vφ và I L = I φ , cấu hình ∆: V L = Vφ và I L = 3I φ Bài giảng 2 7 Công suất trong mạch 3 pha cân bằng Tải nối sao cân bằng Trong một hệ cân bằng, độ lớn của tất cả điện áp pha là bằng nhau, và độ lớn của tất cả dòng điện cũng vậy. Gọi chúng là Vφ và Iφ. Công suất mỗi pha khi đó sẽ là Pφ = Vφ I φ cos(θ ) Công suất tổng là PT = 3Pφ = 3Vφ I φ cos(θ ) = 3VL I L cos(θ ) Công suất phức mỗi pha là Sφ = Vφ I φ* = Vφ I φ ∠θ Và tổng công suất phức là S T = 3Sφ = 3Vφ I φ ∠θ = 3VL I L ∠θ Chú ý rằng θ là góc pha giữa điện áp pha và dòng điện pha Bài giảng 2 8
Công suất trong mạch 3 pha cân bằng (tt) Tải nối tam giác cân bằng Tương tự như trường hợp tải nối sao cân bằng, công suất mỗi pha và công suất tổng có thể được tính toán với cùng công thức. Có thể thấy rằng với tải cân bằng, biểu thức tổng công suất phức là giống nhau cho cả cấu hình sao lẫn tam giác, miễn là điện áp dây và dòng điện dây được dùng trong biểu thức. Do đó, các tính toán có thể được thực hiện trên nền tảng 3 pha hay 1 pha. Vd. 2.12 và 2.13: xem giáo trình Bài giảng 2 9 Ví dụ tại lớp Vd. 2.12: Mạch 3 pha Y cân bằng có tải tiêu thụ 24 kW ở PF bằng 0,8 trễ. Điện áp dây là 480 V. Xác định vectơ pha dòng điện dây và điện áp pha. Chọn điện áp pha của pha a làm gốc, Van = Vφ ∠0°, hãy biểu diễn các vectơ pha dòng điện dây và điện áp dây. Xác định công suất phức của tải 3 pha. Giá trị điện áp pha 480 Vφ = = 277,1 V 3 Công suất tác dụng trên mỗi pha Pφ = 24 / 3 = 8 kW Bài giảng 2 10
Ví dụ tại lớp Vd. 2.12 (tt): Giá trị dòng điện dây (cũng là dòng điện pha, vì tải nối Y) 8000 I L = Iφ = = 36,09 A 277,1× 0,8 Góc hệ số công suất θ = cos −1 (0,8) = 36,87° Do đó I a = 36,09∠ − 36,87° A (vì PF trễ) I b = 36,09∠ − 156,87° A I c = 36,09∠ − 276,87° A Bài giảng 2 11 Ví dụ tại lớp Vd. 2.12 (tt): Các điện áp dây tương ứng Vab = 480∠30° V Vbc = 480∠ − 90° V Vca = 480∠ − 210° V Công suất phức 3 pha ST = 3VL I L ∠θ = 3.480.(36,09)∠36,87° = 24 + j18 kVA Bài giảng 2 12
Mạch tương đương 1 pha Biến đổi tam giác-sao (∆-Y) Cho một tải nối tam giác với tổng trở mỗi pha là Z∆, mạch tương đương hình sao có tổng trở pha ZY = Z∆/3. Điều này có thể được chứng minh bằng cách đồng nhất tổng trở giữa hai pha bất kỳ trong cả hai trường hợp. Thay vì phân tích mạch hình tam giác, mạch tương đương 1 pha có thể được dùng sau khi thực hiện việc biến đổi tam giác-sao. Bài giảng 2 13 Ví dụ tại lớp Vd. 2.14: Vẽ mạch tương đương 1 pha của 1 mạch đã cho. Thay thế bộ tụ nối tam giác bởi một bộ tụ nối sao có tổng trở pha –j15/3 = -j5 Ω. Sau đó có thể dùng mạch nối sao tương đương để đơn giản hóa, và rút ra mạch tương đương 1 pha. Bài giảng 2 14
Ví dụ tại lớp (tt) Vd. 2.15: 10 động cơ không đồng bộ vận hành song song, tìm định mức kVAR của bộ tụ 3 pha để cải thiện hệ số công suất tổng thành 1? Công suất thực mỗi pha là 30 x 10 / 3 = 100 kW, ở PF = 0,6 trễ. Công suất kVA mỗi pha như vậy sẽ là 100/0,6. Do đó, 100 ×103 Sφ = Sφ ∠ cos (0,6 ) = −1 (0,6 + j 0,8) VA 0,6 = 100 + j133,33 kVA Bài giảng 2 15 Ví dụ tại lớp (tt) Vd. 2.15 (tt): Một bộ tụ có thể được nối song song với tải để cải thiện hệ số công suất tổng. Bộ tụ cần cung cấp toàn bộ công suất phản kháng để nâng PF thành đơn vị. Nghĩa là cho mỗi pha Qcap = −133,33 kVAR, và dung lượng kVAR tổng cộng cần thiết sẽ là 3(−133,33) = −400 kVAR. Bài giảng 2 16
Ví dụ tại lớp (tt) Vd. 2.16: Giả sử trong Vd. 2.15, PF mới là 0,9 trễ, dung lượng kVAR cần thiết là bao nhiêu? Sφ = 100 + j133,33 kVA PF mới là 0,9 trễ, do đó công 133,33 kVAR suất phản kháng mỗi pha mới là cũ Qnew = P (1 PF ) − 1 = 100 (1 0,9) − 1 2 2 i mớ 48,43 = 48,43 kVAR kVAR 100 kW Bài giảng 2 17 Ví dụ tại lớp (tt) Vd. 2.16 (tt): Bộ tụ do đó cần cung cấp cho mỗi pha −133,33 + 48,43 = −84,9 kVAR, và tổng dung lượng kVAR cần thiết sẽ là 3(−84,9) = −254,7 kVAR. Vd. 2.17: xem giáo trình Bài giảng 2 18