BÀI 3. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Động cơ trên Hình 3.1 sử dụng nguồn điện nào để hoạt động? Dòng điện trong động cơ có đặc điểm gì?

Giải rút gọn:

- Loại nguồn điện: Động cơ điện xoay chiều ba pha sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha để hoạt động

- Đặc điểm dòng điện:

• Loại: Dòng điện xoay chiều ba pha.
• Số pha: Ba pha.
• Tần số: Thường là 50 Hz hoặc 60 Hz.
• Cường độ: Phụ thuộc vào công suất và tốc độ quay của động cơ.
• Hệ số công suất: Cao, gần bằng 1.

I. KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN LÍ TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

Câu hỏi 1: Dòng điện xoay chiều ba pha là gì?

Giải rút gọn:

Dòng điện xoay chiều ba pha (điện 3 pha) là hệ thống điện gồm ba dòng điện xoay chiều có cùng biên độ, tần số nhưng lệch pha nhau một góc 120 độ.

Câu hỏi 2: Dòng điện xoay chiều ba pha được tạo ra bằng cách nào?

Giải rút gọn:

Dòng điện xoay chiều ba pha được tạo ra trong mạch điện ba pha. Mạch ba pha gồm nguồn điện ba pha, đường dây truyền tải ba pha và tải điện ba pha

II. CÁCH NỐI NGUỒN VÀ TẢI ĐIỆN BA PHA

1. Nối nguồn điện ba pha

Câu hỏi 1: Nêu các cách nối nguồn và tải điện ba pha

Giải rút gọn:

Có 2 cách nối nguồn điện ba pha và tải điện ba pha

• Nối hình sao
• Nối hình tam giác

Câu hỏi 2: Quan sát Hình 3.6, 3.7 và trình bày cách nối điện ba pha

Giải rút gọn:

Hình 3.6: Điểm cuối cuộn dây của các pha X, Y, Z được nối với nhau tại O gọi là điểm trung tính của nguồn. Điểm đầu A, B và C của các cuộn dây được nối với đường dây truyền tải điện

Hình 3.7: Điểm cuối của cuộn dây pha này được nối với điểm đầu của cuộn dây pha kia. X nối với B, Y nối với C và Z nối với A

Câu hỏi 3: Quan sát hình 3.8 và trình bày cách nối tải ba pha

Giải rút gọn:

a) Nối hình sao:

• Tải điện ba pha nối hình sao có hoặc không có dây trung tính.
• Tổng trở các pha của tải là Za, Zb, Zc, O' được gọi là điểm trung tính của tải.
• Tải điện ba pha nối hình sao đối xứng khi Za = Zb = Zc.

b) Nối hình tam giác:

• Tải điện nối hình tam giác. Tổng trở các pha của tải là Zab, Zbc và Zca.
• Tải điện ba pha nối hình tam giác đối xứng khi Zab = Zbc = Zca.

3. Nối nguồn ba pha với tải điện ba pha

Câu hỏi 1: Quan sát hình 3.9 và cho biết các cách nối nguồn ba pha với tải điện ba pha

Giải rút gọn:

Trong bốn cách nối giữa nguồn ba pha và tải điện ba pha người ta phân loại như sau:

- Mạch ba pha ba dây: chỉ có ba dây A-A, B-B và C-C. Các dây này gọi là dây pha.

- Mạch ba pha bốn dây: ngoài ba dây pha còn có đường dây Q-O' gọi là dây trung tính. Mạch ba pha bốn dây chỉ có khi nguồn và tải điện đều nổi hình sao và có dây trung tính.

Câu hỏi 2: Mạch ba pha ba dây và ba pha bốn dây khác nhau như thế nào?

Giải rút gọn:

Mạch ba pha ba dây:

• Số dây dẫn: 3
• Điểm trung tính: không có
• Điện áp: điện áp pha bằng điện áp đường dây
• Công suất: nhỏ hơn
• Hiệu quả: thấp hơn
• Ứng dụng: thường được sử dụng cho tải nhỏ, tải cân bằng

Mạch ba pha bốn dây:

• Số dây dẫn: 4
• Điểm trung tính: có
• Điện áp: điện áp pha bằng 3,46 điện áp đường dây
• Công suất: lớn hơn
• Hiệu quả: cao hơn
• Ứng dụng: thường được sử dụng cho tải lớn, tải không cân bằng

III. QUAN HỆ GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG DÂY VÀ PHA TRONG MẠCH ĐIỆN BA PHA ĐỐI XỨNG

1. Tải điện nối hình sao có dây trung tính

Câu hỏi 1: Trong mạch điện ba pha, thế nào là dòng điện dây, dòng điện pha, điện áp dây, điện áp pha?

Giải rút gọn:

1. Dòng điện dây và điện áp dây:

• Là đại lượng quan trọng để tính toán công suất truyền tải trong hệ thống điện ba pha.
• Dòng điện dây (Id): Dòng điện chạy trên mỗi dây dẫn pha.
• Điện áp dây (Ud): Điện áp giữa hai dây pha bất kỳ.
• Đặc điểm: Điện áp dây cao hơn điện áp pha √3 lần.

2. Dòng điện pha và điện áp pha:

• Là đại lượng quan trọng để tính toán công suất hoạt động của động cơ hoặc phụ tải ba pha.
• Dòng điện pha (Ip): Dòng điện chạy qua mỗi cuộn dây của động cơ hoặc phụ tải ba pha.
• Điện áp pha (Up): Điện áp giữa một dây pha và điểm trung tính (nếu có).
• Đặc điểm: Điện áp pha bằng 1/√3 điện áp dây.

3. Mối quan hệ:

• Id = √3 Ip (nếu hệ thống điện ba pha cân bằng)
• Ud = √3 Up (nếu hệ thống điện ba pha cân bằng)

Câu hỏi 2: Giá trị hiệu dụng của các đại lượng Up, Ud, Ip và Id (Hình 3.10) có quan hệ thế nào trong mạch ba pha tải điện nối hình sao đối xứng?

Giải rút gọn:

Quan hệ giữa các đại lượng:

• Điện áp dây và điện áp pha:
  • Ud = √3 * Up (1)
  • Do Ud và Up đều là giá trị hiệu dụng, nên công thức (1) cũng đúng cho giá trị hiệu dụng.
• Dòng điện dây và dòng điện pha:
  • Id = Ip (2)
  • Lý do: Trong mạch ba pha tải điện nối hình sao đối xứng, dòng điện đi vào mỗi pha bằng nhau và dòng điện dây là tổng dòng điện pha.
• Mối quan hệ tổng quát:
  • Ud = √3 * Up
  • Id = Ip

2. Tải điện nối hình tam giác

Câu hỏi 1: Nguồn điện ba pha trong khu dân cư có nối hình tam giác không vì sao?

Giải rút gọn:

Nguồn điện ba pha trong khu dân cư thường được nối hình sao thay vì nối hình tam giác vì các lý do sau:

1. An toàn: Nối hình sao tạo điểm trung tính, giảm nguy cơ rò rỉ điện, trong khi nối hình tam giác có thể tạo điện áp cao và nguy hiểm.
2. Hiệu quả: Nối hình sao giúp cân bằng tải và giảm tổn hao điện năng, trong khi nối hình tam giác có thể gây mất cân bằng tải và tăng tổn hao điện năng.
3. Khả năng cung cấp điện: Nối hình sao cung cấp cả điện áp pha và dây, mở rộng khả năng sử dụng điện trong khu dân cư, trong khi nối hình tam giác chỉ cung cấp điện áp pha.
4. Chi phí: Mặc dù nối hình sao có chi phí lắp đặt cao hơn, nhưng lợi ích về an toàn, hiệu quả, và khả năng cung cấp điện làm cho chi phí này trở nên hợp lý, trong khi nối hình tam giác thường được sử dụng trong trường hợp đặc biệt.

Câu hỏi 2: Cho mạch ba pha có nguồn và tải đối xứng (Hình 3.12) biết điện áp dây U₁ = 380V. Em hãy cho biết:

– Các tải điện nối hình gì?

– Điện áp pha đặt lên các tải điện bằng bao nhiêu?

Giải rút gọn:

1. Các tải điện nối hình gì?

Dựa vào sơ đồ trong hình 3.12, ta có thể thấy các tải điện được nối hình sao.

Đặc điểm:

• Ba pha của tải điện được nối với nhau tại điểm trung tính (N).
• Điểm trung tính (N) được nối chung với dây dẫn trung tính của nguồn điện

2. Điện áp pha đặt lên các tải điện bằng bao nhiêu

Điện áp pha (Up) đặt lên các tải điện bằng 220V

Giải thích:

• Trong mạch ba pha tải điện nối hình sao đối xứng:
  • Điện áp dây (Ud) bằng √3 lần điện áp pha (Up): Ud = √3 * Up.
• Theo đề bài, điện áp dây (Ud) = 380V.
• Thay vào công thức trên, ta có: 380V = √3 * Up.
• Giải phương trình, ta được: Up = 220V.

LUYỆN TẬP

Câu hỏi: Một động cơ ba pha có thông số Y/Δ - 380/220 V. Hãy giải thích thông số này?

Giải rút gọn:

1. Ý nghĩa của ký hiệu Y/Δ:

• Y: Ký hiệu cho cách nối dây quấn stato của động cơ theo hình sao.
• Δ: Ký hiệu cho cách nối dây quấn stato của động cơ theo hình tam giác.

2. Ý nghĩa của điện áp 380/220 V:

• 380 V: Điện áp dây khi nối dây quấn stato theo hình sao.
• 220 V: Điện áp dây khi nối dây quấn stato theo hình tam giác.