Bài 3. Mạch điện xoay chiều ba pha SVIP

I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

1. Dòng điện xoay chiều một pha

- Dòng điện xoay chiều một pha là dòng điện biến thiên tuần hoàn theo dạng hình sin.

- Biểu thức: i = I_msin(ωt+ψ)$$

$$+ I_m là giá trị dòng điện cực đại (A).

+ ω là tốc độ góc của dòng điện (rad/s).

+ ψ là góc pha ban đầu của dòng điện (rad).

- \(I=\dfrac{I_m}{\sqrt{2}}\) là giá trị dòng điện hiệu dụng (A).

- \(T=\dfrac{2\pi}{\omega}\) là chu kì của dòng điện (s).

- \(f=\dfrac{1}{T}\) là tần số của dòng điện (Hz).

- Tổng trở được kí hiệu là Z_t. Tổng trở Z_t đặc trưng bởi độ lớn z_t và góc pha \(\varphi\) với:

\(z_t=\sqrt{R^2+X^2}\) và  \(tan\varphi=\dfrac{X}{R}\)

- Trong đó: R là điện trở của tải điện (\(\Omega\)), X là điện kháng của tải điện (\(\Omega\)).

 \(X=X_L-X_C\)

 \(X_L=\omega L=2\pi fL\)

\(X_C=\dfrac{1}{\omega C}=\dfrac{1}{2\pi fC}\)

2. Dòng điện xoay chiều ba pha

a. Khái niệm

- Dòng điện xoay chiều ba pha sinh ra trong mạch điện ba pha gồm:

+ Nguồn ba pha.

+ Tải ba pha.

+ Dây ba pha.

- Là hệ thống ba dòng điện xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ và có góc pha lệch nhau 120° giữa các pha.

b. Nguyên lí tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha

* Sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha được tạo ra từ máy phát điện ba pha.

* Phần tĩnh (stator): lõi thép có rãnh, đặt 3 cuộn dây AX, BY, CZ có cùng:

- Số vòng.

- Kích thước dây.

- Lệch nhau 120°.

=> Mỗi cuộn dây được gọi là một pha: cuộn dây AX, BY, CZ tương ứng với pha A, B, C của máy phát điện.

* Phần quay (rotor): nam châm điện, khi quay sẽ tạo ra từ thông biến thiên.

- Khi nam châm quay với \(\omega\) không đổi, trong cuộn dây mỗi pha xuất hiện sức điện động xoay chiều một pha.

- Do cuộn dây có cùng thông số và đặt lệch nhau một góc 120° nên sức điện động trên các pha A, B, C là e_A, e_B, e_C.

+ Bằng nhau về biên độ và tần số.

+ Pha lệch nhau một góc \(\dfrac{2\pi}{3}\) rad.

II. CÁCH NỐI NGUỒN VÀ TẢI BA PHA

- Tải (thiết bị tiêu thụ điện năng) trên mỗi pha A, B, C của nguồn điện ba pha có tổng trở được kí hiệu là Z_A, Z_B, Z_C.

- Thông thường, có hai cách nối nguồn và tải ba pha như sau:

+ Nối hình sao (Y): Ba điểm cuối X, Y, Z của các pha được nối với nhau tạo thành điểm trung tính O.

+ Nối hình tam giác (\(\Delta\)): Điểm đầu của pha này được nối với điểm cuối của pha kia tạo thành hình tam giác.

1. Cách nối nguồn điện ba pha

Nguồn điện ba pha được nối theo hình sao hoặc hình tam giác, hình thành:

- Nguồn điện ba pha dây.

- Nguồn điện ba pha bốn dây.

2. Cách nối tải ba pha

Tải ba pha được nối theo hình sao hoặc tam giác:

III. MẠCH ĐIỆN BA PHA

- Nguồn và tải ba pha được kết nối với nhau thông qua các đường dây ba pha tạo thành mạch điện ba pha, dẫn điện năng từ nguồn tới tải.

- Tuỳ theo cách nối, mạch điện ba pha có thể là:

+ Mạch ba pha ba dây.

+ Mạch ba pha bốn dây.

1. Sơ đồ mạch điện ba pha

- Một số sơ đồ mạch điện ba pha thường gặp:

+ Nối hình sao (Y) không dây trung tính.

+ Nối hình sao (Y) có dây trung tính OO'.

+ Nguồn nối hình sao (Y), tải hình tam giác (\(\Delta\)).

+ Nối hình tam giác (\(\Delta\)).

- Trong đó:

+ Dòng điện chạy trong dây pha gọi là dòng điện dây (I_d).

+ Dòng điện chạy trong mỗi pha gọi là dòng điện pha (I_p).

+ Điện áp giữa hai dây pha gọi là điện áp dây (U_d).

+ Điện áp trên giữa điểm dầu và điểm cuối mỗi pha hoặc giữa dây pha và dây trung tính gọi là điện áp pha (U_p).

2. Mạch điện ba pha đối xứng

* Mạch điện ba pha được gọi là đối xứng nếu có nguồn đối xứng và tải đối xứng.

- Nguồn đối xứng là nguồn có:

+ Biên độ và tần số bằng nhau.

+ Pha lệch nhau ${\displaystyle \frac{2𝜋}{3}}$​ rad.

+ Z_A = Z_B = Z_C (tải gọi là đối xứng).

* Các thông số hiệu dụng (dòng điện và điện áp) của dây và pha được xác định như sau:

+ Trường hợp tải nối hình sao (Y):

\(I_d=I_p\)

\(U_d=\sqrt{3}U_p\)

+ Trường hợp tải nối hình tam giác:

\(I_d=\sqrt{3}I_p\)

\(U_d=U_p\)