Bài 3. Mạch điện xoay chiều ba pha SVIP

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

1. Khái niệm dòng điện xoay chiều một pha hình sin

- Dòng điện xoay chiều một pha hình sin là loại dòng điện thay đổi theo thời gian với quy luật hình sin.

- Biểu thức: i = I_m sin(ωt+ψ) = \(\sqrt{2}\)I sin(ωt+ψ)

+ i là giá trị tức thời của dòng điện.

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

+ I là giá trị hiệu dụng của dòng điện.

+ 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).

- ω = 2πf, đơn vị radial/s (rad/s).

2. Khái niệm dòng điện xoay chiều ba pha

- Dòng điện xoay chiều ba pha là loại dòng điện được tạo ra trong hệ thống mạch điện ba pha gồm các thành phần chính:

+ Nguồn điện ba pha.

+ Đường dây truyền tải ba pha.

+ Tải điện ba pha.

- Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống nhờ hiệu quả cao.

3. 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 pha A (AX), B (BY), C (CZ) có cùng:

- Số vòng.

- Kích thước dây.

- Lệch nhau \(\frac{2\pi}{3}\) rad.

* Phần quay (rotor): nam châm điện một chiều, 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.

- Khi quay, từ trường của nó quét qua ba cuộn dây, tạo ra ba suất điện động xoay chiều e_A, e_B, e_C có:

+ Bằng nhau về biên độ và tần số.

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

=> Gọi là nguồn ba pha đối xứng.

e_A = E_m sin(ωt)

\(e_B=E_msin\left(\omega t-\dfrac{2\pi}{3}\right)\)

\(e_C=E_msin\left(\omega t+\dfrac{2\pi}{3}\right)\)

- Đồ thị góc pha và đồ thi véc tơ của sức điện động:

II. CÁCH NỐI NGUỒN VÀ TẢI ĐIỆN BA PHA

1. Nối nguồn điện ba pha

a. Nối hình sao

- Các đầu cuối của cuộn dây ba pha (X, Y, Z) nối chung tại điểm O, gọi là điểm trung tính.

- Các đầu còn lại (A, B, C) nối với đường dây tải điện.

- Nguồn ba pha được nối theo kiểu hình sao (Y) có hai loại:

+ Không có dây trung tính.

+ Có dây trung tính.

b. Nối hình tam giác

- Điểm cuối của cuộn dây này được nối với điểm đầu của cuộn dây pha kia.

2. Nối tải điện ba pha

a. Nối hình sao

- Tải điện ba pha được nối hình sao không có dây trung tính, có dây trung tính.

- Mỗi pha có tổng trở tương ứng là Z_A, Z_B, Z_C.

- O' là trung điểm nối chung các pha tải, gọi là điểm trung tính của tải.

- Khi Z_A = Z_B = Z_C, tải được gọi là nỗi sao đối xứng.

b. Nối hình tam giác

- Tải ba pha được nối theo hình tam giác.

- Tổng trở các pha của tải điện là Z_AB, Z_BC và Z_CA.

- Tải điện ba pha nối hình tam giác đối xứng khí: Z_AB = Z_BC = Z_CA.

3. Nối nguồn ba pha với tải điện ba pha

- Có 4 kiểu nối giữa nguồn với tải điện ba pha:

+ Nối Y-Y:

+ Nối Y-Δ.

+ Nối Δ-Δ.

+ Nối Δ-Y.

- Phân loại mạch điện ba pha:

+ Mạch ba pha ba dây: 3 ba dây A-A, B-B và C-C.

+ Mạch ba pha bốn dây: ngoài ba dây pha còn có dây trung tính nối từ O - O'.

=> Chỉ có khi nguồn và tải điện đều nối hình sao và có dây trung tính.

- Điều kiện để mạch điện ba pha đối xứng:

+ Nguồn đối xứng.

+ Đường dây đối xứng (tổng trở các đường dây bằng nhau).

+ Tải điện đối xứng (tổng trở các pha của tải điện bằng nhau).

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

- Vì nguồn và dây dẫn luôn cân bằng, nên chỉ cần xét quan hệ giữa các đại lượng ở tải.

- I_d: Dòng điện dây - dòng hiệu dụng trên mỗi dây pha.

- U_d: Điện áp dây - điện áp hiệu dụng giữa hai dây pha.

- U_p: Điện áp pha - điện áp hiệu dụng đặt lên mỗi tải pha.

- I_p: Dòng điện pha - dòng hiệu dụng qua từng tải pha.

- Tổng trở các pha của tải điện bằng nhau được kí hiệu là Z_t.

- Tổng trở Z_t đặc trưng bởi độ lớn z_t và góc pha \(\varphi\):

\(z_t=\sqrt{R^2+X^2}\)

\(tan\varphi=\dfrac{X}{R}\)

- Trong đó:

+ R là điện trở của tải điện (\(\Omega\)).

+ X là điện kháng của tải điện  (\(\Omega\)).

+ L là trị số điện cảm (H).

+ C là trị số điện dung (F).

X = X_L - X_C

\(X_L=\omega L=2\pi fL\)

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

1. Tải điện nối hình sao có dây trung tính

- Quan hệ giữa các đại lượng hiệu dụng trong mạch nối hình sao có dây trung tính:

I_d = I_p

\(U_d=\sqrt{3}U_p\)  

2. Tải điện nối hình tam giác

Tải điện ba pha đối xứng nối hình tam giác, qua hệ giá trị hiệu dụng của các đại lượng dây và pha:

U_d = U_p

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