Bài 3. Mạch điện xoay chiều ba pha

Hướng dẫn giải

- Động cơ trên Hình 3.1 sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha để hoạt động.

- Dòng điện trong động cơ có các đặc điểm sau:

+ Là dòng điện xoay chiều ba pha: Dòng điện xoay chiều ba pha là loại dòng điện xoay chiều gồm ba dòng điện xoay chiều đơn pha có cùng biên độ và tần số, nhưng lệch pha nhau 120 độ điện.
+ Có cường độ thay đổi theo thời gian: Cường độ dòng điện trong động cơ xoay chiều ba pha thay đổi theo thời gian theo dạng sin.
+ Có chiều thay đổi theo thời gian: Chiều dòng điện trong động cơ xoay chiều ba pha thay đổi theo thời gian theo dạng sin.
+ Có tần số nhất định: Tần số dòng điện trong động cơ xoay chiều ba pha là tần số của nguồn điện cấp cho động cơ.

(Trả lời bởi Nguyễn Việt Dũng)

Hướng dẫn giải

1. Dòng điện xoay chiều ba pha là gì?
Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống điện gồm 3 dòng điện xoay chiều đơn pha có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau 120 độ điện.

Nói cách khác, dòng điện xoay chiều ba pha là dòng điện được tạo ra bởi 3 cuộn dây của máy phát điện 3 pha, mỗi cuộn dây tạo ra một dòng điện xoay chiều đơn pha. Ba dòng điện đơn pha này được kết nối với nhau theo một trong hai cách:

- Nối hình sao: Ba đầu dây của ba cuộn dây được nối chung với nhau tại một điểm, gọi là điểm trung tính. Ba đầu dây còn lại được nối ra ba tải tiêu thụ.
- Nối hình tam giác: Ba đầu dây của ba cuộn dây được nối với nhau thành một vòng kín. Ba điểm nối này được nối ra ba tải tiêu thụ.
2. Dòng điện xoay chiều ba pha được tạo ra bằng cách nào?
- Dòng điện xoay chiều ba pha được tạo ra bởi máy phát điện ba pha. Máy phát điện ba pha có cấu tạo gồm 3 cuộn dây được đặt cố định trên stato và 1 nam châm quay (roto) được đặt trong stato.

- Khi roto quay trong stato, nó sẽ tạo ra từ thông biến thiên trong 3 cuộn dây. Từ thông biến thiên này sẽ tạo ra suất điện động cảm ứng trong 3 cuộn dây, từ đó tạo ra 3 dòng điện xoay chiều đơn pha. Ba dòng điện xoay chiều đơn pha này có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau 120 độ điện, tạo thành dòng điện xoay chiều ba pha.

(Trả lời bởi Nguyễn Việt Dũng)

Hướng dẫn giải

1. Các cách nối nguồn và tải điện ba pha
- Nối hình sao:
+ Nối nguồn hình sao: Ba đầu dây pha của nguồn điện ba pha được nối với nhau tại một điểm, gọi là điểm trung tính. Điểm trung tính có thể được nối đất hoặc không nối đất. Ba đầu dây còn lại của nguồn điện ba pha được nối ra ba tải tiêu thụ.
+ Nối tải hình sao: Ba đầu dây của ba tải tiêu thụ được nối với nhau tại một điểm, gọi là điểm trung tính. Điểm trung tính có thể được nối đất hoặc không nối đất. Ba đầu dây còn lại của ba tải tiêu thụ được nối vào ba pha của nguồn điện ba pha.
- Nối hình tam giác:
+ Nối nguồn hình tam giác: Ba đầu dây pha của nguồn điện ba pha được nối với nhau thành một vòng kín. Ba điểm nối này được nối ra ba tải tiêu thụ.
+ Nối tải hình tam giác: Ba đầu dây của ba tải tiêu thụ được nối với nhau thành một vòng kín. Ba điểm nối này được nối vào ba pha của nguồn điện ba pha.
2. Quan sát Hình 3.6, 3.7 và trình bày cách nối nguồn điện ba pha
Hình 3.6: Nối nguồn điện ba pha hình sao

- Nối nguồn điện ba pha hình sao không có dây trung tính:
+ Ba đầu dây pha A, B, C của nguồn điện ba pha được nối với nhau tại điểm O.
+ Ba đầu dây còn lại của nguồn điện ba pha X, Y, Z được nối ra ba tải tiêu thụ R, S, T.
- Nối nguồn điện ba pha hình sao có dây trung tính:
+ Ba đầu dây pha A, B, C của nguồn điện ba pha được nối với nhau tại điểm O.
+ Điểm trung tính O được nối đất.
+ Ba đầu dây còn lại của nguồn điện ba pha X, Y, Z được nối ra ba tải tiêu thụ R, S, T.
Hình 3.7: Nối nguồn điện ba pha hình tam giác

- Nối nguồn điện ba pha hình tam giác:
+ Ba đầu dây pha A, B, C của nguồn điện ba pha được nối với nhau thành một vòng kín.
+ Ba điểm nối này được nối ra ba tải tiêu thụ R, S, T.
3. 

Hình 3.8a: Tải điện nổi hình sao không có dây trung tính
- Ba đầu dây của ba tải tiêu thụ R, S, T được nối với nhau tại điểm O.
- Ba đầu dây còn lại của ba tải tiêu thụ R1, S1, T1 được nối vào ba pha A, B, C của nguồn điện ba pha.
Hình 3.8b: Tải điện nổi hình sao có dây trung tính
- Ba đầu dây của ba tải tiêu thụ R, S, T được nối với nhau tại điểm O.
- Điểm trung tính O được nối đất.
- Ba đầu dây còn lại của ba tải tiêu thụ R1, S1, T1 được nối vào ba pha A, B, C của nguồn điện ba pha.
Hình 3.8c: Tải điện nổi hình tam giác
- Ba đầu dây của ba tải tiêu thụ R, S, T được nối với nhau thành một vòng kín.
- Ba điểm nối này được nối vào ba pha A, B, C của nguồn điện ba pha.

(Trả lời bởi Nguyễn Việt Dũng)

Hướng dẫn giải

1. a) Nối Y-Y:
- Ba đầu dây pha của nguồn điện ba pha A, B, C được nối với nhau tại điểm O (điểm trung tính).
- Ba đầu dây còn lại của nguồn điện ba pha X, Y, Z được nối ra ba tải tiêu thụ R1, S1, T1.
- Ba đầu dây của ba tải tiêu thụ R, S, T được nối với nhau tại điểm O1 (điểm trung tính).
b) Nối Y-A:
- Ba đầu dây pha của nguồn điện ba pha A, B, C được nối với nhau tại điểm O (điểm trung tính).
- Ba đầu dây còn lại của nguồn điện ba pha X, Y, Z được nối ra ba tải tiêu thụ R1, S1, T1.
- Một đầu dây của mỗi tải tiêu thụ R, S, T được nối vào một pha A, B, C của nguồn điện ba pha. Đầu dây còn lại của mỗi tải tiêu thụ được nối với nhau tại điểm O1.
c) Nối Δ-Δ:
- Ba đầu dây pha của nguồn điện ba pha A, B, C được nối vào ba tải tiêu thụ R1, S1, T1.
- Ba đầu dây còn lại của ba tải tiêu thụ R, S, T được nối với nhau thành một vòng kín.
d) Nối A-Y:
- Một đầu dây của mỗi tải tiêu thụ R, S, T được nối vào một pha A, B, C của nguồn điện ba pha. Đầu dây còn lại của mỗi tải tiêu thụ được nối với nhau tại điểm O.
- Ba đầu dây pha của nguồn điện ba pha A, B, C được nối với nhau tại điểm O1 (điểm trung tính).
2. Mạch ba pha ba dây và ba pha bốn dây khác nhau như thế nào? 
Mạch ba pha ba dây:

- Khái niệm: Mạch ba pha ba dây là hệ thống điện ba pha gồm 3 dây pha và không có dây trung tính.
- Đặc điểm:
+ Không có điểm trung tính.
+ Điện áp giữa hai pha bất kỳ của nguồn điện ba pha bằng √3 lần điện áp pha.
+ Chỉ sử dụng được với tải ba pha ba dây.
+ Cần sử dụng ít dây dẫn hơn so với mạch ba pha bốn dây.
- Ứng dụng: Mạch ba pha ba dây thường được sử dụng trong các hệ + thống điện nhỏ và trung bình, như hệ thống điện trong nhà máy, động cơ điện ba pha ba dây.
Mạch ba pha bốn dây:

- Khái niệm: Mạch ba pha bốn dây là hệ thống điện ba pha gồm 3 dây pha và 1 dây trung tính.
- Đặc điểm:
+ Có điểm trung tính: Điểm trung tính có thể được nối đất, giúp bảo vệ người sử dụng khỏi nguy cơ điện giật.
+ Điện áp giữa hai pha bất kỳ của nguồn điện ba pha bằng √3 lần điện áp pha.
+ Có thể sử dụng được với cả tải ba pha ba dây và tải ba pha bốn dây.
+ Cần sử dụng nhiều dây dẫn hơn so với mạch ba pha ba dây.
- Ứng dụng: Mạch ba pha bốn dây thường được sử dụng trong các hệ thống điện lớn, như hệ thống điện trong nhà, tòa nhà cao tầng.

(Trả lời bởi Nguyễn Việt Dũng)

Hướng dẫn giải

1. Khái niệm về dòng điện dây, dòng điện pha, điện áp dây và điện áp pha trong mạch điện ba pha:
- Dòng điện dây:

+ Là dòng điện chạy trên các dây dẫn nối từ nguồn điện ba pha đến tải tiêu thụ.
+ Có giá trị bằng tổng phức của các dòng điện pha.
+ Ký hiệu: Id.
- Dòng điện pha:

+ Là dòng điện chạy trong mỗi pha của mạch điện ba pha.
+ Có giá trị bằng √3 lần giá trị hiệu dụng của dòng điện dây.
+ Ký hiệu: Ip.
- Điện áp dây:

+ Là điện áp giữa hai dây dẫn bất kỳ của mạch điện ba pha.
+ Có giá trị bằng √3 lần giá trị hiệu dụng của điện áp pha.
+ Ký hiệu: Ud.
- Điện áp pha:

+ Là điện áp giữa một pha và điểm trung tính của nguồn điện ba pha.
+ Có giá trị bằng giá trị hiệu dụng của điện áp dây chia cho √3.
+ Ký hiệu: Up.
2. Quan hệ giữa các đại lượng Up, Ud, Ip, và Id trong mạch ba pha tải điện nối hình sao đối xứng:
- Mạch ba pha tải điện nối hình sao đối xứng là mạch ba pha trong đó:

+ Các tải tiêu thụ có cùng giá trị trở kháng và được nối với nhau thành hình sao.
+ Điểm trung tính của tải tiêu thụ được nối với điểm trung tính của nguồn điện ba pha.

(Trả lời bởi Nguyễn Việt Dũng)

Hướng dẫn giải

Nguồn điện ba pha trong khu dân cư thường không nối hình tam giác, mà hay sử dụng cách nối hình sao. Lý do cho việc này như sau:
- An toàn điện:

+ Mối nguy hiểm do thiếu điểm trung tính: Nối hình tam giác không có điểm trung tính, dẫn đến nguy cơ điện giật cao hơn so với nối hình sao có điểm trung tính có thể nối đất.
+ Khó khăn trong việc bảo vệ quá tải: Nối hình tam giác khiến việc sử dụng các thiết bị bảo vệ quá tải (như cầu dao tự động, cầu chì) trở nên phức tạp hơn.
- Hiệu quả:

+ Mất cân bằng tải: Trong khu dân cư, các hộ gia đình thường sử dụng điện không đồng đều, dẫn đến tình trạng mất cân bằng tải giữa các pha. + Nối hình sao giúp giảm thiểu tác động của mất cân bằng tải, nâng cao hiệu quả sử dụng điện.
+ Điện áp thấp hơn: Điện áp pha trong mạch ba pha nối hình tam giác cao hơn √3 lần so với điện áp pha trong mạch nối hình sao. Do điện áp thấp hơn, nối hình sao phù hợp hơn cho các thiết bị điện dân dụng thường hoạt động ở điện áp thấp.
- Tiết kiệm:

+ Tiết kiệm dây dẫn: Nối hình sao chỉ sử dụng 4 dây dẫn (3 dây pha và 1 dây trung tính), trong khi nối hình tam giác cần 6 dây dẫn (3 dây pha và 3 dây nối các đỉnh tam giác).
- Khả năng tương thích: Phù hợp với các thiết bị điện dân dụng: Hầu hết các thiết bị điện dân dụng được thiết kế để hoạt động với hệ thống điện ba pha nối hình sao.

(Trả lời bởi Nguyễn Việt Dũng)

Hướng dẫn giải

- Dựa trên hình 3.12, ta thấy các tải điện được nối hình sao.

- Điện áp pha đặt lên các tải điện: điện áp pha Up = √3 * Ud = √3 * 380 V = 380 V. Vậy điện áp pha đặt lên các tải điện bằng 380 V.

(Trả lời bởi Nguyễn Việt Dũng)

Hướng dẫn giải

- Y/Δ:

+ Ký hiệu này cho biết cách thức nối dây quấn stato của động cơ điện ba pha.
+ Y: Nối hình sao.
+ Δ: Nối hình tam giác.
- 380/220 V:

+ Ký hiệu này cho biết điện áp định mức của động cơ điện ba pha.
+ 380 V: Khi nối dây quấn stato hình sao (Y), điện áp định mức của động cơ là 380 V.
+ 220 V: Khi nối dây quấn stato hình tam giác (Δ), điện áp định mức của động cơ là 220 V.

(Trả lời bởi Nguyễn Việt Dũng)