Bài 3: Mạch điện xoay chiều ba pha | Công Nghệ 12 (Công Nghệ Điện - Điện Tử) | Phần Một. Công Nghệ Điện - Chương II. Hệ Thống Điện Quốc Gia - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 16)

CHƯƠNG II. HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA

• Mạch điện xoay chiều ba pha

• Hệ thống điện quốc gia

• Sản xuất điện năng

• Mạng điện sản xuất quy mô nhỏ

• Mạng điện hạ áp dùng trong sinh hoạt

BÀI 3. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

(Trang 17)
 
Sau khi học xong bài này, em sẽ:

• Trình bày được khái niệm và nguyên lí tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha.

• Mô tả được cách nối nguồn, tải ba pha.

• Xác định các thông số hiệu dụng của mạch điện ba pha đối xứng.

Hình 3.1

Hãy kể tên và cho biết đặc điểm của thiết bị điện có trong Hình 3.1.

I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

Khám phá

Em hãy cho biết:

- Trong Hình 3.2, sơ đồ nào mô tả cấu tạo máy phát điện một pha và ba pha?

- Trong Hình 3.3, đồ thị nào biểu diễn sức điện động tức thời một pha và ba pha?

- Khác biệt chính giữa máy phát điện một pha và ba pha là gì?

Hình 3.2. Sơ đồ máy phát điện một pha và ba pha?

(Trang 18)

Hình 3.3. Đồ thị nào biểu diễn sức điện động tức thời một pha và 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, được minh họa như đồ thị Hình 3.4 và có biểu thức như sau:

I = I_msin(ωt + φ )

Với I_m là giá trị dòng điện cực đại (biên độ), đơn vị là ampe (A).

ω là tốc độ góc của dòng điện, đơn vị là rad/s.

φ là góc pha ban đầu, đơn vị là rad.

là giá trị dòng điện hiệu dụng, đơn vị là ampe (A).

là tần số của dòng điện, đơn vị là héc (Hz).

Tổng trở được kí hiệu là Z_t. Tổng trở Z_t đặc trưng bởi độ lớn z_t và góc pha φ, với và .

Trong đó: R là điện trở của tải điện (Ω), X là điện kháng của tải điện (Ω).

X = X_L – X_C

X_L = ωL = 2πfL

.

Hình 3.4. Đồ thị trị số tức thời của dòng điện một pha

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

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

Để tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha, người ta sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha được tạo ra từ máy phát điện ba pha có sơ đồ cấu tạo như Hình 3.2a.

(Trang 19)

- Phần tĩnh (stator) là lõi thép có rãnh, đặt 3 cuộn dây AX, BY, CZ có cùng số vòng và kích thước dây, lệch nhau góc 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) là một nâm châm điện, khi quay sẽ tạo ra từ thông biến thiên.

Khi nam châm quay với tốc độ góc ω không đổi, trong cuộn dây mỗi pha xuất hiện sức điện động xoay chiều một pha. Do các cuộn dây có cùng thông số à đặt lệch nhau một góc 120°, nên sức điện động trân các pha A, B, C là e_A, e_B, e_C bằng nhau về biên độ và tần số nhưng pha lệch nhau một góc  như Hình 3.3b.

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 (Δ): 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 như minh họa trong Hình 3.5, hình thành nguồn điện ba pha ba dây (Hình 3.5a và 3.5c) hoặc nguồn điện ba pha bốn dây (Hình 3.5b). 

a) Nối hình sao không có dây trung tính; b) Nối hình sao có dây trung tính; c) Nối hình tam giác

Hình 3.5. Cách nối nguồn ba pha

2. Cách nối tải ba pha

Tải ba pha được nối theo hình sao hoặc tam giác như minh họa trong Hình 3.6.

a) Nối hình sao; b) Nối hình tam giác

Hình 3.6. Cách nối tải ba pha

(Trang 20)

III. MẠCH ĐIỆN BA PHA

- Trường hợp tải nối hình sao (Y) như Hình 3.7a, b:

(Trang 21)

- Trường hợp tải nối hình tam giác (Δ) như Hình 3.7c, d:

Ví dụ: Một tải ba pha gồm 3 điện trở R = 50 Ω nối hình tam giác, nối vào nguồn điện ba pha có U_d = 380 V. Tính dòng điện pha và dòng điện dây.

Giải:

Vì tải nối hình tam giác nên ta có: U_p = U_d = 380 V.

Dòng điện pha của tải: .

Dòng điện dây: .

Luyện tập

1. Quan sát Hình 3.3b và viết biểu thức sức điện động tức thời e_A, e_B, e_C trên các pha của máy phát điện ba pha.

2. Cho mạch điện ba pha tải đối xứng nối theo hình sao trong đó điện áp pha U_p = 220 V và tải ba pha gồm 3 điện trở R = 50 Ω. Tính dòng điện pha, dòng điện dây và điện áp dây của mạch.

3. Cho mạch điện ba pha tải đối xứng nối theo hình tam giác trong đó điện áp dây U_d = 380 V và tải ba pha gồm 3 điện trở R = 50 Ω. Tính dòng điện pha, dòng điện dây và điện áp pha của mạch.    

4. Quan sát Hình 3.8 và cho biết nguồn điện và các tải ba pha 1, 2, 3 được nối theo hình gì?

Hình 3.8. Tải ba pha được nối với nguồn theo các cách khác nhau

5. Cho nguồn điện xoay chiều ba pha, bốn dây có điện áp dây/pha là 380/220 V, 6 bóng đèn loại 60 W – 220 V và một máy bơm nước ba pha 2,2 kW – 380 V. Xác định cách nối các thiết bị với nguồn điện để chúng hoạt động bình thường trong mạch ba pha đối xứng và tính các thông số dây và pha của mạch điện.

Vận dụng

Mạng điện trong gia đình em dùng nguồn một pha hay ba pha? Trường hợp nào cần dùng nguồn ba pha?