ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

1. Điện xoay chiều ba pha 
sự hình thành điện áp xoay chiều ba pha 
Thí nghiệm 1 : Bạn hãy quay một thanh nam châm mạnh giữa ba cuộn dây giống nhau, đặt cách nhau 120° (Hình 1). Bạn hãy nối với từng cuộn dây một máy đo điện áp một chiều có điểm không (0) nằm giữa thang đo. Bạn hãy quay thanh nam châm với vận tốc quay cố định quanh một trục nam châm.
Kim đo của máy đo điện áp lần lượt lệch về bên trái rồi bên phải sau trọn mỗi vòng quay của rôto (bánh xe cực).


Khi rôto quay, một điện áp xoay chiều với cùng biên độ và tần số được cảm ứng trong từng cuộn dây. Do sự bố trí của các cuộn dây, các điện áp lệch pha đối với nhau theo thời gian bằng 1/3 chu kỳ. Mỗi góc lệch pha là 120° (Hình 2b). Ba cuộn dày của một máy phát điện như thế tạo nên các cuộn dây pha (dây nhánh) trong máy phát điện. Trong mỗi cuộn dây pha có một điện áp cảm ứng, được gọi điện áp pha (điện áp nhánh).
Đầu mỗi cuộn dây được đặt tên lần lượt là U1, V1, W1. các điểm cuối cuộn dây là U2, V2, W2. Bằng cách kết chuỗi ba cuộn dây lại với nhau, người ta có thể giảm số dây dẫn điện cần thiết chỉ còn ba dây (L1, L2, L3) cho tải điện (Hình 2a).
Ba điện ốp xoay chiều lệch pha 120° và kết chuỗi với nhau được gọi điện áp xoay chiều ba pha.

2. Sự kết chuỗi 
Nếu ta nối ba điểm cuối cuộn dây U2, V2, và W2 với nhau, hình thành mạch sao, ký hiệu: Y (Hình 2c). Điểm kết nối U2. V2 và W2 được gọi điểm sao. Từ điểm sao. ta có thể nối với dây trung tính N.
Nếu ta nối điểm cuối của cuộn dây với điểm đầu của cuộn dây kế tiếp, thí dụ U2 với V1, V2 với W1 và W2 với U1, hình thành mạch tam giác, ký hiệu A (Hình 2d). Trong cả hai mạch điện, ba dây L1, L2 và L3 nối từ nguồn phát tới điểm đầu của chấu nối U1, V1 và W1 được gọi dây dẫn điện (đường dây chuyển tải điện ở ngoài trời).


Thí nghiệm 2: Với lưới điện ba pha (Hình 1), đầu tiên bạn hãy đo các điện áp giữa những dây pha, giữa từng dây pha và dây trung tính N.
Giữa L1 và L2, L1 và L3 cũng như giữa L2 và L3, ta đo được 3 điện áp bằng nhau. Giữa L1 và N, L2 và N cũng như giữa L3 và N ta cũng đo được ba điện áp bằng nhau, tuy nhiên những điện áp này nhỏ hơn các điện áp giữa các dây pha.
Nếu ta lập tỉ số điện áp giữa hai dây pha, thí dụ U31 = 400 V đối với điện áp giữa dây pha và dây trung tính N, thí dụ U1N = 230 V, ta được hệ số kết chuỗi.

Điện áp giữa hai dây, thí dụ L1 và L2, được gọi là điện áp dây hay điện áp đường dây ngoài.
Trong hình véc tơ (Hình 2) và biểu đồ đường biểu diễn (Hình 3), ta có thể mô tà được sự liên hệ giữa điện áp giữa dây ngoài và dây trung tính N Trong Hình 2, các điện áp U1N, U3N và U31 tạo thành một tam giác cân với hai góc 30°. Ta có thể chia tam giác này thành 2 tam giác vuông góc. Với các phép tính lượng giác ta được:

Ta có được đường biểu diễn của điện áp dây U31 bằng cách lập hiệu số các trị số tức thời của các điện áp U3N và U1N trong đồ thị đường biểu diễn (Hình 3). ở đây cho thấy trị số đỉnh của điện áp U31 lớn hơn trị số đình của điện áp U1N một hệ số căn 3.


Trong lưới điện ba pha 400 V với bốn dây, điện áp dây giữa hai dây pha là u = 400 V, điện áp giữa dây pha và dây trung tính (U1N, U2N, U3N) có trị số 230 V (Hình 4). Điều này cho phép vận hành các tái ba pha có điện áp thiết kế là 400 V, thí dụ động cơ, hay thiết bị sưởi và các tải dùng điện xoay chiều với 230 V, thí dụ bóng đèn hay màn hình từ lưới điện.

3. Mạch sao (Ký hiệu: Y)
Điện áp và dòng điện với tài cán đối
Thí nghiệm 3: Bạn hãy nối ba tài giống nhau, thí dụ các điện trở 100 ohm, vào một biến áp thí nghiêm ba pha. Bạn hãy đo cường độ dòng điện trong mỗi dây pha và dây trung tính (Hình 1).
Nếu cường độ dòng điện trong các dây bằng nhau, trong dây trung tính không có dòng điện.
Trong mạch sao (Hình 1), dòng điện pha (đi qua điện trở của tải) Istr, bằng dòng điện qua dây I. Dòng điện đi qua nhánh được gọi là dòng điện pha Istr đi qua điện trở của tài, và dòng điện đi qua đường dây L1, L2, L3 được gọi là dòng điện dây /.


Trong mạch saọ các dòng điện dây bằng các dòng điện pha ờ nguồn cung cấp hay tải.
Điện áp ở một nhánh của tài hay nguồn được gọi là điện áp pha Ustr (Hình 1) hay điện áp sao.

Trong mọi thời điếm, tổng các dòng điện dây của các dây chạy qua dây trung tính. Chúng ta hãy quan sát thí dụ thời điểm II trong đồ thị đường biểu diễn (Hình 2), dòng điện I1 có trị số cực đại dương. Các dòng điện I2 và I3 có trị số bằng phân nửa I1, tuy nhiên âm. Như vậy tổng trị số tức thời của ba dòng điện bằng 0. Điều này cũng có giá trị cho mọi điểm nằm giữa 0° và 360°.


Ta cũng có thể xác định cường độ dòng điện trong dây trung tính theo véc tơ (Hình 4). Đề kiến tạo véc tơ của các dòng điện, ta cần suy nghĩ trước như sau:
Từ Hình 2c, đối với mạch sao ta có các véc tơ điện áp hướng vào điểm sao (Hình 3a). Ta được phép dịch chuyển các véc tơ (Hình 3b). Ta được véc tơ có cùng giá trị (Hình 3c). Véc tơ của các dòng điện thường được thể hiện hướng ra ngoài.
Nếu tải tiêu thụ trong thí nghiệm 3 là các điện trở thực, các dòng điện I1, I2 và I3 có cùng pha với các điện áp pha của tải (Hình 4). Tổng số hình học của các dòng điện dây /1, /2 và /3 (Hình 4) bằng 0, như thế không có dòng điện chạy trong dây trung tính.


Với tải cân đối trong một lưới điện ba pha, dòng điện chạy qua dày trung tính bằng 0.

Chia sẻ bài viết:

Bài viết liên quan