Chương 6 : MẠCH BA PHA
6.1 .Khái niệm chung
6.1.1. Hệ thống ba pha cân bằng.
Hệ thống điện 3 pha là tập hợp ba hệ thống điện một pha được nối với nhau tạo thành một hệ thống năng lượng điện từ chung, trong đĩ sức điện động ở mỗi mạch đều cĩ dạng hình sin, cùng tần số, lệch pha nhau một phần ba chu kỳ.
Mạch điện ba pha đối xứng (cịn được gọi là mạch ba pha cân bằng) khi thỏa mãn những điều kiện sau:
- Nguồn điện gồm cĩ ba sức điện động hình sin cùng biên độ, cùng tần số, lệch nhau về pha một gĩc bằng 2
3
, gọi là nguồn ba pha đối xứng (hay nguồn cân
bằng). Đối với nguồn đối xứng ta cĩ :
eA + eB + eC = 0 (6-1) hoặc EAEBEC0 (6-2)
- Tải ba pha cĩ tổng trở phức của các pha bằng nhau : ZA = ZB = ZC gọi là tải ba pha đối xứng.
- Hệ thống đường dây ba pha đối xứng (hệ thống đường dây ba pha giống hệt nhau )
Vậy mạch điện ba pha gồm cĩ nguồn, tải và đường dây đối xứng được gọi là mạch điện ba pha đối xứng (cịn được gọi là mạch ba pha cân bằng). Nếu khơng thỏa mãn những điều kiện đã nêu thì gọi là mạch ba pha khơng đối xứng.
6.1.2. Đồ thị dạng sĩng và đồ thị vectơ.
Hệ thống điện ba pha đuợc tạo ra từ máy phát điện đồng bộ ba pha, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.
114
Hình 6.1: Nguyên lý máy phát điện ba pha
Cấu tạo nguyên lý của máy phát điện 3 pha gồm hai phần :
a) Stator (phần tĩnh). Gồm ba cuộn dây giống nhau (gọi là các cuộn dây pha) đặt lệch nhau 1200 trong các rãnh của lõi thép stator. Các cuộn dây ba pha thường ký hiệu tương ứng là AX, BY, CZ.
b) Rotor (phần quay). Là một nam châm điện N-S.
Khi rotor quay, từ trường của nĩ lần lượt quét qua các cuộn dây pha, sinh ra các sức điện động hình sin cĩ cùng biên độ, cùng tần số, nhưng lệch pha nhau một gĩc 1200 điện. Nếu chọn pha ban đầu của sức điện động eA trong cuộn dây AX bằng khơng ta cĩ biểu thức các sức điện động trong các pha là :
2. .sin A e E t (6-3) 0 2. .sin( 120 ) A e E t (6-4) 0 0 2. .sin( 240 ) 2 sin( 120 ) A e E t t (6-5)
Nếu biểu diễn hệ thống SĐĐ 3 pha trên bằng số phức ta được: 0 E EA (6-6) 120 E EB (6-7) 120 E 240 E EC (6-8)
115
Hình 6.2: Đồ thị dạng sĩng và đồ thị vectơ mạch điện ba pha
6.1.3. Đặc điểm và ý nghĩa.
Hệ thống điện 3 pha cĩ nhiều ưu điểm hơn hẳn hệ thống điện một pha. Để truyền tải điện một pha ta cần dùng 2 dây dẫn, nhưng để truyền tải hệ thống 3 pha chỉ cần dùng 3 hoặc 4 dây dẫn do vậy tiết kiệm và kinh tế hơn. Hệ 3 pha dễ dàng tạo ra từ trường quay, làm cho việc chế tạo động cơ điện đơn giản. Các động cơ cơng suất lớn đều phải sử dụng nguồn điện 3 pha.
Nếu nối riêng rẽ từng pha với tải ta được 3 hệ thống một pha độc lập, hay hệ thống 3 pha khơng liên hệ với nhau (hình 6.3). Hệ thống này ít sử dụng trong thực tế do khơng kinh tế vì cần tới 6 dây dẫn.
A C B X Y Z IA IB IC ZA ZB ZC Hình 6.3: Hệ thống mạch điện ba pha độc lập
116
Thơng thường 3 pha nguồn được nối với nhau, 3 pha tải cũng được nối với nhau và cĩ đường dây 3 pha nối giữa nguồn và tải. Cĩ 2 phương pháp nối mạch 3 pha thường sử dụng trong cơng nghiệp là nối hình sao (Y) và nối hình tam giác (Δ) Mạch điện ba pha khi làm việc ở trạng thái đối xứng thì các hệ thống dịng điện và điện áp ở mọi bộ phận và tại mọi thời điểm đều đối xứng, tất cả các điểm trung tính của nguồn và tải đều đẳng thế với nhau.