72
MẠCH ĐIỆN BA PHA
4.1 KHÁI NIỆM CHUNG
4.1.1 Định nghĩa
Mạch điện 3 pha là mạch điện có nguồn tác động là hệ thống sức điện động 3 pha.
4.1.2 Cách tạo ra hệ sức điện động ba pha
Trong thực tế để tạo ra hệ thống sức điện động ba pha người ta dùng máy phát điện đồng
bộ 3 pha đối xứng.
- Cấu tạo của máy: gồm 2 phần chính là phần tĩnh và phần động. Hình 4.1 vẽ mặt cắt
ngang của máy phát.
+ Phần tĩnh (còn gọi là stato): là một hình trụ tròn
rỗng gắn trên thân máy, trong có rãnh để đặt dây quấn.
Trong các rãnh đặt 3 dây quấn giống hệt nhau: AX, BY,
CZ; mỗi dây quấn đặt lệch nhau một góc 1200.
+ Phần quay (còn gọi là rôto): Là một nam châm điện,
được từ hoá
bằng nguồn điện một chiều bên ngoài, nó được đặt trong stato và có thể quay quanh trục.
Giữa stato và rôto có một khoảng cách nhỏ.
- Khi làm việc rôto được động cơ sơ cấp kéo quay với tốc độ không đổi (hoặc n), từ
trường của rôto quét qua các thanh dẫn phía stato, tạo nên trong đó các sức điện động cảm ứng
xoay chiều hình sin.
Các sức điện động này giống nhau về biên độ và tần số, lệch nhau một góc 1200 ứng với
thời gian 1/3 chu kỳ gọi là hệ thống sức điện động ba pha đối xứng.
Nếu giả thiết góc pha đầu của sức điện động trong dây quấn AX bằng 0, ta có biểu thức
các sức điện động đó:
A
B
C
e E 2 sin t
e E 2 sin t 120
e E 2 sin t 240
E 2 sin t 120

a,
A
B
C
E E 0
E E 120
E E 120


b, (4.1)
Hình 4.2; 4.3 vẽ các đường cong trị số tức thời của eA , eB , eC; đồ thị véc tơ của chúng. Từ
các đồ thị ta thấy ở mọi thời điểm tổng các sức điện động của 3 dây quấn đều triệt tiêu: eA +eB +
eC = 0 (4.2)
Hình 4.1
+
+
+
+
+
Stato
Rôto
e
eC
eB
73
Nếu mỗi dây quấn stato nối với một tải ta sẽ được một mạch 3 pha 6 dây, giữa các pha
không liên hệ với nhau. Trong thực tế không dùng cách này vì không kinh tế.
Nếu 3 dây quấn AX, BY, CZ nối lại với nhau sau đó mới nối đến tải ta sẽ được một hệ
thống 3 pha.
4.1.3 Cách nối nguồn và tải
+ Nối nguồn: Nguồn có thể nối sao (Y)hoặc nối tam giác ()
- Nối sao: là nối ba điểm cuối X, Y, Z chụm thành một điểm chung - gọi là điểm
trung tính nguồn 0, ba đầu còn lại A, B, C nối đến tải, hình 10.4. Nếu từ điểm trung tính có dây
nối ra - được gọi là nối sao không (Y0), dây nối ra gọi là dây trung tính.
- Nối tam giác: đem 3 dây quấn AX, BY, CZ nối với nhau thành một vòng khép kín,
tại các chỗ nối nối đến tải, hình 4.5. Có thể nối tam giác mà không ngắn mạch bởi vì trong
vòng kín luôn có eA +eB + eC = 0
eCB
Đến tải
Đến tải
Hình 4.5
A
B
C
eBA
eAC
A
B
C
0
eA
eB
eC
Đến tải
Hình 4.4
Đến tải
+1
j
A
E
C
E
1200
Hình 4.3
B
E
74
+ Nối tải: Tải có thể nối sao hoặc nối tam giác tùy theo yêu cầu của tải.
Việc nối nguồn và tải là độc lập nhau.
Ví dụ: Hình 4.6 - một hệ thống có nguồn nối sao không (Y0), tải nối bất kỳ.
4.1.4 Định nghĩa pha.
Ta thấy mỗi bộ phận (nguồn, đường dây, tải ) của mạch 3 pha đều gồm 3 phần hợp lại, mỗi
phần được gọi là một pha, 3 pha đặt tên là pha: A, B, C.
4.1.5 Các lượng dây và pha.
+ Dòng điện dây, điện áp dây: Dòng điện chạy trên dây dẫn từ nguồn đến tải gọi là dòng
điện dây, điện áp giữa các đây có dòng điện dây gọi là điện áp dây, ký hiệu: Id, Ud.
+ Dòng điện pha, điện áp pha: dòng địên chạy trong các pha, điện áp trên các pha của nguồn
và tải gọi là dòng điện pha, điện áp pha, ký hiệu: If , Uf.
4.1.6 Mạch 3 pha đối xứng, không đối xứng.
Mạch 3 pha đối xứnglà mạch 3 pha có nguồn đối xứng, tải đối xứng (ZA = ZB = ZC) và
đường dây đối xứng (có tổng trở các pha đường dây và hoàn cảnh các pha đường dây như
nhau).
Mạch 3 pha không đảm bảo một trong 3 yếu tố trên là mạch 3 pha không đối xứng.
* Trong thực tế nguồn 3 pha thường nối sao không (Y0) - mạch 3 pha 4 dây, hệ thống này
kinh tế, lại cung cấp được nhiều cấp điện áp.
4.2ĐẶC ĐIỂM MẠCH 3 PHA ĐỐI XỨNG
Dây pha
Tải nối Y0
Tải nối Y
Tải nối
Dây trung tính
A
B
C
0
eA
eB
eC
Hình 4.6
Đường dây
75
Mạch 3 pha đối xứng có các đặc điểm sau:
+ Nguồn là hệ thống sức điện động 3 pha đối xứng
+ Tải đối xứng
;
A B C AB BC CA
Z Z Z Z Z Z
+ Các điểm trung tính của nguồn và tải (nếu có) đẳng thế với nhau.
+ Các hệ thống dòng điện, điện áp trên mọi bộ phận của mạch đều đối xứng.
4.2.1 Mạch 3 pha đối xứng nối sao
Xét mạch 3 pha đối xứng như hình 4.7a
- Hệ thống điện áp dây:
AB BC CA
U , U , U
- Hệ thống dòng điện dây:
A A C
I ,I ,I
- Hệ thống điện áp pha nguồn và tải:
A B C A B C
E , E , E , U , U , U
-Tính điện áp giữa hai điểm trung tính của tải và nguồn (giả thiết
00
):
A A B B C C A B C
0 0 0
A B C
E Y E Y E Y E E E
U0
Y Y Y 3


(4.2)
Vậy 2 điểm trung tính của nguồn và tải đẳng thế với nhau.
- Hệ thống áp pha tải: Viết phương trình theo luật Kirhof 2 cho các vòng 0A A‘0‘0;
0BB‘0‘0; 0CC‘0‘0:
A A 00 A
B B 00 B
C C 00 C
E U U U
E U U U
E U U U
(4.3)
- Xét quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha:
A
B
C
E E 0
E E 120
E E 120


A
E
A
C’
B
C
0
Hình 4.7a
A’
B’
0’
ZA
ZB
ZC
A
I
C
U
B
I
AB
U
BC
U
CA
U
B
E
C
E
A
U
B
U
76
Viết phương trình theo luật Kirhof 2 cho các vòng 0’A‘B‘0’
0
AB A B AB A B
U U U U U U
Tương tự cho các vòng 0’B‘C‘0’ và 0’C‘A‘0’ ta có hệ tổng quát
AB A B
BC B C
CA C A
U U U
U U U
U U U



(4.4)
Kết luận: Điện áp dây bằng hiệu 2 điện áp pha tương ứng và hệ thống điện áp dây cũng đối
xứng.
Đồ thị véc tơ của điện áp dây và pha vẽ trênhình 4.7b (với giả thiết )
+ Về pha:
Từ đồ thị véc tơ ta thấy
ab a b a b
U U U U U
Cộng véc tơ theo quy tắc hình bình hành thì ta thấy điện áp dây vượt trước áp pha tương ứng một
góc 300
+ Về trị số: từ tam giác vuông OAH ta có:
Đồ thị véc tơ của điện áp dây và pha vẽ trênhình 4.7b (với giả thiết )
03
2 2. . 30 2. . 3
2
d
U OM OH OA cos OA OA
3
dp
UU
(4.5) Ta thấy: Về trị số
hiệu dụng điện áp dây có độ lớn gấp
3
lần điện áp pha.
Từ đó có quan hệ:
o
A
E E 0

o
A
E E 0
Hình 4.7b
a
U
b
U
c
U
b
U
0
H
A
M
1200
300
ab
U