www.truongthi.com.vn Môn Lý
BÀI 17 - DÒNG ĐIỆN 3 PHA
A. Trả lời câu hỏi kì trước :
1.Tại sao trong máy phát điện xoay chiều : stato có hai cuộn dây ?
Máy phát điện xoay chiều sử dụng nguyên tắc cảm ứng điện từ : mỗi khi từ thông
qua một khung dây hay cuộn dây biến thiên thì trong khung dây hoặc cuộn dây đó xuất hiện
suất điện động cảm ứng
Vì thế nếu stato của máy phát chỉ có một cuộn dây thì khi roto quay trong cuộn dây
cũng xuất hiện suất điện động cảm ứng. Từ đó ta cũng thấy ngay nếu đặt trên stato 2 hay 3,
hay nhiều cuộn dây thì trong các cuộn dây đó cũng đều xuất hiện suất điện động cảm ứng.
Vì vậy, nếu đặt nhiều cuộn dây lấp kín khoảng không gian có trong stato ta sẽ tận dụng
được sự biến thiên của từ thông có sẵn do sự quay của roto.
Tuy nhiên, dòng điện cảm ứng sinh ra trong các cuộn dây là các dao động điện. Do
chúng được đặt lệch nhau nên pha của các suất điện động sinh ra trong các cuộn dây sẽ
khác nhau. Khi đấu các cuộn dây nối tiếp hoặc song song thì các dao động lệch nhau có thể
lại làm yếu nhau đi.
Nếu đặt hai cuộn dây đối nhau thì hai suất điện động sinh ra sẽ ngược pha nhau, do
đó khi mắc nối tiếp hoặc song song 2 cuộn dây với các đầu dây đấu thích hợp thì hai suất
điện động sẽ cộng vào nhau làm cho suất điện động phát ra mạnh hơn.
Trong quá trình đặt thêm các cuộn dây để tận dụng sự biến thiên của từ thông thì
người ta thấy phát ra dòng ba pha sẽ có nhiều lợi ích nhất.
2.Tại sao roto của máy phát thường dùng nam châm điện.
+ Như ta đã biết, biên độ của suất điện động do máy phát ra là 0
ENBS
ω
= thì tỷ
lệ thuận với cảm ứng từ B của nam châm, do đó nếu sử dụng nam châm điện thì có thể làm
cho từ trường B mạnh hơn khi sử dụng nam châm vĩnh cửu.
0
E
+ Dòng điện cung cấp cho roto sẽ là một phần dòng điện do chính máy phát ra. Có 2
cách giải quyết :
Cách 1 : Mắc 1 máy phát một chiều đồng trục với máy phát xoay chiều nhưng có
công suất nhỏ hơn. Dòng điện do máy phát một chiều phát ra sẽ được đưa vào nuôi nam
châm điện của roto.
1
www.truongthi.com.vn Môn Lý
Cách 2 : Tách một phần dòng điện xoay chiều do máy phát ra, rồi dùng điôr chỉnh
lưu để nắn nó thành dòng 1 chiều, rồi đưa vào nuôi nam châm điện của roto.
B. Bài giảng : Dòng điện 3 pha
1/ Định nghĩa : Dòng 3 pha là một hệ thống ba dòng một pha, được gây ra bởi ba suất
điện động có cùng tần số, có cùng biên độ nhưng lệch nhau về pha là 2
3
π
.
2/ Máy phát điện 3 pha.
a) Cấu tạo : (Xem SGK)
b) Hoạt động :
Các em cần chú ý : máy phát điện ba pha được cấu tạo sao cho phát ra được dòng
điện ba pha đúng theo như định nghĩa nêu ở trên.
+ Vì ba cuộn dây giống hệt nhau nên khi roto quay, trong 3 cuộn dây xuất hiện 3 suất
điện động có giống nhau và f như nhau.
0
E
+ Khi cực N của nam châm ở trước cuộn 1 thì 10e
=
nhưng ee , roto phải
quay thêm
23
,≠0
2
3
π
thì 20e
=
, rồi 2
3
π
nữa sẽ đến e30
=
. Như vậy ba suất điện động sinh ra lệch
pha nhau đúng 2
3
π
.
c/ Mắc mạch 3 pha.
Mắc sao : Trong cách mắc này : dòng điện chạy qua 3 pha là sẽ tổng hợp với
nhau thành dòng điện i chạy trong dây trung hoà.
123
,,iii
1 2 3 0 01 02 03
iii i I I I I=++⇒ = + +
!
!"!!"!!"!!"
Nếu ba pha hoàn toàn giống nhau thì i = 0.
Tuy nhiên, trong thực tế không bao giờ ba pha giống nhau hoàn toàn, do đó, trên
dây trung hoà luôn có 1 dòng . 0i≠
Trong cách mắc sao Udây = 3pha
U
Idây = Ipha
* Mắc tam giác ; Chỉ sử dụng khi 3 pha hoàn toàn đều có đặc điểm : Upha = Udây ;Idây =
3 Ipha.
2
www.truongthi.com.vn Môn Lý
Ví dụ 1 : Cho mạch điện 3 pha mắc theo hình sao, có hiệu điện thế hiệu dụng trong 1 pha là
, tần số
220
p
U=V50 .
Hz
=
a) Chứng minh rằng hiệu điện thế giữa hai dây pha khác nhau có giá trị hiệu dụng
Udây = 3pha
U.
b) Ở mạch tiêu thụ : Pha 1 : Gồm 1 cuộn dây 1()
L
H
π
= mắc nối tiếp với một điện
trở 1100 3R=Ω. Pha 2 : Gồm 1 điện trở 2100 3R
=
Ω, nối tiếp 1 tụ
4
10 ()
C
π
−
=F. Pha 3 :
Chỉ có một điện trở .
3400R=Ω
+ Tính dòng điện chạy trong các pha và dòng điện chạy trên dây trung hoà.
+ Tính công suất của mạch ba pha này.
GIẢI
a) Chứng minh : 3
dp
=UU
A
U
Uday
C
R
2
L
Trun
g
hoa
B
R
3
R1
p
ha
Ο
Tại 1 thời điểm bất kì, theo
định luật ôm, ta luôn có :
A
BAO
UUU=+
OB
Vì mỗi hiệu điện thế là một
dao động điều hoà nên có thể biểu
diễn bằng vecto biên độ. Nếu
C
chia cả hai vế cho 2, ta chuyển
vế các giá trị hiệu dụng :
()
AB AO OB AO BO
UUUU U=+=+−
!!!!"!!!!" !!!!" !!!!"!!!!"
BO n
2
P
U
!
!!"
d
U!"
2
P
U−
!
!!"
1
P
U
!!!"
A
B
U là hiệu điện thế đường dây;
A
O
U là hiệu điện thế của pha 1 và U là hiệu điệ
thế của pha 2.
!
M
Vậy : UU
12
()
day P P
U=+−
!!!!"!!!" !!!" H N
Vì góc giữa Uvà
1
P
!!!"
2
P
Ulà
!!!" 2
3
π
nên góc giữa O
3
www.truongthi.com.vn Môn Lý
1
P
U
!!!"
và là
2
P
U−
!!!"
#
3OMN
MON
π
=⇒∆ đều :
11
3
2
33 220. 3( )
22
dPdP
OH ON
UUUU
⇒=
⇒= ⇒= = V
b) Tính dòng điện I :
* Ở pha 1 :
22 2 2
11
1
1
1.2 .50 100
(100 3) 100 200
220 1,1
200
L
L
p
ZL
ZRZ
U
IA
Z
ωπ
π
== =Ω
=+= + =
== =
Ω
100 1
6
π
= =⇒=
1
R
U
!!!"
1
I
!"
1
ϕ
1
P
U
!!!"
L
U
!
!"
1
itrễ pha hơn Ugóc
1
p1
ϕ
có
1
11 1
R1 100 3 3
LL
UZ
tg tg
UR
ϕϕ ϕ
=
=⇒
* Tại pha 2 :
4
22 2 2
2
2
11
100
10 .2 .50
(100 3) 100 200
220 1,1
200
C
LLC
p
ZC
ZRZ
U
IA
Z
ωπ
π
−
== =Ω
=+= + =
== =
Ω
2
isớm pha hơn 2
P
Ugóc 2
ϕ
2
22
R2
100 1
6
100 3 3
CC
UZ
tg UR
π
ϕϕ
=== =⇒=
2
I
!!"
2
P
U
!
!!"
C
U
!
!!"
Ο
2
ϕ
2
R
U
!!!!"
* Tại pha 3 :
3
3
220 0,55
R400
p
U
I
A== =
3
iđồng pha với U
3
* Để tìm dòng điện trên dây trung hoà ta phải tổng hợp các dòng điện chạy trong các
pha :
4
www.truongthi.com.vn Môn Lý
+ Ta có 3 véctơ 12
,,
3
P
P
U
!!!" !!!" !!!"
P
UU tạo với nhau một góc 2
3
π
.
1
I
!"
3
I
!
"
3
P
U
!
!!"
1
P
U
!!!"
Ο
12
I
!!"
2
I
!
!"
1
ϕ
2
P
U
!
!!"
2
ϕ
H
Vì i trễ hơn :
11
U6
π
Suy ra, góc giữa 12
,
I
I
!" !!"
là
#
12 2
0()
366
II 3
π
ππ π
=−+=
Về độ lớn = đều
2
I1
I12
0II⇒∆
12
11
33
.
22
I
HI I⇒Ο =Ο ⇒ = 2
Vậy : 12 1 31,1.31,905
I
IA== $
Dễ thấy 12
I
!!"
hướng theo đường phân giác của góc
#
1
P
UUΟ2
P
, do đó hướng ngược với
12
I
!!"
3
I
,
suy ra dòng điện trên dây trung hoà :
12 3 1,905 0,55 1,355
I
II=−= − = A
* Công suất của dòng ba pha.
22 2
123112233
22 2
1,1 .100 3 1,1 .100 3 0,55 .400 540W
pha pha pha
P P P P IR IR IR=++=++
=++$
Ví dụ 2 : Cho một mạch điện ba pha mắc theo hình sao có U120
pV
=
, tần số 50
f
Hz=. Ở
mỗi pha đều có một cuộn dây 2
L
H
π
=mắc nối tiếp với một điện trở 200R
=
Ω.
Tính I chạy trong một pha. Chứng minh dòng điện trong dây trung hoà .
0I=
Nếu ba pha bị đứt thì dòng điện trên dây trung hoà bằng bao nhiêu.
Ba pha vẫn bị đứt và ở pha 2 : thay cuộn L bằng tụ
4
10
2
C
π
−
=F
thì dòng điện trên dây
trung hoà bằng bao nhiêu ?
GIẢI
a)
5