Tham Khảo Sơ đồ Mạch điện 3 Pha 4 Dây

Đường dây và điện áp pha

Các dây dẫn giữa nguồn điện áp và tải được gọi là đường dây và điện áp giữa hai đường dây bất kỳ được gọi là điện áp đường dây . Điện áp đo giữa bất kỳ dòng và trung tính được gọi là điện áp pha .Ví dụ, đối với dịch vụ 208Y / 120 volt, điện áp đường dây là 208 Volts và điện áp pha là 120 Volts.

Nguyên tắc

Dạng sóng chuẩn hóa của điện áp tức thời trong hệ ba pha trong một chu kỳ với thời gian tăng dần sang phải. Thứ tự pha là 1‑2‑3. Chu kỳ này lặp lại với tần số của hệ thống điện. Lý tưởng nhất là điện áp , dòng điện và công suất của mỗi pha được bù từ 120 ° của các pha khác.

Đường dây tải điện ba pha

Máy biến áp ba pha (Békéscsaba, Hungary): bên trái là dây sơ cấp và bên phải là dây thứ cấp

Nguyên tắc

Trong một hệ thống cung cấp điện ba pha đối xứng, ba dây dẫn mỗi dây mang một dòng điện xoay chiềucó cùng tần số và biên độ điện áp so với một tham chiếu chung nhưng có độ lệch pha là 1/3 của một chu kỳ giữa mỗi vòng. Các tài liệu tham khảo phổ biến thường được kết nối với mặt đất và thường với một dây dẫn mang dòng điện được gọi là trung tính. Do sự lệch pha, điện áp trên bất kỳ dây dẫn nào đạt cực đại tại một phần ba chu kỳ sau một trong các dây dẫn khác và một phần ba của chu kỳ trước dây dẫn còn lại. Độ trễ pha này cho phép truyền công suất không đổi đến tải tuyến tính cân bằng. Nó cũng làm cho nó có thể tạo ra từ trường quay trong động cơ điệnvà tạo ra các cách bố trí pha khác bằng cách sử dụng máy biến áp (ví dụ: hệ thống hai pha sử dụng máy biến áp Scott-T ). Biên độ chênh lệch điện áp giữa hai pha là sqrt(3)x(1.732 …) nhân với biên độ điện áp của các pha riêng lẻ.

Các hệ thống ba pha đối xứng được mô tả ở đây được gọi đơn giản là hệ thống ba pha bởi vì, mặc dù có thể thiết kế và thực hiện các hệ thống điện ba pha không đối xứng (nghĩa là với điện áp không đều hoặc dịch pha), chúng không được sử dụng trong thực tế bởi vì chúng thiếu những lợi thế quan trọng nhất của hệ thống đối xứng.

Trong một hệ thống ba pha cung cấp một tải cân bằng và tuyến tính, tổng dòng điện tức thời của ba dây dẫn bằng không. Nói cách khác, dòng điện trong mỗi dây dẫn có độ lớn bằng tổng dòng điện trong hai dòng kia, nhưng có dấu ngược lại. Đường trở về của dòng điện trong bất kỳ dây dẫn pha nào là hai dây dẫn pha khác.

Ưu điểm

So với nguồn cung cấp điện xoay chiều một pha sử dụng hai dây dẫn (pha và trung tính ), nguồn cung cấp ba pha không có điện áp trung tính và cùng pha và công suất dòng trên mỗi pha có thể truyền tải điện gấp ba lần chỉ gấp 1,5 lần số dây (nghĩa là ba thay vì hai). Do đó, tỷ lệ công suất so với vật liệu dây dẫn được nhân đôi. Tỷ lệ công suất đối với vật liệu dây dẫn tăng lên 3: 1 với hệ thống một pha ba pha không nối đất và trung tâm (hoặc 2,25: 1 nếu cả hai đều sử dụng cùng một thước đo với dây dẫn).

Về mặt lý thuyết, dòng điện chuyển đổi và hủy pha liên tục sẽ có thể với bất kỳ số lượng nào (lớn hơn một) pha, duy trì tỷ lệ vật liệu công suất trên dây dẫn gấp đôi so với công suất một pha. Tuy nhiên, công suất hai pha dẫn đến mô-men xoắn (xung) kém mịn hơn trong máy phát hoặc động cơ (khiến việc truyền năng lượng trơn tru trở thành một thách thức) và hơn ba pha làm phức tạp cơ sở hạ tầng một cách không cần thiết. 

Hệ thống ba pha cũng có thể có dây thứ tư, đặc biệt là trong phân phối điện áp thấp. Đây là dây trung tính . Trung tính cho phép ba nguồn cung cấp một pha riêng biệt được cung cấp ở một điện áp không đổi và thường được sử dụng để cung cấp cho các nhóm thuộc tính trong nước, mỗi tải một pha . Các kết nối được sắp xếp sao cho càng xa càng tốt trong mỗi nhóm, công suất bằng nhau được rút ra từ mỗi pha. Hơn nữa hệ thống phân phối , dòng điện thường được cân bằng tốt. Máy biến áp có thể được nối dây theo cách mà chúng có một dây thứ cấp bốn dây nhưng là dây chính ba dây trong khi cho phép tải không cân bằng và dòng trung tính phía thứ cấp liên quan.

Nguồn cung cấp ba pha có các đặc tính khiến chúng rất được ưa chuộng trong các hệ thống phân phối điện:

• Các dòng pha có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau, tổng bằng 0 trong trường hợp tải cân bằng tuyến tính. Điều này làm cho nó có thể giảm kích thước của dây dẫn trung tính vì nó mang ít hoặc không có dòng điện. Với một tải cân bằng, tất cả các dây dẫn pha đều mang cùng một dòng điện và do đó có thể có cùng kích thước.
• Công suất truyền vào một tải cân bằng tuyến tính là không đổi, giúp giảm rung động của máy phát và động cơ.
• Hệ thống ba pha có thể tạo ra từ trường quay với hướng xác định và cường độ không đổi, giúp đơn giản hóa việc thiết kế động cơ điện, vì không cần mạch khởi động.

Hầu hết các tải hộ gia đình là một pha. Ở các khu dân cư ở Bắc Mỹ, điện ba pha có thể cung cấp cho một khu chung cư nhiều đơn vị, nhưng tải trọng gia đình chỉ được kết nối dưới dạng một pha. Ở những khu vực có mật độ thấp hơn, chỉ có thể sử dụng một pha để phân phối. Một số thiết bị gia dụng công suất cao như bếp điện và máy sấy quần áo được cung cấp bởi hệ thống chia pha ở 240 volt hoặc từ hai pha của hệ thống ba pha ở mức 208 volt.

Trình tự giai đoạn

Đấu dây cho ba giai đoạn thường được xác định bởi mã màu khác nhau tùy theo quốc gia. Cần kết nối các pha theo đúng thứ tự để đảm bảo hướng quay dự định của động cơ ba pha. Ví dụ, máy bơm và quạt có thể không hoạt động ngược lại. Việc duy trì danh tính của các pha là bắt buộc nếu có bất kỳ khả năng nào hai nguồn có thể được kết nối cùng một lúc; một kết nối trực tiếp giữa hai giai đoạn khác nhau là ngắn mạch.

Tạo và phân phối

Hoạt hình của dòng điện ba pha

Hình ảnh bên trái: máy phát điện xoay chiều ba pha sáu dây cơ bản với mỗi pha sử dụng một cặp dây truyền riêng biệt. Hình ảnh bên phải: máy phát điện ba pha ba dây cơ bản cho thấy cách các pha chỉ có thể chia sẻ ba dây.

Tại nhà máy điện , một máy phát điện chuyển đổi năng lượng cơ học thành một bộ gồm ba dòng điện xoay chiều , một từ mỗi cuộn dây (hoặc cuộn dây) của máy phát. Các cuộn dây được bố trí như vậy mà các dòng khác nhau sinusoidally ở tần số tương tự nhưng với đỉnh và đáy của họ sóng hình thức bù đắp để cung cấp ba dòng bổ sung với một tách pha của chu kỳ một phần ba ( 120 ° hoặc 2π / 3 radian ). Các tần số máy phát điện thường là 50 hoặc 60 Hz , tùy thuộc vào nước.

Tại nhà máy điện, máy biến áp thay đổi điện áp từ máy phát đến mức phù hợp để truyền tải để giảm thiểu tổn thất.

Sau khi chuyển đổi điện áp hơn nữa trong mạng truyền dẫn, điện áp cuối cùng được chuyển thành sử dụng tiêu chuẩn trước khi cung cấp điện cho khách hàng.

Hầu hết các máy phát điện ô tô tạo ra AC ba pha và chỉnh lưu nó thành DC bằng cầu diode . 

Kết nối máy biến áp

Một cuộn dây máy biến áp được kết nối “delta” được kết nối giữa các pha của hệ thống ba pha. Một máy biến áp “wye” kết nối mỗi cuộn dây từ một dây pha đến một điểm trung tính chung.

Một máy biến áp ba pha có thể được sử dụng, hoặc ba máy biến áp một pha.

Trong hệ thống “mở delta” hoặc “V”, chỉ có hai máy biến áp được sử dụng. Một delta kín được làm bằng ba máy biến áp một pha có thể hoạt động như một delta mở nếu một trong các máy biến áp bị hỏng hoặc cần phải loại bỏ. Trong vùng đồng bằng mở, mỗi máy biến áp phải mang dòng điện cho các pha tương ứng cũng như dòng điện cho pha thứ ba, do đó công suất giảm xuống còn 87%. Với một trong ba máy biến áp bị mất và còn lại hiệu quả hai tại 87%, công suất là 58% ( 2 / 3 của 87%). 

Trong trường hợp hệ thống cấp nguồn phải được nối đất để phát hiện dòng điện lạc xuống đất hoặc bảo vệ khỏi điện áp tăng áp, máy biến áp nối đất (thường là máy biến áp ngoằn ngoèo ) có thể được kết nối để cho phép dòng điện sự cố quay trở lại từ bất kỳ pha nào xuống đất. Một biến thể khác là một hệ thống delta “góc nối đất”, là một đồng bằng khép kín được nối đất tại một trong các điểm nối của máy biến áp. 

Mạch ba dây và bốn dây

Mạch Wye (Y) và delta (Δ)

Có hai cấu hình ba pha cơ bản: wye (Y) và delta (Δ). Như thể hiện trong sơ đồ, cấu hình delta chỉ cần ba dây để truyền nhưng cấu hình wye (sao) có thể có dây thứ tư. Dây thứ tư, nếu có, được cung cấp dưới dạng trung tính và thường được nối đất. Chỉ định “3 dây” và “4 dây” không tính dây nối đất có trên nhiều đường truyền, chỉ dành cho bảo vệ lỗi và không mang dòng điện trong sử dụng bình thường.

Một hệ thống bốn dây với điện áp đối xứng giữa pha và trung tính thu được khi trung tính được kết nối với “điểm sao chung” của tất cả các cuộn dây cung cấp. Trong một hệ thống như vậy, cả ba pha sẽ có cùng cường độ điện áp so với trung tính. Các hệ thống không đối xứng khác đã được sử dụng.

Hệ thống wye bốn dây được sử dụng khi một hỗn hợp tải một pha và ba pha được phục vụ, chẳng hạn như tải ánh sáng hỗn hợp và tải động cơ. Một ví dụ về ứng dụng là phân phối địa phương ở châu Âu (và các nơi khác), trong đó mỗi khách hàng có thể chỉ được cho ăn từ một pha và trung tính (thường gặp trong ba giai đoạn). Khi một nhóm khách hàng chia sẻ dòng trung tính vẽ các dòng pha không đều nhau, dây trung tính chung mang dòng điện do sự mất cân bằng này. Các kỹ sư điện cố gắng thiết kế hệ thống điện ba pha cho bất kỳ một vị trí nào để công suất được rút ra từ mỗi ba pha là như nhau, càng xa càng tốt tại vị trí đó. Các kỹ sư điện cũng cố gắng sắp xếp mạng lưới phân phối sao cho tải được cân bằng càng nhiều càng tốt, vì các nguyên tắc tương tự áp dụng cho các cơ sở riêng lẻ cũng áp dụng cho công suất hệ thống phân phối quy mô rộng. Do đó, mọi nỗ lực được thực hiện bởi các cơ quan cung cấp để phân phối điện năng được rút ra từ mỗi trong ba giai đoạn trên một số lượng lớn các cơ sở để trung bình, gần như có thể nhìn thấy một tải cân bằng tại điểm cung cấp.

Một cấu hình delta-wye trên lõi máy biến áp (lưu ý rằng một máy biến áp thực tế thường sẽ có số vòng quay khác nhau ở mỗi bên).

Để sử dụng trong nước, một số quốc gia như Vương quốc Anh có thể cung cấp một pha và trung tính ở mức cao (lên tới 100  A ) cho một tài sản, trong khi các quốc gia khác như Đức có thể cung cấp 3 pha và trung tính cho mỗi khách hàng, nhưng ở mức thấp hơn xếp hạng, thường là 40 Pha63  A mỗi pha và “xoay” để tránh ảnh hưởng của việc tải nhiều hơn có xu hướng được đặt vào pha đầu tiên.

Một máy biến áp cho hệ thống ” delta chân cao ” được sử dụng cho các tải một pha và ba pha trên cùng một hệ thống phân phối. Tải ba pha như động cơ kết nối với L1, L2 và L3. Tải một pha sẽ được kết nối giữa L1 ​​hoặc L2 và trung tính hoặc giữa L1 ​​và L2. Pha L3 gấp 1,73 lần điện áp L1 hoặc L2 đến trung tính nên chân này không được sử dụng cho tải một pha.

Ở Bắc Mỹ, đôi khi cung cấp đồng bằng chân cao được sử dụng trong đó một cuộn dây của máy biến áp được kết nối delta cho tải được đặt ở giữa và vòi trung tâm đó được nối đất và kết nối như một trung tính như trong sơ đồ thứ hai. Thiết lập này tạo ra ba điện áp khác nhau: Nếu điện áp giữa vòi trung tâm (trung tính) và mỗi vòi trên cùng và dưới cùng (pha và chống pha) là 120  V (100%), điện áp trên các đường pha và chống pha là 240 V (200%) và điện áp trung tính đến “chân cao” là ≈ 208 V (173%). 

Lý do cung cấp nguồn cung cấp kết nối delta thường là để cung cấp năng lượng cho các động cơ lớn đòi hỏi một trường quay. Tuy nhiên, các cơ sở liên quan cũng sẽ yêu cầu nguồn cung cấp 120 V “bình thường” của Bắc Mỹ, hai trong số đó có nguồn gốc (180 độ “lệch pha”) giữa điểm “trung tính” và một trong hai điểm pha trung tâm.

Tải ba pha

Một lớp quan trọng của tải ba pha là động cơ điện . Một động cơ cảm ứng ba pha có thiết kế đơn giản, mô-men xoắn khởi động cao và hiệu quả cao. Động cơ như vậy được áp dụng trong công nghiệp cho nhiều ứng dụng. Một động cơ ba pha nhỏ gọn hơn và ít tốn kém hơn so với động cơ một pha có cùng cấp điện áp và định mức, và động cơ xoay chiều một pha trên 10 HP (7,5 kW) là không phổ biến. Động cơ ba pha cũng dao động ít hơn và do đó kéo dài hơn động cơ một pha có cùng công suất được sử dụng trong cùng điều kiện. 

Tải nhiệt điện trở như nồi hơi điện hoặc sưởi ấm không gian có thể được kết nối với hệ thống ba pha. Ánh sáng điện cũng có thể được kết nối tương tự.

Nhấp nháy tần số dòng trong ánh sáng gây bất lợi cho máy ảnh tốc độ cao được sử dụng trong phát sóng sự kiện thể thao cho phát lại chuyển động chậm . Nó có thể được giảm bằng các nguồn sáng hoạt động tần số dòng trải đều trên ba pha để vùng được chiếu sáng được thắp sáng từ cả ba pha. Kỹ thuật này đã được áp dụng thành công tại Thế vận hội Bắc Kinh 2008. 

Các bộ chỉnh lưu có thể sử dụng nguồn ba pha để tạo ra đầu ra DC sáu xung. Đầu ra của các bộ chỉnh lưu này mượt hơn nhiều so với một pha được chỉnh lưu và, không giống như một pha, không giảm về 0 giữa các xung. Các bộ chỉnh lưu như vậy có thể được sử dụng để sạc pin, các quá trình điện phân như sản xuất nhôm hoặc để vận hành động cơ DC. Máy biến áp “Zig-zag” có thể tạo ra tương đương với chỉnh lưu toàn sóng sáu pha, mười hai xung trên mỗi chu kỳ và phương pháp này đôi khi được sử dụng để giảm chi phí cho các thành phần lọc, đồng thời cải thiện chất lượng của DC kết quả.

Phích cắm ba pha thường được sử dụng trên bếp điện ở châu Âu

Một ví dụ về tải ba pha là lò hồ quang điện được sử dụng trong sản xuất thép và tinh luyện quặng.

Ở nhiều nước châu Âu bếp điện thường được thiết kế cho thức ăn ba pha. Các bộ sưởi ấm riêng lẻ thường được kết nối giữa pha và trung tính để cho phép kết nối với mạch một pha nếu không có ba pha. Các tải ba pha thông thường khác trong lĩnh vực nội địa là hệ thống sưởi ấm không nước và bình nóng lạnh . Các ngôi nhà ở Châu Âu và Vương quốc Anh đã tiêu chuẩn hóa trên 230 V danh nghĩa giữa bất kỳ giai đoạn và mặt đất. (Nguồn cung hiện tại vẫn ở gần 240 V ở Anh và 220 V trên phần lớn lục địa.) Hầu hết các nhóm nhà được cho ăn từ máy biến áp đường ba pha để các cơ sở cá nhân có nhu cầu trên trung bình có thể được cung cấp bằng một giây hoặc kết nối pha thứ ba.

Bộ chuyển đổi pha

Bộ biến đổi pha được sử dụng khi thiết bị ba pha cần được vận hành trên nguồn điện một pha. Chúng được sử dụng khi không có nguồn điện ba pha hoặc chi phí không chính đáng. Bộ chuyển đổi như vậy cũng có thể cho phép tần số được thay đổi, cho phép kiểm soát tốc độ. Một số đầu máy xe lửa sử dụng nguồn một pha để điều khiển động cơ ba pha được cung cấp thông qua ổ đĩa điện tử.

Một chuyển đổi giai đoạn quay là một động cơ ba pha với thỏa thuận khởi đầu đặc biệt và hệ số công suất sửa chữa sản xuất cân bằng điện áp ba pha. Khi được thiết kế hợp lý, các bộ biến đổi quay này có thể cho phép vận hành thỏa đáng động cơ ba pha trên nguồn một pha. Trong một thiết bị như vậy, việc lưu trữ năng lượng được thực hiện bằng quán tính (hiệu ứng bánh đà) của các bộ phận quay. Một bánh đà bên ngoài đôi khi được tìm thấy trên một hoặc cả hai đầu của trục.

Một máy phát ba pha có thể được điều khiển bởi động cơ một pha. Sự kết hợp giữa máy phát và động cơ này có thể cung cấp chức năng thay đổi tần số cũng như chuyển đổi pha, nhưng yêu cầu hai máy với tất cả các chi phí và tổn thất của chúng. Phương pháp tạo động cơ cũng có thể tạo thành nguồn cung cấp điện liên tục khi được sử dụng cùng với bánh đà lớn và động cơ DC chạy bằng pin; sự kết hợp như vậy sẽ cung cấp năng lượng gần như không đổi so với mức giảm tần số tạm thời có kinh nghiệm với bộ máy phát dự phòng cho đến khi máy phát dự phòng khởi động.

Các tụ điện và bộ chuyển đổi tự động có thể được sử dụng để xấp xỉ hệ thống ba pha trong bộ biến đổi pha tĩnh, nhưng điện áp và góc pha của pha bổ sung có thể chỉ hữu ích cho một số tải nhất định.

Ổ đĩa biến tần và bộ biến đổi pha kỹ thuật số sử dụng các thiết bị điện tử công suất để tổng hợp nguồn cung cấp ba pha cân bằng từ nguồn điện một pha.

Các lựa chọn thay thế cho ba pha

• Năng lượng điện chia pha được sử dụng khi không có nguồn điện ba pha và cho phép tăng gấp đôi điện áp sử dụng thông thường để cung cấp cho tải công suất cao.
• Năng lượng điện hai pha sử dụng hai điện áp xoay chiều, với sự dịch pha 90 độ điện giữa chúng. Mạch hai pha có thể được nối với hai cặp dây dẫn hoặc hai dây có thể được kết hợp, chỉ cần ba dây cho mạch. Dòng điện trong dây dẫn chung tăng thêm 1,4 lần dòng điện trong các pha riêng lẻ, vì vậy dây dẫn chung phải lớn hơn. Hệ thống hai pha và ba pha có thể được kết nối với nhau bằng máy biến áp Scott-T , được phát minh bởi Charles F. Scott . Các máy AC rất sớm, đáng chú ý là máy phát điện đầu tiên tại Thác Niagara , đã sử dụng hệ thống hai pha và một số hệ thống phân phối hai pha còn sót lại, nhưng hệ thống ba pha đã thay thế hệ thống hai pha để lắp đặt hiện đại.
• Sức mạnh một vòng là tên gọi của một hệ thống điện hai pha được điều chỉnh không đối xứng được General Electric sử dụng vào khoảng năm 1897, do Charles Proteus Steinmetz và Elihu Thomson vô địch. Hệ thống này đã được nghĩ ra để tránh vi phạm bằng sáng chế. Trong hệ thống này, một máy phát được nối với cuộn dây một pha toàn điện áp dành cho tải ánh sáng và với một phần nhỏ (thường là 1/4 điện áp đường dây) tạo ra một điện áp theo phương vuông góc với cuộn dây chính. Mục đích là sử dụng cuộn dây bổ sung “dây nguồn” này để cung cấp mô-men xoắn khởi động cho động cơ cảm ứng, với cuộn dây chính cung cấp năng lượng cho tải ánh sáng. Sau khi hết hạn các bằng sáng chế của Westinghouse đối với các hệ thống phân phối điện hai pha và ba pha đối xứng, hệ thống một vòng không sử dụng được; thật khó để phân tích và không kéo dài đủ lâu để đo năng lượng thỏa đáng được phát triển.
• Các hệ thống đặt hàng pha cao để truyền tải điện đã được xây dựng và thử nghiệm. Các đường truyền như vậy thường sử dụng sáu hoặc mười hai pha. Các đường truyền có thứ tự pha cao cho phép truyền công suất cao hơn một chút so với công suất cao hơn thông qua một âm lượng nhất định mà không phải trả chi phí cho bộ chuyển đổi dòng điện cao áp (HVDC) ở mỗi đầu của đường dây. Tuy nhiên, họ yêu cầu nhiều thiết bị tương ứng.

Theo tác giả biên dịch : Duy Phùng – Nguồn Wikipedia | Điện kỹ thuật home

Bạn có thể tìm trên google bằng từ khoá liên quan: sơ đồ mạch điện 3 pha

Share this:

• Twitter
• Facebook

Like Loading...

Related