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 1 0e = nhưng ee , roto phải quay thêm 23 ,≠0 2 3 π thì 2 0e = , rồi 2 3 π nữa sẽ đến e 3 0= . 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 U dây = 3 pha U I dây = I pha * Mắc tam giác ; Chỉ sử dụng khi 3 pha hoàn toàn đều có đặc điểm : U pha = U dây ;I dây = 3 I pha . 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= V 50 .f Hz= a) Chứng minh rằng hiệu điện thế giữa hai dây pha khác nhau có giá trị hiệu dụng Udây = 3 pha U . b) Ở mạch tiêu thụ : Pha 1 : Gồm 1 cuộn dây 1 () L H π = mắc nối tiếp với một điện trở 1 100 3R =Ω . Pha 2 : Gồm 1 điện trở 2 100 3R = Ω , nối tiếp 1 tụ 4 10 () C π − = F . Pha 3 : Chỉ có một điện trở . 3 400 R =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 U day C R 2 L Trun g hoa B R 3 R 1 pha Ο Tại 1 thời điểm bất kì, theo định luật ôm, ta luôn có : ABAO 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 !!!" AB U là hiệu điện thế đường dây; AO 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 U và 1 P !!!" 2 P U là !!!" 2 3 π nên góc giữa O 3 www.truongthi.com.vn Môn Lý 1 P U !!!" và là 2 P U− !!!" # 3 OMN MON π =⇒∆ đều : 11 3 2 3 3 220. 3( ) 22 d PdP OH ON U UUU ⇒= ⇒= ⇒= = 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 i trễ pha hơn U góc 1 p 1 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 Z C ZRZ U IA Z ω π π − == =Ω =+= + = == = Ω 2 i sớm pha hơn 2 P U góc 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 i đồng 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 : 1 1 U 6 π Suy ra, góc giữa 12 , I I !" !!" là # 12 2 0() 366 II 3 π ππ π =−+= Về độ lớn = đều 2 I 1 I 12 0II⇒∆ 12 11 33 . 22 I HI I⇒Ο =Ο ⇒ = 2 Vậy : 12 1 31,1.31,905I IA== $ Dễ thấy 12 I !!" hướng theo đường phân giác của góc # 1 P UUΟ 2 P , do đó hướng ngược với 12 I !!" 3 I , suy ra dòng điện trên dây trung hoà : 12 3 1,905 0,55 1,355I 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 p V= , tần số 50f Hz= . Ở mỗi pha đều có một cuộn dây 2 L H π = mắc nối tiếp với một điện trở 200 R = 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 www.truongthi.com.vn Môn Lý 1 22 2 2 1 2 .100 200 200 200 200 2 120 0,3 2( ) 0,424 200 2 L L P ZL ZRZ U IA Z ωπ π == =Ω =+= + = == = $ A L U !!" 1 P U !!!" R U !!!" 1 I !" 1 ϕ Ω 1 i trễ pha hơn U góc trễ pha hơn U góc 1 P 1 P 11 ϕ có 1 1 R1 1 LL UZ tg UR ϕ = == * Với pha 2 và 3, ta cũng thu được kết quả tương tự : i đều trễ pha hơn U tương ứng góc P 4 π . Như vậy, cả 3 dòng điện có độ lớn bằng nhau và cùng trễ pha hơn P U : 4 π ⇒ góc giữa các véctơ cũng là 123 ,,III !" !!"!" 2 3 π . 2 I !!" Tổng hợp với ta được véctơ 1 I !" 2 I !!" 12 I !!" hướng ngược 3 I !" Ο 3 I !" 3 I !" . Dễ thấy ∆ là tam giác đều, suy ra về độ 112 OI I 12 I !!" lớn 12 2 3 III==⇒ tổng hợp 12 I !!" với 3 I !" sẽ bằng 0. Dây trung hoà không có điện. 0I = . b) Nếu pha 3 bị đứt thì dòng điện chạy trên dây trung hoà là tổng hợp của 1 I !" , 2 I !!" như chứng minh ở trên là 12 0,424I IA== . R U !!!" 2 I !!" c/ Thay L ở pha hai bằng C. 4 11 200 10 .100 2 C Z C ω π π − == = . Ω 2 ϕ Ο suy ra, về độ lớn tổng trở của pha 2 không đổi 2 P U !!!" C U !!!" 2 0,3 2( )I A⇒= như cũ nhưng i sớm pha hơn 2 2 P U góc 4 π . 1 P U !!!" Dòng điện trên dây trung hoà : 12 I II= + " !" !!" . Dễ thấy # 12 25 0() 3446 66 II π ππ π π π απ =−+=⇒=−= 1 I !" 2 ϕ 2 I !!" I " Ο 1 ϕ α H 2 P U !!!" Theo Định lí hàm cos : 6 www.truongthi.com.vn Môn Lý 7 22 12 12 1 5 2os 112.os 6 3 0,32.2 2. 0,34 23 0,82 2 IIIIIc I c IA π α =+− = +− =+=+ $ = CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ 1/ Làm thế nào chứng minh được công thức : 3 day pha I I= trong cách mắc tam giác ? 2/ Trong mạch điện một chiều và mạch xoay chiều một pha : dây nào là dây “mát” ? 3/ Làm các bài tập trong Bộ đề thi Đại học : 61 (2), 77 (2), 80 (2). . !!" 3 I , suy ra dòng điện trên dây trung hoà : 12 3 1,905 0,55 1 ,35 5I II=−= − = A * Công suất của dòng ba pha. 22 2 1 231 12 233 22 2 1,1 .100 3 1,1 .100 3. 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,