Điện 3 pha: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tính ưu việt

Chu Văn An

Điện 3 pha có ứng dụng phổ biến trong hoạt động công nghiệp và thương mại. Vậy điện 3 pha là gì, hoạt động như thế nào và có những đặc điểm ưu việt gì? Hãy cùng KTH ELECTRIC tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

Khái niệm điện 3 pha

Điện 3 pha là hệ thống điện phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp, thương mại và truyền tải, dùng cho các thiết bị công suất lớn để giải quyết vấn đề thất thoát điện năng.

Điện 3 pha bao gồm 3 dòng điện xoay chiều (AC) có cùng tần số, biên độ nhưng lệch pha nhau 120 độ hoặc 1/3 chu kỳ. Độ trễ pha này cung cấp khả năng truyền công suất liên tục đến tải tuyến tính cân bằng. Nhờ đó mà dòng điện 3 pha ổn định và ổn định hơn dòng điện 1 pha. Ngoài ra, trong hệ thống 3 pha, điện áp giữa hai pha bất kỳ cao hơn ba lần so với điện áp của từng pha riêng lẻ với hệ số 1,73 (√3).

Điện áp của điện 3 pha được quy định bởi mỗi quốc gia. Ví dụ, điện áp của dòng điện 3 pha ở Việt Nam là 380V, ở Mỹ là 220V và ở Nhật là 200V.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điện 3 pha

Cấu tạo của một hệ thống điện 3 pha thông thường bao gồm 3 dây nóng (còn gọi là dây pha) và 1 dây trung tính (còn gọi là dây lạnh) có nhiệm vụ cân bằng điện áp giữa các pha trong mạch. Dòng điện trong ba dây pha này dao động hình sin và cách nhau 120 độ.

Nguồn điện 3 pha sẽ bao gồm đường dây truyền tải, nguồn điện 3 pha và các thiết bị tải 3 pha. Để tạo ra dòng điện xoay chiều 3 pha, có thể sử dụng máy phát điện có cấu tạo như sau:

Phần tĩnh (stato) gồm 3 cuộn dây AX, BY, CZ có lõi có rãnh. Mỗi khe chứa 3 dây quấn cách nhau 120 độ và có số vòng như nhau. Mỗi cuộn dây được biểu thị bằng 1 pha A, B, C.

Bộ phận quay (rôto) là một nam châm điện có hai cực NS.

Về nguyên lý hoạt động, dòng điện 3 pha hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Tức là khi chân nam quay với tốc độ không đổi thì từ trường sẽ lần lượt quét qua các cuộn dây và sinh ra cảm ứng vào các cuộn dây. Lúc này, suất điện động xoay chiều có cùng biên độ, tần số và độ lệch pha là 120 độ, tức là bằng 1/3 chu kỳ.

Phân loại điện 3 pha

Theo số lượng dây sử dụng

Điện 3 pha – 3 dây: Dùng để truyền tải điện không cần dùng dây trung tính ở điện áp từ 15kV trở lên. Loại này được sử dụng khi tải không yêu cầu điện áp pha, giúp tiết kiệm dây dẫn nên có lợi ích kinh tế.

Điện 3 pha – 4 dây: Sử dụng cho hệ thống điện cấp thấp trực tiếp đến thiết bị, cần trang bị dây trung tính và dây 3 pha. Loại này tạo ra hai mức điện áp gồm điện áp đường dây và điện áp pha. So với loại 3 pha – 3 dây ở trên thì loại 3 pha – 4 dây đắt hơn về mặt dây dẫn.

Theo phương thức kết nối

Theo sơ đồ sao

• Điện áp định mức: 220V/380V
• Điện áp mạng hiện tại: 220V/380V (3 pha)
• Chỉ cần 3 dây để truyền tải, phù hợp với cấp điện áp thấp nhất (380V) của động cơ và cấp điện áp cao nhất (380V) của lưới điện.

Theo sơ đồ tam giác

• Điện áp định mức: 220V/380V
• Điện áp mạng hiện tại: 110V/220V (3 pha)
• So với sơ đồ hình sao, sơ đồ tam giác cần thêm dây thứ 4, có thể là dây trung tính, thường được nối đất. Loại này phù hợp với cấp điện áp thấp nhất (220V) của động cơ và cấp điện áp cao nhất (220V) của lưới điện.

Ưu điểm của dòng điện 3 pha

• Tính nhất quán trong việc cung cấp điện: Hệ thống điện 3 pha cung cấp điện năng với tốc độ ổn định, không đổi (không giống như nguồn điện 1 pha có điện áp dao động thất thường) nên phù hợp với các thiết bị công suất lớn.
• Công suất cao: Nguồn điện 3 pha cung cấp công suất gấp đôi nguồn điện 1 pha mà không cần gấp đôi số dây dẫn, giúp tận dụng tối đa năng lượng điện, giảm thất thoát năng lượng và giảm chi phí điện năng.
• Độ ổn định cao: Công suất cung cấp cho tải cân bằng tuyến tính là không đổi, giúp giảm độ rung trong các ứng dụng động cơ/máy phát điện.
• Tăng độ tin cậy: Truyền tải điện hiệu quả hơn vì có ba dây dẫn điện, giảm nguy cơ mất điện trở, tăng độ tin cậy của hệ thống.
• Đơn giản hóa trong thiết kế động cơ: Nguồn điện 3 pha có thể tạo ra từ trường quay có hướng cụ thể và cường độ không đổi, giúp đơn giản hóa việc thiết kế động cơ điện vì không cần mạch khởi động.
• Sử dụng ít vật liệu dẫn điện: Truyền cùng một lượng điện năng, nguồn điện 3 pha sử dụng ít vật liệu dẫn điện hơn nguồn điện một pha.

Ngoài ra, điện 3 pha có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau, tổng bằng 0 trong trường hợp tải cân bằng tuyến tính, cho phép giảm kích thước của dây dẫn trung tính. Với tải cân bằng, tất cả các dây dẫn pha đều mang dòng điện như nhau nên có thể có cùng kích thước.

Nhược điểm lớn nhất của điện 3 pha là chi phí lắp đặt cao và sơ đồ lắp đặt phức tạp. Tuy nhiên, so với điện 1 pha, điện 3 pha vẫn là giải pháp hiệu quả và tiết kiệm cho các ứng dụng công nghiệp, thương mại…

Cách chuyển đổi từ điện 3 pha sang 1 pha

Chuyển đổi điện từ 1 pha sang 3 pha

Sử dụng biến tần

• Ưu điểm: Thay đổi dòng điện tốt cho động cơ, phù hợp với nhiều loại máy: máy kéo, máy nghiền…
• Nhược điểm: Không phù hợp với tủ điều khiển công nghiệp.

Sử dụng máy biến áp

• Ưu điểm: Phù hợp với hầu hết các thiết bị, tủ điều khiển công nghiệp. Chất lượng đầu ra ổn định ở điện áp 220/380V.
• Nhược điểm: Chi phí lắp đặt cao.

Sử dụng bộ chuyển đổi điện 1 pha sang 3 pha

• Ưu điểm: Hoạt động ổn định, có thể hoạt động trong thời gian dài
• Nhược điểm: Yêu cầu yêu cầu khắt khe khi vận hành máy như điện áp đầu vào 220V±10%, tần số đầu vào: 47~63Hz,…

Chuyển đổi từ điện 3 pha sang điện 1 pha

Việc chuyển đổi dòng điện 3 pha thành 1 pha thực ra khá đơn giản, chỉ cần sử dụng 1 pha bất kỳ có điện áp 380V kết hợp với 1 dây trung tính là có được dòng điện 1 pha có U = 220V.

Những câu hỏi thường gặp về điện 3 pha

Câu hỏi 1: Nó có thể được sử dụng trong hộ gia đình không?

Hồi đáp: Về lý thuyết, điện 3 pha phù hợp với các thiết bị 3 pha. Tuy nhiên, một số hộ gia đình ngày nay vẫn lắp đặt hệ thống điện 3 pha, sau đó trang bị thêm ổn áp để có đầu ra 220V phục vụ sinh hoạt nhằm tận dụng tối đa những ưu điểm của điện 3 pha.

Câu 2: Điện 3 pha có rẻ không?

Hồi đáp: Điện 3 pha không phải là điện gia dụng mà là điện kinh doanh nên đương nhiên giá điện 3 pha sẽ cao hơn điện 1 pha. Nhưng vào những giờ cao điểm như 9h30 – 11h30 hoặc 17h – 20h, điện 3 pha sẽ rẻ hơn điện 1 pha.

Câu 3: Điện 3 pha có nguy hiểm không?

Hồi đáp: Bất kỳ dòng điện xoay chiều nào cũng tiềm ẩn nguy hiểm đến tính mạng con người, đặc biệt là dòng điện 3 pha. Vì sở hữu mức điện áp lên tới 380V nên dòng điện này cũng có mức độ nguy hiểm cao nhất, thậm chí có thể gây tử vong nếu tiếp xúc trực tiếp.

Chúng tôi vừa giới thiệu đến các bạn những thông tin tổng hợp liên quan đến điện 3 pha. Xét về ưu điểm và nhược điểm, điện 3 pha phù hợp với hệ thống công nghiệp, thương mại, sản xuất, phân phối và truyền tải. Vì vậy, để tận dụng lợi thế của nguồn điện 3 pha, nhiều hộ gia đình lựa chọn trang bị thêm ổn áp để có được đầu ra 220V phục vụ sinh hoạt.

Để cập nhật những thông tin mới nhất liên quan đến hệ thống điện, vui lòng theo dõi website của KTH ELECTRIC: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-he-thong-dien/.