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

Điện 3 pha có tính ứng dụng phổ biến trong các hotạ động công nghiệp, thương mại. Vậy điện 3 pha là gì, nguyên lý hoạt động ra sao và có những đặc tính ưu việt như thế nào. Cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây của BTB Electric. 

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, sử dụng cho các thiết bị có công suất lớn để giải quyết vấn đề tổn hao điện năng.

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

Điện áp của điện 3 pha được quy định theo từng quốc gia. Ví dụ, hiệu điện thế của dòng điện 3 pha ở Việt Nam có giá trị là 380V, ở Mỹ là 220V và ở Nhật là 200V.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điện 3 pha

Cấu trúc của một hệ thống điện 3 pha điển hình gồm 3 dây nóng (còn gọi là dây pha) và 1 dây trung tính (còn gọi là dây nguội) có nhiệm vụ cân bằng điện áp giữa các pha trong mạch. Các dòng điện trong 3 dây pha này dao động theo hình sin và lệch nhau 120 độ. 

Dòng điện 3 pha sẽ bao gồm đường dây truyền tải, nguồn điện 3 pha và các thiết bị phụ 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 (stator) gồm 3 cuộn dây AX, BY, CZ có lõi được xẻ rãnh. Mỗi rãnh chứa 3 dây quấn lệch nhau 120 độ và có cùng số vòng dây với nhau. Mỗi dây quấn được đại diện bằng 1 pha A, B, C.

Phần quay (rotor) là nam châm điện với hai cực N-S.

Về nguyên lý hoạt động, dòng điện 3 pha làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Tức là khi nam chân quay với vận tốc không đổi, từ trường sẽ lần lượt quét qua các dây quấn và cảm ứng vào trong dây quấn. Lúc này, sức điện động xoay chiều cùng biên độ, tần số và lệch pha nhau 1 góc 120 độ, tức là 1/3 chu kì về mặt thời gian. 

Phân loại điện 3 pha

Theo số lượng dây sử dụng

Điện 3 pha – 3 dây: Sử dụng để truyền tải điện mà không cần sử dụng dây trung tính ở điện áp từ 15kV trở lên. Loại này được dùng khi tải không cần điện áp pha, giúp tiết kiệm dây nên có ưu điểm về mặt kinh tế.

Điện 3 pha – 4 dây: Sử dụng cho hệ thống điện cấp thấp trực tiếp đến các thiết bị nên được trang bị thêm dây trung tính và 3 dây pha. Loại này tạo ra 2 cấp điện áp, gồm điện áp dây và điện áp pha. So với loại 3 pha – 3 dây trên, 3 pha – 4 dây tốn kém hơn về dây dẫn. 

Theo cách đấu nối

Theo sơ đồ hình sao

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

Theo sơ đồ tam giác

• Điện áp định mức: 220V/380V
• Điện áp mạng lưới 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 mức điện áp thấp nhất (220V) của động cơ và mức điện áp cao nhất (220V) của lưới điện.

Ưu việt của dòng điện 3 pha

• Tính nhất quán trong cung cấp điện: Hệ thống điện 3 pha cung cấp điện ở tốc độ ổn định, không đổi (khác với điện 1 pha có điện áp lên xuống thất thường) nên phù hợp thiết bị công suất lớn.
• Công suất cao: Dòng điện 3 pha cung cấp công suất gấp đôi dòng điện 1 pha mà không cần gấp đôi số lượng dây dẫn, giúp tận dụng tối đa năng lượng điện, giảm tổn thất năng lượng và giảm chi phí điện năng.
• Độ ổn định cao: Công suất truyền vào tải cân bằng tuyến tính là hằng số, giúp giảm độ rung trong các ứng dụng động cơ/máy phát điện.
• Tăng độ tin cậy: Truyền tải điện năng hiệu quả hơn vì có ba dây dẫn điện làm giảm nguy cơ mất điện trở, tăng độ tin cậy của hệ thống.
• Đơn giản hóa trong thiết kế động cơ: Điện 3 pha có thể tạo ra từ trường quay với hướng xác định và độ lớn 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: Cùng truyền tải 1 lượng điện nhất định, nguồn điện 3 pha sử dụng ít vật liệu dẫn điện hơn so với nguồn điện 1 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 cùng một dòng điện 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, tiết kiệm cho các ứng dụng công nghiệp, thương mại,…

Cách chuyển đổi từ dòng điện 3 pha sang 1 pha

Chuyển đổi từ điện 1 pha sang 3 pha

Sử dụng máy biến tần

• Ưu điểm: Đổi dòng tốt đối với động cơ, phù hợp với nhiều loại máy: máy kéo, máy nghiền…
• Nhược điểm: Không phù hợp với các tủ điều khiển công nghiệp. 

Sử dụng máy biến áp

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

Sử dụng máy chuyển đổi điện 1 pha thành 3 pha

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

Chuyển đổi từ điện 3 pha sang điện 1 pha

Chuyển dòng điện 3 pha sang 1 pha thực tế khá đơn giản, chỉ cần dùng 1 pha bất kỳ có điện áp bằng 380V kết hợp với 1 dây trung tính thì sẽ lấy được dòng điện 1 pha với U = 220V.

Câu hỏi thường gặp về dòng điện 3 pha

Câu hỏi 1: Có dùng được trong hộ gia đình không?

Trả lời: Trên lý thuyết, điện 3 pha phù hợp với các thiết bị 3 pha. Tuy nhiên, một số hộ gia đình hiện nay vẫn lắp đặt hệ thống điện 3 pha, sau đó trang bị thêm 1 bộ ổn áp để lấy đầu ra 220V sử dụng cho sinh hoạt nhằm tận dụng tối đa ưu điểm của điện 3 pha. 

Câu hỏi 2: Điện 3 pha có rẻ không?

Trả lời: Điện 3 pha không phải điện sinh hoạt mà là điện kinh doanh nên tất nhiên, giá của điện 3 pha sẽ cao hơn so với điện 1 pha. Nhưng trong khung giờ cao điểm như 9h30 – 11h30 hoặc 17h00 đến 20h00, điện 3 pha lại có giá rẻ hơn điện 1 pha. 

Câu hỏi 3: Điện 3 pha có nguy hiểm không?

Trả lời: Bất kỳ dòng điện xoay chiều nào cũng tiềm ẩn mối nguy hiểm đến tính mạng con người, đặc biệt là dòng điện 3 pha. Do sở hữu mức điện áp lên đến 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 bạn thông tin tổng quan liên quan đến điện 3 pha. Xét về ưu 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 tính ưu việt của dòng điện 3 pha, nhiều hộ gia đình lựa chọn trang bị thêm một bộ ổn áp để lấy đầu ra 220V phục vụ cho sinh hoạt. 

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