Cách nối nguồn điện ba pha hình sao có dây trung tính

Trả lời nhanh

Nguồn ba pha nối hình sao có dây trung tính là cách nối ba điểm cuối X, Y, Z của ba cuộn dây pha lại với nhau thành điểm trung tính O, ba điểm đầu A, B, C nối ra ba dây pha, đồng thời từ điểm O kéo thêm một dây trung tính. Mạch khi đó có 4 dây (ba pha bốn dây), cho hai cấp điện áp: điện áp dây U_d = √3·U_p (ví dụ 380 V) và điện áp pha U_p (ví dụ 220 V).

Đề bài và các phương án

Câu hỏi: Đâu là cách nối nguồn điện ba pha hình sao có dây trung tính?

A. Nối điểm cuối của pha này với điểm đầu của pha kế tiếp theo thứ tự (X với B, Y với C, Z với A), rồi lấy ba dây ra từ ba điểm nối.
B. Nối chung ba điểm cuối X, Y, Z thành điểm trung tính O, lấy ba dây pha từ A, B, C và một dây trung tính từ O.
C. Nối chung ba điểm cuối X, Y, Z thành điểm O, chỉ lấy ba dây pha từ A, B, C, không kéo dây từ O.
D. Mỗi cuộn dây pha nối riêng với tải bằng hai dây, tổng cộng sáu dây, các pha không nối với nhau.

Lưu ý: thứ tự phương án có thể khác trong đề của em; trong nhiều đề, các phương án được cho dưới dạng sơ đồ, em nhận dạng theo đặc điểm mô tả ở dưới.

Đáp án: B.

Sơ đồ ba cuộn dây pha có điểm cuối nối chung tại điểm trung tính O, ba dây pha A, B, C đi ra từ các điểm đầu và một dây trung tính nét đứt đi ra từ O — Hình 1. Nguồn ba pha nối hình sao có dây trung tính: ba dây pha và một dây trung tính, điện áp dây Ud và điện áp pha Up.

Giải thích chi tiết

Máy phát điện ba pha có ba cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau 120° trong không gian. Mỗi cuộn được kí hiệu bằng điểm đầu và điểm cuối: cuộn pha A là AX, cuộn pha B là BY, cuộn pha C là CZ. Các sức điện động sinh ra trong ba cuộn có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau một phần ba chu kì.

Gọi là nối hình sao vì ba điểm cuối X, Y, Z được chập lại thành một điểm chung, nhìn sơ đồ giống ngôi sao ba cánh. Điểm chung ấy là điểm trung tính O. Nếu từ O có kéo ra một dây dẫn đến tải, ta có cách nối hình sao có dây trung tính, kí hiệu Y₀. Như vậy dấu hiệu nhận biết gồm hai điều kiện đồng thời: (1) ba điểm cuối nối chung; (2) có dây trung tính đi ra từ điểm chung đó. Phương án B thỏa mãn cả hai.

Vì sao các phương án còn lại sai?

Phương án A: nối cuối pha này với đầu pha kế tiếp tạo thành một vòng khép kín, đó là cách nối hình tam giác (Δ). Hình tam giác không có điểm trung tính nên không thể có dây trung tính.
Phương án C: vẫn là hình sao nhưng thiếu dây trung tính (mạch ba pha ba dây). Cách nối này chỉ dùng khi tải đối xứng, ví dụ động cơ ba pha.
Phương án D: sáu dây độc lập là ba mạch một pha riêng rẽ, tốn dây dẫn và không tận dụng ưu điểm của hệ ba pha.

Kiến thức cần nhớ về mạch điện ba pha

Đại lượng pha và đại lượng dây

Điện áp pha U_p: điện áp giữa điểm đầu và điểm cuối của một pha, trong hình sao có dây trung tính chính là điện áp giữa một dây pha và dây trung tính.
Điện áp dây U_d: điện áp giữa hai dây pha.
Dòng điện pha I_p chạy trong mỗi pha; dòng điện dây I_d chạy trên dây pha.

Cách nối	Quan hệ điện áp	Quan hệ dòng điện (tải đối xứng)	Số dây
Hình sao có dây trung tính	U_d = √3·U_p	I_d = I_p	4
Hình sao không dây trung tính	U_d = √3·U_p	I_d = I_p	3
Hình tam giác	U_d = U_p	I_d = √3·I_p	3

Vai trò của dây trung tính

Lưới điện hạ áp ở Việt Nam là mạch ba pha bốn dây, điện áp 380/220 V: giữa hai dây pha là 380 V (dùng cho động cơ ba pha), giữa một dây pha và dây trung tính là 220 V (dùng cho đèn, quạt, thiết bị gia đình). Các hộ gia đình mắc vào những pha khác nhau nên tải ba pha thường không đối xứng. Dây trung tính giữ cho điện áp trên từng pha của tải gần như không đổi; nếu bị đứt dây trung tính, pha nhẹ tải có thể bị quá áp làm hỏng thiết bị, pha nặng tải bị sụt áp. Vì vậy theo nguyên tắc an toàn được dạy trong chương trình, không lắp cầu chì trên dây trung tính để tránh trường hợp dây này bị ngắt riêng.

Lỗi thường gặp khi làm bài

Nhầm điểm đầu với điểm cuối: nối chung ba điểm đầu A, B, C cũng tạo hình sao về mặt hình học, nhưng theo quy ước SGK, điểm trung tính được tạo từ ba điểm cuối X, Y, Z.
Thấy “hình sao” là chọn ngay, quên kiểm tra có dây kéo ra từ điểm O hay không.
Áp dụng U_d = √3·U_p cho cả hình tam giác. Với hình tam giác, điện áp dây bằng điện áp pha.

Bài tập vận dụng có đáp án

Bài 1. Một máy phát ba pha nối hình sao có điện áp pha 220 V. Tính điện áp dây.

Đáp án: U_d = √3 · 220 ≈ 381 V, thường làm tròn là 380 V.

Bài 2. Tải ba pha đối xứng nối hình sao, mỗi pha là điện trở R = 22 Ω, mắc vào lưới có U_d = 380 V. Tính dòng điện pha và dòng điện dây.

Đáp án: U_p = 380 : √3 ≈ 219,4 V. I_p = U_p : R ≈ 219,4 : 22 ≈ 9,97 A, tức khoảng 10 A. Nối hình sao nên I_d = I_p ≈ 10 A.

Bài 3. Động cơ ba pha có điện áp định mức mỗi cuộn dây là 380 V, mắc vào lưới 380/220 V. Phải nối các cuộn dây của động cơ theo kiểu nào?

Đáp án: Nối hình tam giác, vì khi đó mỗi cuộn chịu điện áp dây 380 V, đúng định mức. Nếu nối hình sao, mỗi cuộn chỉ nhận 220 V và động cơ không đủ công suất.

Câu hỏi thường gặp

Mạch ba pha hình sao có dây trung tính có mấy dây?

Có 4 dây: ba dây pha lấy từ các điểm đầu A, B, C và một dây trung tính lấy từ điểm trung tính O.

Trong cách nối hình sao, điện áp dây và điện áp pha liên hệ thế nào?

Điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha, Ud = √3·Up; dòng điện dây bằng dòng điện pha, Id = Ip.

Vì sao lưới điện sinh hoạt cần dây trung tính?

Tải sinh hoạt trên ba pha thường không đều nhau; dây trung tính giữ điện áp pha của tải ổn định ở khoảng 220 V và cho phép lấy điện một pha giữa dây pha với dây trung tính.

Nối hình tam giác có dây trung tính không?

Không. Hình tam giác nối các pha thành vòng khép kín nên không có điểm trung tính để kéo dây trung tính.