Lựa chọn cấu hình máy bơm: điện một pha hoặc ba pha

Thư Viện Kỹ Thuật và Ứng Dụng 01/01/2023

Lựa chọn cấu hình máy bơm: điện một pha hoặc ba pha

Pha điện là gì?

Để lựa chọn cấu hình máy bơm phù hợp với nhu cầu cá nhân, bạn cần hiểu được pha điện là gì.

Dòng điện một chiều (DC) liên tục cung cấp các mức điện áp, còn dòng điện xoay chiều (AC) đi theo một đường sóng luân chuyển điện áp dương và âm. Dòng điện xoay chiều dễ sản xuất và dễ chuyển tải nên được xem là lựa chọn tốt hơn để truyền dòng điện tới nhà ở, tòa nhà thương mại và các cơ sở công nghiệp.

Trong dòng điện xoay chiều, “pha” là thuật ngữ được dùng để chỉ một điểm tức thời trên vòng lặp dạng sóng. Khi tất cả các điểm tức thời này cùng đi qua một vòng lặp hoàn chỉnh, ta sẽ có được kết quả là 360° pha hoặc một pha. Thường ta sẽ lấy pha đi qua điểm gốc làm pha chuẩn. Từ đó, ta thấy pha có hình sóng sin và có các nút, hoặc các điểm dòng điện có giá trị 0, tại 0°, 180° (π), và 360° (2π). Khi đường sóng đi từ điểm cao nhất tới điểm thấp nhất, lượng dòng điện được tạo ra với mức tương ứng.

Các pha điện thường dùng nhất là một pha và ba pha. Khi sử dụng dòng điện nhiều pha, hiệu số pha là độ lệch về thời gian hoặc biên độ giữa các điểm chuẩn tương xứng trên hai đường sóng có chung tần số. Hiệu số pha biểu thị lượng thời gian đã sử dụng hoặc khoảng cách giữa hai dao động. Các đường sóng nằm sau pha chuẩn được gọi là pha chậm, đường sóng nằm trước pha chuẩn là pha sớm. Biểu đồ 1 tượng trưng cho các thuật ngữ này trên đường sóng ba pha chuẩn.

Hệ thống sắp xếp chung của đường sóng ba pha

Biểu đồ 1. Hệ thống sắp xếp chung của đường sóng ba pha.

Điện một pha

Điện một pha thường được dùng cho các thiết bị dưới 1000 W trong các căn nhà riêng và các tòa nhà thương mại. Mạch điện đơn giản là 120V hoặc lệch pha 120/240V. Điện một pha là mạch điện AC với hai hoặc ba dây. Trong thiết kế đường dây cũ, ta có một dây tải điện và một dây trung tính. Trong thiết kế mới, ta có thêm dây nối đất để đảm bảo an toàn.

Dù dòng điện một pha khá tiện dụng và có mặt tại hầu hết mọi địa điểm, ta không nên sử dụng điện một pha cho các mô-tơ hơn 5HP. Khi so sánh hai mô-tơ có cùng mức mã lực, mô-tơ một pha sẽ tiếp nhận nhiều điện hơn mô-tơ ba pha. Do đó, kích thước và giá tiền của dây điện một pha cũng lớn hơn. Không chỉ vậy, mô-tơ một pha cũng kém năng suất hơn và yêu cầu một tụ điện khởi động máy, làm tăng chi phí của người dùng. Vì những lý do trên, ta nên dùng mô-tơ ba pha nếu có thể. Hãy tham khảo Biểu đồ 2 bên dưới để biết thêm chi tiết về cấu hình dạng sóng và pha điện.

Đường sóng sin đơn giản

Biểu đồ 2. Đường sóng sin đơn giản với chu kỳ 360° và biên độ 1.

Trong dòng điện một pha, các hoành độ gốc cách nhau 180°. Một chu kỳ hoàn chỉnh 360°. Một mô-tơ một pha đạt đỉnh sóng mỗi xấp xỉ 16.5 mili giây. Điều này khiến mô-tơ dễ bị run và làm giảm tuổi thọ vòng bi.

Rất khó để đảo chiều xoay của mô-tơ một pha 120V sau khi mô-tơ đã được sản xuất. Người dùng cần đảm bảo chắc chắn chiều xoay của mô-tơ phải tương ứng với chiều xoay của bộ cánh bơm..

Điện ba pha

Dòng điện ba pha thường được dùng cho thiết bị kích cỡ lớn trong các cơ sở công nghiệp và thương mại. Điện ba pha thường được lắp đặt trong cấu hình Wye với 5 dây. Trong đó có 3 dây tải điện, 1 dây trung tính và 1 dây nối đất. Cấu hình Delta ít thông dụng hơn và không có dây trung tính. Ngoài Wye và Delta, ta còn có các cấu hình khác nhưng bài viết này sẽ chỉ tập trung vào hai cấu hình nói trên.

Ở những nơi có thể lắp đặt dòng điện ba pha, mô-tơ hoạt động mượt mà, cân bằng và tiết kiệm được nhiều chi phí hơn. Đây là nhờ dòng điện ba pha có ba đường sóng đồng nhất xếp chồng lên nhau. Chu kỳ đường sóng cách đều nhau 120° nên dòng điện tải tương đối cố định hơn dòng điện một pha. Khi pha thứ nhất đến giao điểm, pha tiếp theo chỉ ở 30° và cách đỉnh 5.5 giây, các pha tiếp theo có xu hướng tương tự.

Giả sử ta có hai nguồn điện: một nguồn điện một pha với cấu hình thông dụng nhất (dây pha và dây trung tính) và một nguồn điện ba pha không có dây trung tính, có điện dung mỗi pha và điện áp pha nối đất tương tự. Khi so sánh, ta sẽ thấy rằng nguồn điện ba pha có thể dùng 1.5 lần số dây để tải được gấp 3 lần dòng điện. Nhờ tỉ lệ điện dung gấp hai lần nguyên vật liệu dẫn điện, người dùng có thể dùng dây điện nhỏ hơn, giá rẻ hơn. Hãy tham khảo Biểu đồ 3 để biết thêm chi tiết về điện pha và cấu hình đường sóng cụ thể.

Dòng điện ba pha

Biểu đồ 3. Dòng điện ba pha có 3 đường sóng sin đồng nhất xếp chồng lên nhau tại độ lệch 2π/3 radian hoặc 120°.

Khi một pha đến điểm hoành độ gốc hoặc giao điểm, pha tiếp theo chỉ ở 30° và cách đỉnh xấp xỉ 5.6 mili giây.

Để có thể tìm ra cấu hình tốt nhất cho mục đích sử dụng riêng, người dùng phải nắm rõ cấu hình đây điện và dòng điện pha xoay chiều. Pha điện có thể ảnh hưởng lớn đến sự lựa chọn của bạn về mẫu máy bơm và mô-tơ. Những quy tắc cơ bản này sẽ giúp bạn hiểu được năng suất mô-tơ, quy trình khởi động, chi phí hoạt động/bảo dưỡng. Nếu bạn có bất kì câu hỏi nào, vui lòng liên lạc với chúng tôi để tìm ra cấu hình lý tưởng cho riêng bạn.

Để biết thêm chi tiết, hãy tham khảo bài viết Dòng điện xoay chiều (AC)Tần số điện của máy bơm (Pump Power Frequency and Alternating Current (AC))