Giáo trình máy điện ngành điện tự động công nghiệp

1 –3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp Nguyên lí làm việc của máy b/a dựa trên sự tác dụng tương hỗ điện từ giữa các cuộn dây khôngchuyển động đối với nhau.. 1- 4 Các phương trình đặc

MỤC LỤC

3.1 Khái niệm, và sự hình thành mạch từ của máy biến áp ba pha 193.2 Cách đấu dây và quan hệ dòng điện, điện áp của máy biến áp ba pha 20

5.4 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha và chế độ máy phát, máy hãm

không đồng bộ

48

6 Chương 6 : Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ ba pha 51

7 Chương 7: Khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 63

7.2 Khởi động động cơ rôto lồng sóc (trực tiếp; gián tiếp) 64

7.4 Động cơ rôto lồng sóc rãnh sâu và động cơ rôto lồng sóc kép 69

8.2 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ một pha 80

10.2 Phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ 92

11 Chương 11 : Sơ đồ tương đương, phương trình cơ bản, đồ thị véc tơ 99

12 Chương 12 : Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ ba pha 110

13.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ ba pha 121

14.2 Cấu tạo máy điện một chiều và phân loại máy điện một chiều 126

15.1 Từ trường và phản ứng phần ứng trong máy điện một chiều 13115.2 Sức điện động và mô men điện từ trong máy điện một chiều 135

16.2 Các loại máy phát điện một chiều (kích từ độc lập, song song, hỗn hợp) 15016.3 Các loại động cơ điện một chiều ( kích từ độc lập, song song, hỗn hợp) 163

PHẦN I : MÁY BIẾN ÁP

Chương 1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp

1–1 Định nghiã và phân loại

1 – Khái niệm

Khi truyền tải năng lượng điện xoay chiều từ vị trí A sang vị trí B với khoảng cách rất lớn như hình 1(H1-1) thì người ta sử dụng máy biến áp vì là:

Theo công thức tính công suất P = 3 U.I.cos  I = P/ 3 U.cos

Nếu P, cos là không đổi thì tăng U sẽ làm cho I giảm, mà I giảm thì sẽ làm cho tiết diện dây dẫn (sd)cũng giảm theo Vì vậy với khoảng cách AB rất lớn, nếu giảm được tiết diện dây dẫn thì sẽ tiết kiệm đượckim loại mầu chế tạo nên dây dẫn Ngoài ra lưới diện phục vụ cho sinh hoạt cần có điện áp thấp (nhưchiếu sáng, các máy móc phục vụ sinh hoạt) thì đ/áp U 220v với mục đích đảm bảo an toàn cho người

sử dụng

Như vậy để thực hiện được các mục đích trên thì người ta phải dùng các biến áp theo sơ đồ khối sauxem hình 1-2(H1-2)

HH 1-2

Từ các mục đích trên ta đi tới định nghĩa về máy biến áp như sau:

Định nghĩa: Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh được dùng để biến đổi hệ thống điện xoay chiều

này thành hệ thống xoay chiều khác có trị số dòng điện, điện áp, số pha khác với hệ thống thứ nhất.

Ngoài mục đích sử dụng biến áp vào lĩnh vực truyền tải năng lượng điện và cho sinh hoạt thì biến ápcòn được dùng cho các khí cụ đo lường, hàn, thay đổi số pha

2- Phân loại máy biến áp

Người ta phân loại máy biến áp theo các dấu hiệu sau:

- Theo số pha người ta chia thành:

Biến áp 1 pha, 2 pha, 3 pha, 6 pha, 9 pha, 12 pha

- Theo số dây quấn người ta chia thành:

Biến áp một cuộn dây (biến áp tự ngẫu), biến áp 2 cuộn dây, biến áp nhiều cuộn dây

- Theo trị số về điện giữa sơ cấp và thứ cấp ta có:

Biến áp tăng áp thì U1 < U2 , biến áp hạ áp thì U1 > U2

Biến áp làm mát bằng không khí (biến áp khô), biến áp làm mát bằng dầu (biến áp dầu)

- Theo cách đặt cuộn dây ta có:

Biến áp kiểu trụ, biến áp kiểu bọc

3 - Các thông số định mức của máy biến áp

Giá trị của các thông số ứng với chế độ định mức của máy b/a được gọi là các giá trị định mức Tuynhiên trên biển của máy b/a người ta chỉ ghi các thông số sau :

+ Công suất định mức: Sđm [VA, KVA, MVA]

+ Điện áp sơ cấp định mức là điện áp ứng với công suất định mức:

U1đm [ V, KV ]

+ Điện áp thứ cấp định mức là điện áp trên dây quấn thứ cấp khi biến áp làm việc không tải và phía

sơ cấp đưa vào một điện áp định mức: U2đm [ V, KV ]

+ Dòng điện sơ và thứ cấp định mức là dòng điện tương ứng với công suất định mức: I1đm[ A, KA ] ;

I2đm[ A, KA ]

I1đm Sđm/U1đm ; I2đm Sđm/U2đm

Ngoài ra còn có các đại lượng định mức khác như:

Tổ nối dây; Trọng lượng máy; tần số f; hệ số cos ; Điện áp ngắn mạch v.v…

1 – 2 Cấu tạo của máy biến áp một pha

Máy biến áp một pha được cấu tạo bởi các phần sau:

Lõi thép, cuộn dây, bể đựng dầu (vỏ máy), các đầu ra

1/ Lõi thép

Là phần dẫn từ của b/a và làm khuôn để đặt cuộn dây Lõi thép được ghép từ các lá thép KTĐ với nhau(nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy) có độ dầy từ 0,350,5 mm Lõi gồm có hai phần: Trụ ( T ) vàgông ( G )

- Trụ là phần để đặt dây quấn

- Gông là phần để khép kín mạch từ các trụ với nhau

Nếu là b/a kiểu trụ thì cuộn dây đặt lên tất cả các trụ T; Còn nếu là b/a kiểu bọc thì cuộn dây chỉ đặt ởtrụ giữa còn hai trụ ngoài cùng thì không đặt cuộn dây xem hình1-3( H1-3 )

Các lá thép được ghép lại với nhau bằng các đinh ốc Xiết càng chặt càng đỡ tiếng ồn khi máy công tác.Thường các lá thép được ghép với nhau theo kiểu tráo trở đầu- đuôi hoặc là kiểu tiếp xúc khi đã được cắttheo một hình nhất định, có thể là chữ I, L, E … Xem hình 1-4 (H1-4)

HH1-4

Tiết diện của trụ càng gần với hình tròn càng tốt vì nó sẽ chịu được lực điện từ lớn sinh ra khi bị ngắn mạch Xem hình 1-5 (H1-5)

2 / Cuộn dây máy biến áp

Dây quấn máy biến áp là loại dây quấn tập trung (so với máy điện quay) Dây quấn này được chế tạobằng đồng hoặc nhôm Dây quấn có tiết diện nhỏ thì dùng loại dây có tiết diện tròn, còn dây quấn có tiếtdiện lớn thì dùng loại dây có tiết diện chữ nhật

Phân loại dây quấn máy b/a:

- Dây quấn sơ cấp : Là dây quấn nhận năng lượng điện xoay chiều cần biến đổi Tương ứng với nó thìcác đại lượng như U, I , W… trong dây quấn này được gọi là các đại lượng sơ cấp Trong kýý hiệu cóthêm chỉ chỉ số ‘’1’’ (như là U1, I1,W1…)

- Dây quấn thứ cấp là dây quấn đưa năng lượng điện đã được biến đổi đến các máy tiêu thụ Các đạilượng tương úng với dây quấn này được gọi là các đại lượng thứ cấp và trong kýý hiệu có thêm chỉ số “2”(như là U2 , I2 , W2….)

Theo giá trị về điện áp trên từng cuộn dây người ta phân ra: Cuộn cao áp, cuộn thấp áp Nếu là biến áp

ba cuộn dây thì còn có thêm cuộn điện áp trung bình

Theo cách bố trí cuộn dây với lõi thì người ta chia thành các cuộn dây đồng tâm (lồng vào nhau), cáccuộn dây xen kẽ

Cách bố trí cuộn dây với lõi:

Theo quan điểm về cách điện thì cuộn dây cao áp đặt ngoài, cuộn dây thấp áp đặt trong để dễ dàng choviệc cách điện với lõi

Nếu theo quan điểm về toả nhiệt thì cuộn có dòng điện lớn đặt ngoài, cuộn dây có dòng điện bé đặttrong (biến áp hàn)

Yêu cầu đối với cuộn dây biến áp

- Phải sử dụng đồng với hiệu suất cao

4/ Các đầu dây ra của máy biến áp

Các đầu dây ra của b/a là nơi đưa điện vào và lấy điện ra Vì vậy chúng được cách điện với vỏ Đối vớicác b/a có điện áp cao thì người ta sẽ dùng sứ để bọc các đầu ra của b/a Các đầu ra được gắn trên vỏ máy

1 –3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Nguyên lí làm việc của máy b/a dựa trên sự tác dụng tương hỗ điện từ giữa các cuộn dây khôngchuyển động đối với nhau Sơ đồ nguyên lý của biến áp một pha như hình H1-6

* Giả thiết máy b/a không tải

Nếu đưa điện áp xoay chiều một pha u1 vào cuộn dây sơ cấp w1 có tần số là f1 thì u1 sẽ sinh ra một dòngđiện i1 chạy trong cuộn sơ cấp w1 dòng điện i1 này sinh ra một từ thông 1= 0 từ thông 1 móc vòngvới cả hai cuộn w1 và w2

H1-6 Nếu gọi từ thông móc vòng vơi cuộn w1 là 1 và với cuộn w2 là 2 thì:

1 = w1.1 ; 2 = w2.

Ngoài ra dòng điện i1 còn sinh ra từ thông chỉ móc vòng với cuộn w1 mà không móc vòng với cuộn w2 tagọi là từ thông tản của cuộn w đó là 

Từ thông 1 có thể thay đổi điều hoà theo thời gian nếu như điện áp u1 đặt vào cuộn w1 là một hàm điềuhoà của thời gian Tức là 1 = m1.cost ;

Ở đó: m1 là biên độ của từ thông ;  = 2f1 là tốc độ góc của điện áp u1

Theo định luật cảm ứng điện từ thì trong các cuộn dây suất hiện các sđđ:

Nếu bỏ qua sđđ sinh bởi từ thông tản và điện áp trên điện trở tác dụng của các cuộn dây thì khi đó U1 

E1 , U2  E2 và biểu thức (1) sẽ trở thành:

U1/U2 = W1/W2 = K (2), K được gọi là hệ số biến áp

Vì hiệu suất của máy biến áp rất cao ba  1 nên

S = U1.I1  U2.I2  U1/U2 = I2/I1

Hay U1/U2 = I2/I1 = W1/W2 = K (3)

NX : Từ (3) ta thấy rằng :

Máy biến áp truyền năng lượng điện xoay chiều từ cuộn dây này sang cuộn dây khác cho phép biến đổi

điện áp tỷ lệ thuận với số vòng dây và dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây.

1- 4 Các phương trình đặc trưng trong máy biến áp

1/ Phương trình cân bằng sức điện động (sđđ)

Khi đặt vào cuộn dây sơ cấp (w ) của biến áp một điện áp u1 1 thì trong nó xuất hiện dòng điện i1 Nếucuộn dây thứ cấp được khép mạch qua tải thì trong nó xuất hiện dòng i2 ; Dòng điện i1 và i2 tạo nên cácsức từ động tương ứng là w i , 1 1 w i Cả 2 sđđ này sinh ra phần lớn là từ thông chính 2 2  (đã nói ở phầnnguyên lý) Từ thông chính  gây nên trong các cuộn dây sơ và thứ cấp các sđđ tương ứng là:

Ngoài ra còn 1 phần nhỏ từ thông do 2 stđ W1I1 và W I tạo ra chỉ khép mạch với từng cuộn dây tương2 2

ứng và gọi là các từ thông tản sơ cấp và thứ cấp : t1 và t2 Các từ thông tản này cũng gây ra các sđđtản:

Mặt khác dòng i , 1 i còn gây nên các sụt áp trên các điện trở tác dụng của cuộn dây là 2 i r , 1 1 i r Vậy2 2

theo định luật KiêcKhốp 2 cho mạch sơ cấp ta có:

u1 e1 e t1i r1 1 (7) ( hay : u1e t1e1i r1 1 )

Với mạch thứ cấp ta có:

e2e t2 i r2 2u2 hay u2 e2e t2 i r2 2 (8)

Để thấy rõ sự liên hệ về từ giữa sơ cấp và thứ cấp ta có thể biểu thị phương trình cân bằng sđđ (7) và (8)dưới dạng khác Vì 1 và 2 là các từ thông móc vòng với các cuộn dây tương ứng sơ và thứ cấp khépmạch qua lõi thép và do tác dụng đồng thời của các dòng i và 1 i sinh ra nên ta có thể viết:2

1 L i11 1 L i12 2

2 L i21 1 L i22 2

L , L11 22 là các điện cảm của dây quấn sơ và thứ cấp khi từ thông khép mạch trong lõi thép

L , 12 L là các hỗ cảm giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp qua lõi thép.21

.

1

U  E.1

1

2

U E.2

2

.

Z I

Ở đó Z1  r1 jX1 ; Z2  r2 jX2 là tổng trở của các dây quấn sơ cấp và thứ cấp

2- Phương trình cân bằng stđ

Ta biết rằng khi máy biến áp làm việc có tải thì từ thông chính  do cả 2 stđ i w và 1 1 i w gây nên Nếu2 2

hở mạch thứ cấp, tức biến áp là không tải ứng với dòng điện ở dây quấn sơ cấp là i1 i0 thì từ thông chính

 chỉ do stđ i w gây nên Nếu bỏ qua áp rơi trên cuộn 0 1 w và sđđ tản 1 E thì t1 U1 E14, 44 .f w11m

Vì U1 const là áp lưới nên mặc dù biến áp có tải hay không tải thì E1 4, 44 .f w11m cũng

const

 Tức 1mconst nghĩa là stđ i1W1 + i2W2 sinh ra m lúc có tải phải bằng stđ i w lúc không tải0 1

để đảm bảo  m const nên ta có:

dây quấn sơ cấp nhận năng lượng từ lưới để truyền sang dây quấn thứ cấp cung cấp cho tải

Câu hỏi ôn tập :

1 Định nghĩa, phân loại, các trị số định mức của máy biến áp ?

2 Trình bày cấu tạo máy biến áp một pha ?

3 Trình bày nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha ?

4 Dẫn dắt các phương trình đặc trưng của máy biến áp một pha ?

Chương 2 : Các chế độ công tác của máy biến áp 1 pha

2 - 1 Chế độ không tải của biến áp 1 pha

2-1-1 Khái niệm

Để đơn giản ta sẽ nghiên cứu biến áp 1 pha có 2 cuộn dây làm việc trong trạng thái ổn định, thế hiệuđưa vào cuộn sơ cấp có dạng hình sin

Định nghĩa: Chế độ không tải của máy biến áp là chế độ mà mạch sơ cấp có đặt một điện áp U 1dm còn

mạch thứ cấp là hở mạch Tức là trong chế độ này dòng điện chỉ chạy trong cuộn dây sơ cấp ký hiệu là I o

gọi là dòng điện không tải Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp một pha như hình H2-1

 Bản chất của sơ đồ tương đương là:

Ta thay một biến áp thực, phức tạp bằng một sơ đồ điện mà sơ đồ này phải đảm bảo được việc mô tả tất

cả tính chất, các hiện tượng của biến áp thực

Vì cuộn thứ cấp hở mạch (I2=0) nên bỏ qua mạch thứ cấp trong sơ đồ tương đương nên sơ đồ tươngđương như hình H2-2

XR

Ul

I = I.l .0

l

I .Fe I 

El

H2-2 Trên sơ đồ tương đương ta gọi:

X- điện kháng liên quan đến từ thông chính 

Xt1- điện kháng liên quan đến từ thông tản t1

R1 - điện trở thuần của cuộn dây sơ cấp

Rfe- điện trở đặc trưng cho tổn hao thép (do từ trễ và dòng phu cô)

R1, Rfe, Xt1coi như là hằng số còn Xsẽ bị ảnh hưởng khi lõi thép bão hoà

I0chia làm hai thành phần: I  và Ife I

Quay véc tơ E1 đi một góc 1800 ta sẽ có véc tơ - E1 Theo phương trình cân bằng điện áp phía sơ cấp tadựng được véc tơ U1như sau: Từ mút của véc tơ -E1 ta đặt véc tơ I0R1 song song với véc tơ I0 Từ cuốicủa véc tơ I0R1ta dựng một véc tơ jI0R1  I0R1 Nối điểm cuối của mút véc tơ JI0Xt1 với điểm đầu củavéc tơ E1(điểm 0) ta được véc tơ U1 Độ giảm thế hiệu IoR1và jIoXt1 rất bé so với U1(nó chỉ bằng 0,15

%U1) nên có thể bỏ qua hai thành phần này

Lúc đó U1-E1 và ở chế độ không tải I0 rất bé bằng khoảng 110%I1đm Góc

0

 là góc công suất ở chế độ không tải , giá trị của cos0 rất nhỏ khoảng 0,1 nên coi Ife= 0 Tức làkhông có tổn hao Vì vậy ta có sơ đồ tương đương và đồ thị véc tơ đơn giản như hình vẽ H2-3và hình H2-4

2 – 1 - 3 Các đường đặc tính ở chế độ không tải của b/a một pha

1 – Quan hệ giữa dòng điện không tải với điện áp đặt vào U1

Io = f(U1) khi f = const

 Ở b/a không có lõi thép thì X  =const còn ở b/a có lõi thép thì X 

=var, nên Io = f(U1) không phải là tuyến tính và đặc tính có dạng như hình H2-5

I 



H2-5 NX: Nếu U1U1đm thì không gay trở ngại cho b/a, còn nếu U1U1đm thì dòng Io tăng lên đột ngột và b/akhông thể làm việc bình thường khi có tải được

Ví dụ: Khi U1 = 2U1đm thì Io = I1đm Vậy b/a không thể làm việc bình thường khi có tải được

2- Quan hệ giữa tổn hao thépP thvới điện áp nạp U1

P th = f(U1) khi f = const

NX : Nếu U1U1đm thì không gây ảnh hưởng gì cho máy b/a Ngược lại khi tăng U1U1đm thì làm cho tổnhao tăng lên đột ngột và có thể làm nóng máy b/a quá mức.

3/ Dòng điện không tải

Ta sẽ nghiên cứu tới hình dạng của dòng điện không tải khi thế hiệu nạp vào có dạng hình sin Để đơngiản ta nghiên cứu hình dạng của dòng điện kích từ I  và không chú ý tới thành phần tạo nên tổn haotrong lõi thép tức là Ife= 0

Vì U1  E1= C. Nên khi U1 là hình sin thì E1 và  cũng là hình sin Khi biết đươc hình dạng từthông  = f(t) ta sẽ sử dụng đặc tính từ hoá  = f(I  ) để tìm dạng đường cong I  = f(t) Quá trình đóđược biểu diễn trên hình H2-7

t1,t2, t3 kéo dài tại các điểm A, B, C Dựng một loạt các điểm như vậy ta được đương I  = f(t)

NX: Nếu biên độ của từ thông  vượt ra ngoài đoạn tuyến tính của đường cong từ hoá  = f(I  ) thìđường I  = f(t) là một hình sin biến dạng Sự biến dạng càng lớn khi  càng lớn ( càng vượt quá giớim

hạn của đoạn tuyến tính) Vì I  là đối xứng nên phân tích I  thành chuỗi Fourier ta có:

i = Im1Sint - Im3.Sin3t + Im5.Sin5t Và bỏ qua sóng điều hoà có bậc cao hơn 5 thì đồ thị

Giá trị biên độ cực đại là Im= Im1+ Im3+ Im5+

Ta xét trường hợp: Dòng kích từ là hình sin thì từ thông  sẽ có dạng như thế nào? Nếu i là hình sinthì ta lại sử dụng đặc tính  = f(I  ) để tìm  = f(t) Cách dựng cũng tương tự như khi tìm I  = f(t) ởtrường hợp trên, chỉ khác là quay đặc tính từ hoá thành I  = f() Biểu diễn chúng bằng hình H2-9

2-2 Chế độ có tải của máy biến áp một pha

2- 2-1 Khái niệm: Chế độ có tải của máy biến áp một pha là chế độ mà cuộn sơ cấp được đấu với nguồn

nạp có điện áp là U1đm còn cuộn thứ cấp được nối kín mạch qua tải

2- 2-2 Biến áp quy đổi.

1/ Khái niệm: Tại sao phải quy đổi biến áp?

Ta thấy rằng: Các phương trình (12),(12@) và (13) là các phương trình sđđ và stđ của máy biến áp (viết

ở dạng số phức) Các phương trình này không tiện lợi cho việc nghiên cứu quá trình công tác của máybiến áp vì: Khi hệ số biến áp K 1 nhiều thì các sđđ E E … trên đồ thị véc tơ sẽ có trị số không hợp tỷ.1, .2

lệ nữa Ngoài ra không thể dựng được mạch điện không có quan hệ cảm ứng với các phương trình (12)(12@), (13) của máy biến áp Vì vậy 1 máy biến áp thực có K 1 như vậy thì người ta phải quy đổi vềmáy biến áp có K 1 tương đương với nó

Biến áp quy đổi cần phải giữ được tất cả các tính chất của biến áp thực tế Muốn thế biến áp quy đổiphải có các điều kiện quy đổi như sau:

a: W1 const; W đổi thành 2 '

W W b: Công suất thứ cấp của biến áp thực và biến áp quy đổi là như nhau

c: Tổn hao thứ cấp không đổi

d: Góc lệch pha thứ cấp không đổi

2/ Các đại lượng quy đổi

* Điện trở cuộn thứ cấp đã quy đổi là:

Theo điều kiện cân bằng tổn hao trong dây quấn thứ cấp thì:

* Điện kháng tản mạch thứ cấp đã quy đổi X : 2s'

Theo điều kiện cân bằng về góc lệch pha là:

Trước khi nghiên cứu một biến áp thực ta phải nghiên cứu một b/a lý tưởng

Biến áp lý tưởng là biến áp không suất hiện tổn hao công suất tác dụng và phản tác dụng Khái niệm nàyđúng với gt là : R1 = 0 R2 = 0 , Xt1 = 0 , Xt2 = 0 , Rfe = ∞ , X= ∞ lúc đó Io = 0

Điều này chỉ có được khi b/a được chế tạo bằng vật liệu lý tưởng có  = ∞

Sơ đồ nguyên lý của biến áp lý tưởng như hình H2-10

1= 2b)

H2-10 Mũi tên chỉ hướng và cách cuốn vòng dây như ở hình H2-10a, đồ thị véc tơ như ở H2-10b

Với gt trên ta có : u1 = - e1 = W1

d dt



u2 = e2 = - W2d

dt

  1 1 1

Cũng theo b/a lý tưởng ta đã gỉa thiết tổn hao bằng không nên:

S1 = U1.I1 = U2.I2 = S2 = S Hay P1 = S1.Cos1 = S2.Cos2 = P2 = P

Dựa vào các gỉa thiết trên ta đưa b/a lý tưởng về mạch điện tương đương mô tả được tính chất của b/a lýtưởng có W1 = W2 như hình H2-11 với gỉa thiết ta nghiên cứu b/a có K=1

~ U .l E . l E .2 U .2 ZT

x X

I

I .l

2

E

El

H2-13

N ếu b/a lý tưởng có K1 thì cũng theo phương pháp dẫn dắt trên ta lại có b/a có K=1 Tức là quy đổi

về b/a có K = 1

2-2-3-2 Sơ đồ tương đương của biến áp thực tế khi có tải

NX: Biến áp thực tế khác b/a lý tưởng là có tổn hao công suất nên sơ đồ tương đương có dạng như hìnhH2-14

XFe

I

XT1 l

Ul

TZ

.

U2

l

Sơ đồ tương đương vẽ được bằng cách thêm vào b/a lý tưởng các đại lượng đặc trưng cho tổn hao (B/A

lý tưởng đặt trong khung vẽ bằng nét đứt) Tức là thêm vào R1, R2, Xt1 , Xt2 , Rfe , X Dựa vào cách dẫndắt b/a lý tưởng ta dựng được sơ đồ cho b/a thực tế có K 1 như hình H2-15

'

H2-15

Sơ đồ này này đã quy đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp và đã bỏ b/a lý tưởng đi (b/a có K=1)

2-2-3-3 Các phương trình cơ bản và đồ thị véc tơ của biến áp một pha khi có tải

I với gốc toạ độ ta có véc tơ I .1

- Dựng các véc tơ của phương trình (2) ta có U2  2 Đồ thị như H2-16

E =E.'2



I 0 Fe

I

1

I .

2

I ' -

I 1

.

Rl

l

X

1

I j

l

U.

.

U2' '

I 2 2R

2

I '

j X

2

2

I ' '

R 2

2

I '

' 2

U.

.

U l

jI 1 X l l R

1

I



' 2

E

=

E l

.

- l E

.

.

U 2'-

1

E E Bởi vì khi bỏ qua những đại lượng này thì b/a không còn ý nghĩa nữa.

Khi đó phương trình có dạng:

Khi đó sơ đồ tương đương,đồ thị véc tơ có dạng như hình H2-18

ABC được gọi là tam giác kapp

Ul

1

2-3 Chế độ ngắn mạch của máy biến áp một pha

2-3-1 Khái niệm

Định nghĩa: Chế độ ngắn mạch là chế độ mà cuộn sơ cấp được nối vối nguồn còn cuộn kia (cuộn thứcấp) bị ngắn mạch Khi đó U2 = 0 và mặc dù cuộn thứ cấp vẫn có dòng chạy qua nhưng năng lượng khôngđược đưa ra tải Năng lượng của b/a nhận vào sẽ biến hoàn toàn thành nhiệt Sơ đồ nguyên lý như hìnhH2-19

Ta có thể phân thành hai loại ngắn mạch sau:

- Ngắn mạch sự cố: là ngắn mạch mà điện áp đăt vào cuộn sơ cấp rất lớn (có thể là U1đm) Lúc này dòngđiện sơ và thứ cấp rất lớn (có thể tới 1020Iđm) làm cháy máy biến áp Loại ngắn mạch này thường gặpkhi sử dụng vận hành các b/a trong thực tế sản xuất

- Ngắn mạch để nghiên cứu: là để xác định các thông số của b/a cũng như các đặc tính của nó ở chế độngắn mạch sự cố Loại ngắn mạch này thường gặp trong phòng thí nghiệm

2-3-2 Sơ đồ tương đương, phương trình cơ bản, đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha ở chế độ ngắn mạch

1 – Sơ đồ tương đương: Như hình H2-20

I

'

'

I 2

=

E l

1

I

'

' '

I .0

H2-20a H2-20b

H2-20

ở đó hình H2-20a là sơ đồ tương đương dạng đầy đủ Còn hình H2-20b là sơ đồ tương đương đơn giản

ở đây ta sử dụng sơ đồ tương đương đơn giản (Io=0) vì ở chế độ ngắn mạch thì Io lại rất bé so với dòngngắn mạch do đó việc giả thiết

U cho trước Giá trị và tính chất của dòng ngắn mạch quyết định do

tổng trở ngắn mạch của máy Cosng= 0,150,7 Biến áp càng lớn thì hệ số Cosng càng bé Đồ thị véc

tơ như hình H2-21

- ' I 2

I 1

E l

-.

l

E = E 2



I 1

R l

l

X

1

I j

a/ b/R1 #R2 ;X1#X2 c/ 1=R2 ;X1=X2 d/

H2-21 ABC gọi là tam giác ngắn mạch

Thế hiệu ngắn mạch tính theo công thức:

Thế hiệu ngắn mạch đo ở% cho cả 2 phía là như nhau

Chú ý: Thế hiệu ngắn mạch là một thông số quan trọng của b/a, nó xác định sự dao động điện áp phíathứ cấp của b/a khi tải thay đổi, giá trị dòng điện ngắn mạch, khả năng làm việc song song của máy biến

áp Do đó đại lượng này được ghi vào bảng định mức của máy

Dòng ngắn mạch này (là dòng ngắn mạch ổn định) có thể đạt tới (825)Iđm

Các máy biến áp lớn thì đòi hỏi Ing bé Vì nếu lớn thì sẽ làm tăng giá thành, tăng giá thành các thiết bịbảo vệ, tăng vị trí lắp đặt

Câu hỏi ôn tập:

1 Ý nghĩa của việc quy đổi máy biến áp, các đại lượng quy đổi ?

2 Sơ đồ tương đương, phương trình cơ bản, đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha trong chế độ khôngtải ?

3 Trình bày các đường đặc tính của máy biến áp ở chế độ không tải:

Quan hệ giữa dòng không tải với điện áp sơ cấp :

I0 = f(U1) khi f1 = const

- Khi từ thông biến thiên trong lõi thép biến áp dạng sin thì dạng dòng điện không

tải có dạng như thế nào ?

- Khi dòng điện không tải có dạng hình sin thì dạng từ thông biến thiên trong lõi

thép có dạng như thế nào ?

4 Thế nào là máy biến áp lý tưởng ? Dẫn dắt sơ đồ tương đương của máy biến áp lý tưởng ?

5 Dẫn dắt sơ đồ tương đương, các phương trình cơ bản, đồ thị véc tơ của máy biến áp một pha khi cótải ?

6 Khái niệm, phân loại các chế độ ngắn mạch trong máy biến áp ? dẫn dắt sơ đồ tương đương, phươngtrình cơ bản, đồ thị vộc tơ của máy biến áp một pha ở chế độ ngắn mạch ?

7 Thế nào là điện áp ngắn mạch (thế hiệu ngắn mạch), dòng điện ngắn mạch trong chế độ ngắn mạchcủa máy biến áp một pha ?

Chương 3: Máy biến áp ba pha

3-1 Khái niệm và sự hình thành mạch từ của máy biến áp ba pha.

a/ Khái niệm

Trong thực tế sản xuất, nhiều khi người ta phải dùng b/a nhiều pha Biến áp nhiều pha được tạo bởinhiều b/a một pha riêng biệt và được nối với nhau một cách thích hợp hoặc là thiết kế một b/a nhiều phariêng biệt Nhưng b/a nhiều pha do nhiều b/a một pha hợp lại sẽ cồng kềnh, tốn nhiều nguyên vật liệu(nhất là thép làm mạch từ) Vì vậy người ta phải thiết kế biến áp nhiều pha riêng biệt Thông thường trongb/a nhiều pha ta thường gặp nhất là b/a 3 pha, còn loại 6,9,12…pha ta thường gặp trong lĩnh vực nắn dòngđiện Dưới đây ta chỉ nghiên cứu b/a 3 pha

Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha như nguyên lý làm việc của máy b/a một pha đã học Ta chỉnghiên cứu về cấu tạo cách đấu các cuộn dây, làm việc song các b/a.

1 – Cấu tạo của máy biến áp ba pha

Sự hình thành mạch từ của máy b/a ba pha: Xuất phát từ 3 biến áp một pha như sau: xem hình H3-1

Biến áp như hình H3-3 ít dùng vì cồng kềnh và phức tạp cho việc gia công, chế tạo do đó người ta sẽ chếtạo loại mạch từ phẳng như hình H3-4 Loại b/a này mạch từ không đối xứng, xong độ không đối xứng

này không lớn lắm Tiết diện lõi thép ở trụ và gông bằng nhau

Chú ý: Phải nối các cuộn dây cho đúng để đảm bảo cho từ thông khép kín mạch từ Nếu đấu khôngđúng thì từ thông sẽ khép kín qua không khí Vì vậy dòng từ hoá I  sẽ tăng lên vì độ dẫn từ giảm đi do

từ thông khép mạch qua không khí

H3-4

3-2 – Cách đấu các cuộn dây, đồ thị véc tơ, quan hệ điện áp pha và điện áp dây, dòng điện pha và dòng điện dâycho các kiểu đấu trên của máy biến áp 3 pha

a/ Cách đấu các cuộn dây

Các cuộn dây của máy b/a sau khi quấn xong có thể đấu nó theo hình Y hoặc theo hình  hoặc theohình zíc zắc Nếu ta gọi các đầu vào (các đầu đầu) của cuộn dây sơ cấp là A, B , C Còn các đầu ra (cácđầu cuối) là X, Y, Z Còn cuộn thứ cấp tương ứng là : a, b, c là các đầu đầu và x, y, z là các đầu cuối

 xét các cuộn dây sơ cấp:

Nếu các cuộn dây pha ở phía sơ cấp đấu với nhau theo hình Y thì các đầu X, Y,

Z được đấu chụm lại với nhau thành một điểm, còn các đầu A, B, C được đưa tới nguồn như hình 5.Biến áp như hình H3-3 ít dùng vì cồng kềnh và phức tạp cho việc gia công, chế tạo do đó người ta sẽchế tạo loại mạch từ phẳng như hình H3-4 Loại b/a này mạch từ không đối xứng, xong độ không đốixứng này không lớn lắm Tiết diện lõi thép ở trụ và gông bằng nhau

H3-5

Nếu các cuộn dây pha ở sơ cấp đấu theo hình  thì có thể đấu theo 2 kiểu như hình H3-6 Tức là đầucủa cuộn dây này nối với cuối của cuộn dây kia để tạo thành một mạch kín còn các đầu A, B, C được nối

với nguồn

H3-6 Chú ý: Khi nhà máy sản xuất b/a có ghi trên biển máy các giá trị định mức của máy và cách đấu cáccuộn dây là Y hay  ở mạch sơ cấp thì ta phải tuân theo trình tự đó

Thí dụ nhà máy ghi đấu Y mà ta lại đấu  thì khi đó điện áp Ufa = 3 Ufa như vậy có thể dẫn đếncháy biến áp Ngược lại thì điện áp ra nhỏ đi và không tận dụng hết công suất của máy biến áp và không

đủ điện áp ra ở mạch thứ cấp biến áp

 Xét các cuộn dây ở mạch thứ cấp:

Các cuộn dây ở mạch thứ cấp có thể đấu hình Y hoặc  như ở mạch sơ cấp Ngoài ra ở mạch thứ cấpcòn dùng cách đấu zíc zắc

Đối với cuộn dây đấu zíc zắc thì khi chế tạo người ta quấn mỗi cuộn thành hai nửa cuộn như nhau vàđặt chúng ở các lõi khác nhau Cuối của nửa cuộn này đấu với đầu đầu của nửa cuộn kia như hình H3-7

0 30

Nếu gọi IAX , IBY , ICZ là các dòng điện chạy trong các cuộn dâypha kí hiệu là Ifa Còn IA , IB , IC là các dòng điện chạy từ nguồn tớibiến áp hay từ biến áp ra tải thì theo H3-9 Ta có:

3-3 Tổ đấu của máy biến áp 3 pha.Phạm vi sử dụng các tổ đấu dây và hệ số truyền đạt

I - Tổ đấu của máy biến áp 3 pha.

1/ Khái niệm:

Đối với b/a 3 pha cho biết cách đấu các cuộn dây chưa đủ, vì cách đấu các cuộn dây chưa cho biết sựlệch pha điện áp giữa các pha cùng tên ở sơ và thứ cấp Do đó ngoài việc biết kiểu nối dây ta còn phải biếtgóc lệch pha giũa điện áp dây cùng tên ở sơ và thứ cấp Điều này rất quan trọng khi biến áp làm việc songsong

Định nghĩa: Tổ đấu dây của máy b/a 3 pha là một số hiệu quy ước, nó xác định góc lệch pha  giữađiện áp dây tương ứng sơ cấp và thứ cấp

2/ Các yếu tố xác định tổ nối dâycủa máy biến áp:

- Chiều quấn dây

- Phương pháp ký hiệu đầu dây (đầu, cuối)

- Phương pháp nối các cuộn dây của b/a 3 pha

2 yếu tố đầu được minh hoạ:

c'

c 2

1

c cUcz Ufa=

= faUaxU

Ud U= ab

2b'

b 2

H3-10

A

BC

Ta xét 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cùng nằm trên một lõi thép và được móc vòng qua một từ thông 

và quy ước sđđ có chiều từ cuối đến đầu Các trường hợp xét như hình H3-11



A

X

a x

A

X

a x

x

a X A



x a X A



a x

x

a X A

c) x

a X A

- Các đầu đầu- đầu cuối giữ nguyên như cũ, chiều quấn các cuộn dây ngược nhau thì sđđ của các cuộndây có chiều ngược nhau (cuộn ax chiều đi từ đầu  cuối), góc = 180o (H3-11b)

- Phương pháp đấu các cuộn dây ta sẽ xét trong biến áp 3 pha

3/ Dùng kim đồng hồ để chỉ tổ đấu dây của máy b/a

- Người ta dùng kim phút để chỉ véc tơ điện áp dây phía sơ cấp Kim này luôn luôn chỉ số 12

- Dùng kim giờ để chỉ véc tơ điện áp dây phía thứ cấp kim này sẽ cho biết tổ nối dây Mặt đồng hồ nhưhình H3-12

- Mỗi một số trên mặt đồng hồ ứng với 1 tổ đấu dây Khoảng cách giữa các số là 360o:12=30o

Ví dụ: Ở hình H3-11a thì kim giờ và kim phút là trùng nhau tại số 12 và ta gọi là tổđấu dây số 12 hay tổ đấu dây số 0 ( =0) Còn với H3-11b,c thì kim giờ chỉ số 6 tagọi là tổ nối dây số 6( = 180o)

H3- 12

4/ Tổ nối dây của máy biến áp 3 pha

Ta sẽ nghiên cứu phương pháp dựng đồ thị véc tơ để xác định tổ nối dây của biến áp

ba pha

Các dữ kiện để xây dựng đồ thị véc tơ:

a) Véc tơ điện áp pha của các cuộn dây sơ và thứ cấp của một pha luôn luôn song song nhau vì chúngđược cảm ứng 1 từ thông, có thể cùng hay ngược chiều nhau (phụ thuộc vào chiều quấn và cách ký hiệuđầu – cuối)

b) Nếu trên các sơ đồ đấu dây, các đầu cuối hoặc đầu đầu và cuối được đấu vào một điểm thì ở đồ thịvéc tơ, các điểm tương ứng của véc tơ điện áp pha có ký hiệu cùng chữ cái với sơ đồ đấu dây sẽ được nốivới nhau

Ta sẽ dựng đồ thị véc tơ điện áp cho tổ đấu dây Y/Y-12

Đồ thị véc tơ điện áp pha và dây cộn sơ cấp dược xác định bởi điện áp lưới Ta chỉ xây dựng đồ thị véc

tơ điện áp cho cuộn thứ cấp như hình vẽ H3-13

Vì ký hiệu các đầu đầu và cuối như nhau, chiều quấn như nhau nên các véc tơ điện áp pha sơ cấp củacác pha là song song và cùng chiều với véc tơ điện áp pha ở phía thứ cấp Lúc đó từ điểm chung x,y,z, ta

kẻ véc tơ xa//

XA , véc tơ yb YB cz CZ//  ; //  .

Nối các điểm a,b,c lại với nhau lại ta có véc tơ điện áp dây

12 3 9

6

Để xác định tổ nối dây ta tịnh tiến song song tam giác điện áp thứ cấp về tam giác điện áp sơ cấp sao cho

c U b U

cb

Uaa

A

B

C

XY

Z

y

z xa

H3-13 Nếu quấn ngược hay đổi ký hiệu đầu – cuối của cuộn thứ cấp thì ta có tổ nối dây Y/Y-6

Trong trường hợp biến áp đấu /Y hay Y/ Ta hãy xác định đồ thị véc tơ cho tổ đấu dây Y/-11 ta làmnhư sau:

- Vẽ sơ đồ đấu dây cuộn sơ cấp

- Dựng đồ thị véc tơ điện áp phía sơ cấp 1 cách bất kỳ

- Dựng đồ thị véc tơ điện áp phía thứ cấp

- Từ đồ thị véc tơ điện áp phía thứ cấp ta vẽ sơ đồ đấu dây cho cuộn thứ cấp

Đồ thị véc tơ và cách đấu các cuộn dây như hình H3-14

X Y Z

y

b c

- Nếu cuộn thứ cấp cuốn ngược chiều với cuộn sơ cấp hay ký hiệu ngược với quy định thì ta được tổ đấudây Y/-5 Tức  =150onhư hình H-c

- Nếu cuộn thứ đấu theo sơ đồ axbycza thì ta được tổ đấu dây Y/1 (đã ký hiệu ngược hay chiều quấnngược với cuộn sơ cấp)

Các nhóm 12, 6, 11, 5 gọi là các nhóm cơ sở vì từ các nhóm này ta tìm được các nhóm khác bằng cáchthay đổi đầu các cuộn dây hạ thế

Ví dụ : Nếu ở các đầu cuộn sơ cấp là A, B, C còn các đầu cuộn thứ cấp lệch đi so với các đầu cuộn sơcấp 120otức c, b, a thì lúc đó abc sẽ dịch chuyển đi so vớiABC theo chiều kim đồng hồ 1 góc 120o,tức  =30ox4 =120o và ta có tổ nối dây Y/Y-4

Nếu các đầu abc lệch so với các đầu A, B, C một góc 240o thì ta có tổ đấu dây Y/Y-8

Nếu lúc này cuộn thứ cấp lại có hướng quấn ngược thì ta có tổ nối dây chẵn 10, 2

NX : Biến áp đấu Y/Y thì ta có các tổ đấu dây chẵn còn b/a đấu theo kiểu Y/ thì ta có các tổ đấu dâylẻ

II - Phạm vi sử dụng các tổ đấu dây và hệ số truyền đạt

1/ Phạm vi sử dụng

- Tổ đấu dây Y/Yo-12 dùng cho các tải chiếu sáng và động lực hỗn hợp Động cơ mắc vào lưới có điện áp220v hoặc 380v còn mạng chiếu sáng có thế hiệu giữa dây pha và dây trung tính là 220v/ 3 = 127v hoặc380v/ 3 = 220v

- Tổ đấu dây Y/-11 dùng cho các b/a khi thế hiệu định mức lớn hơn 440v Nối có lợi cho b/a làchốngđược ảnh hưởng của sóng bậc ba Còn tổ đấu dây Yo/ được sử dụng khi cần thiết nối đất phía caoáp

Nối cuộn dây b/a theo hình Y có lợi khi điện áp cao vì khi đó Uf = Ud / 3 , tức là mỗi cuộn dây pha sẽchịu điện áp bé đi 3 lần so với điện áp dây Do đó mà yêu cầu về cách điện không đòi hỏi cao lắm Nối cuộn dây hình có lợi khi dòng lớn và áp thấp vì If = Id/ 3 tức là dòng trong mỗi cuộn dây pha béhơn 3 lần so với dòng điện dăy nên tiết diện dây dẫn bé đi, tiết kiệm được đồng và toả nhiệt dễ dàng 2/ Hệ số truyền đạt trong các cách đấu cuộn dây biến áp

Y/Y  K = 1

2

d d

fa fa

U

U =

1 2

W W

/ Y  K = 1

2

d d

U

U =

13

1 2

fa fa

U

U =

13

1 2

W W

Y/  K = 1

2

d d

U

U =

1 2

3 fa fa

U

U = 3 1

2

W W

Y/yy K = 1

2

d d

U

U =

1 2

33

fa fa

U

1 2

132

1 2

W W

3 - 4 Các chế độ làm việc của máy biến áp 3 pha

3-4-1 Chế độ không tải của máy biến áp 3 pha

Ở máy biến áp 1 pha trong chế độ không tải ta đã nghiên cứu hình dạng của dòng kích từ Ivà từ thông

 theo thời gian và đã đửa ra kết luận: Nếu từ thông = f(t) có dạng hình sin thì dòng kích từ I= f(t) códạng khác hình sin Đem phân tích dòng kích từ I hoặc từ thông  có dạng khác hình sin ra chuỗiFourier thì ta có các sóng điều hoà cơ bản và các sóng điều hoà bậc cao Trong đó ảnh hưởng nhất là sóng

điều bậc 3 còn các sóng điều bậc cao hơn 3 vì có biên độ bé nên có thể bỏ qua Trong máy b/a 3 pha thìảnh hưởng của sóng bậc ba phụ thuộc vào 2 yếu tố:

- Cách đấu các cuộn dây

- Loại mạch từ

Nếu Itrong b/a có dạng khác hình sin thì ta đem phân tích thành chuỗi Fourier và bỏ qua thành phầncao hơn 3 chúng sẽ có dạng:

iA = I1m.Sint+ I3m.Sin3t

iB = I1m.Sin(t-120o) + I3m.Sin3(t-120o) = I1m.Sin(t-120o) + I3m.Sin3t

iC = I1m.Sin(t+120o)+ I3m.Sin3(t+120o) = I1m.Sin(t+120o)+ I3m.Sin3t

ở đó I1m là biên độ của sóng điều hoà bậc 1

I3m là biên độ của sóng điều hoà bậc 3

iA, iB, iClà các giá trị tức thời của dòng kích từ ở các pha A, B, C

Như vậy theo các biểu thức trên thì thành phần bậc 3 của dòng kích từ ở cả 3 pha là cùng pha Tức là giátrị tức thời của thành phần bậc 3 của cả 3 pha ở mọi thời điểm là như nhau Đồ thị véc tơ của sóng bậc 1

Y hay tức là không chạy được từ nguồn tới b/a Nhưng nếu đấu  thì ở bên trong b/a sẽ có dòng kích

từ bậc 3 khép kín vòng quanh các cuộn dây Dòng điện này có thể đo được như hình H3-18

1 – Chế độ không tải của máy b/a đấu theo kiểu Y/Y

a/ Biên áp 3 pha gồm 3 b/a 1 pha

Do cuộn dây sơ cấp không có dây trung tính nên dòng bậc 3 không thể chạy từ nguồn tới b/a được Vìkhông có thành phần dòng bậc ba nên từ thông trong b/a không có dạng hình sin Từ thông  Sin tacũng đem phân tích như dòng kích từ khác hình Sin đã xem xét ở trên và ta cũng có : 3A3B 3C

Với tổ máy biến áp 1 pha (b/a 3 pha gồm b/a 1 pha) thì từ thông bậc 3 sẽ khép mạch riêng rẽ theo các trụcủa nó như hình H3-19nên chúng sẽ sinh ra các sđđ bậc ba khá lớn Sđđ bậc 3 cộng với sđđ bậc nhấtcộng vào nhau gây nên quá áp trong các cuộn dây pha của b/a Nhưng điện áp dây vẫn không bị quá áp.Tức là hệ thống điện áp dây vẫn là hàm điều hoà bậc nhất như hình H3-20

b / Đối với máy b/a 3 pha 3 lõi phẳng kiểu trụ (tức là 3 cuộn dây 3 trụ)

Trong các b/a như thế thì không phụ thuộc vào cách đấu các cuộn dây vì  sẽ triệt tiêu nhau trên cácgông từ, phần còn lại chạy ra ngoài không khí hoặc dầu tạo thành từ thông tản Do đó sđđ bậc 3 sẽ bé đi

Do từ thông khép mạch qua không khí nhiều nên gây ra dòng điện xoáy lớn làm nóng máy b/a và giảmhiệu suất của máy

c / Đối với máy b/a 3 pha 3 cuộn dây 5 lõi phẳng (tức kiểu bọc)

Trường hợp này thì từ thông 3 sẽ ảnh hưởng lớn vì nó khép mạch qua các gông và trụ có độ dẫn từlớn Như vậy sđđ E3 lớn tương tự như trường hợp b/a 3 pha cuộn dây 3 trụ độc tập (b/a 3 pha gồm 3 b/amột pha)

2 – Chế độ không tải của b/a 3 pha khi đấu Y/ hay/Y

a / Khi b/a đấu/Y thì trong các cuộn dây pha sẽ có dòng từ hoá bậc 3 khép kín trong 3 cuộn dâynhư vừa nói trên nên I 3 tạo ra 3 làmgiảm3do dòng kích từ bậc 3 gây nên vì vậy E3 nhỏ đi

b / Khi b/a đấu Y/ : vì cuộn sơ cấp đấu Y nên I 3= 0 (ở cuộn sơ cấp) Tức Icó dạng hình sin.Vậy từ thông  có dạng khác hình sin, tức có3 làm sinh ra sđđ bậc 3 E3 ở dây cuốn sơ và thứ cấp Vìtrong mạch thứ cấp hình  thì các sđđ E3 trùng pha nhau và tạo ra một dòng diện I 2 3 gọi là dòng thứ cấpsóng bậc 3 Còn ở cuộn sơ cấp không có dòng I 1 3 do E3 sinh ra I 2 3 sinh ra 23 ngược chiều với 3

làm cho3tổng hợp sẽ bé đi nhiều so với 3 do đó ở cuộn sơ cấp không suất hiện E3 lớn Như vậy dâycuốn thứ cấp đấuthì từ thông trong b/a thực tế là hình sin.

KL: Nếu dây cuốn sơ cấp hoặc thứ cấp đấu hình thì sẽ loại trừ được từ thông3 Và như vậy sẽ cảithiện được điều kiện công tác của b/a

3-4-2 Chế độ có tải của máy b/a 3pha.

1 – Tải của máy b/a là đối xứng:

Biến áp 3 pha có tải đối xứng ứng với dòng trong các pha là IA, IB, IC thì đồ thị véc tơ ở các pha của b/a

sẽ suất hiện các tam giác sụt áp như hình H3-21

I

=

IC

'2b

2 , I/

2 và tam giác sụt áp xong rồi mới nối mút véc tơ JIXtđ về không, lúc đó ta mới có

UA, UB, UC

2 – Tải không đối xứng

(Tham khảo trong các sách)

3-4-3 Các máy biến áp làm việc song song

1/ ý nghĩa về các biến áp làm việc song song.

Để đảm bảo độ tin cạy của việc cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng, cũng như để sử dụng triệt để

công suất thiết lập của b/a khi các phụ tải thay đổi theo ngày và đêm Tức là khi sử dụng phụ tải nhiều thì

sử dụng nhiều nhiều b/a làm việc song song và ngược lại ít phụ tải thì sử dụng ít b/a làm việc song song

Do vậy người ta phải đấu các b/a áp làm việc song song với nhau

Vậy các máy b/a làm việc song song nhau là các máy mà phía sơ cấp được nạp chung vào một mạng,còn phía phía thứ cấp thì được đưa tới một mạng và đưa tới phụ tải

Sơ đồ nối dây như hình H3-22

b

rst

TSR

Các b/a công tác song song cần có các yêu cầu sau đây:

-Dòng điện thứ cấp của các b/a khi không tải cần phải bằng không Các cuộn sơ cấp chỉ chạy một dòngđiện không tải có giá trị nhỏ so với dòng định mức

Trong trường hợp ngược lại thì ở b/a sẽ xuất hiện dòng điện cân bằng sẽ gây tổn hao trong b/a Điều đódẫn tới các b/a sẽ không sử dụng hết công suất định mức

- Khi công tác song song nhau thì tải phải được phân bố đều giữa các b/a Tức là sự phân bố tải phải tỷ

lệ với công suất định mức của từng biến áp

Trong trường hợp ngược lại thì có biến áp bị quá tải, có b/a sẽ non tải

- Dòng phụ tải của các b/a phải cùng pha nhau để cho công suất của toàn hệ thống gần bằng tổng số họccông suất của từng b/a

2 / Các điều kiện làm việc song song

Để đảm bảo các yêu cầu trên, các b/a làm việc cần có các đièu kiện sau đây:

1 - Điện áp định mức ở sơ cấp và thứ cấp của b/a tương ứng phải bằng nhau

2 – Tổ nối dây của các máy biến áp phải như nhau

3 – Các trụ đấu dây cùng tên phải được nối vào một dây

4 - Điện áp ngắn mạch của các b/a phải bằng nhau

Nếu không tuân theo 1 trong 4 điều kiện nói trên thì quá trình làm việc của các b/a sẽ xấu đi và có thểdẫn tới hư hỏng máy b/a

Ta xét từng điều kiện không tuân theo:

+ Nếu điều kiện thứ nhất không thoả mãn:

Giả thiết đặc tính ngoài của 2 b/a I và II đang công tác song song như hình H3-23:

A

U20I

II 20

U

I T

I IIIT

H3-23

Khi đóng cả 2 máy vào một lưới và đưa tới phụ tải thì điện áp thứ cấp của 2 máy là như nhau U2I U2II

và điểm công tác của mỗi máy là AI và AIItương ứng với dòng của mỗi máy là IT = II +III Nếu ngắt tải

ra khỏi các b/a Tức là dòng tải của các b/a bằng không Nhưng giữa 2 b/a vẫn xuất hiện một dòng điệncân bằng chạy trong các cuộn dây thứ cấp của b/a Dòng điện đó gọi là dòng cân bằng:

+ Nếu điều kiện thứ 3 không thoả mãn

Tức là các trụ đấu dây không cùng tên lại đấu vào nhau Khi đó trong các cuộn dây của các b/a xuất hiệndòng điện cân bằng rất lớn (loại dòng ngắn mạch)

Ví dụ : Đầu aI đấu với đầu bIIvà đầu aIIđấu đến đầu bI thì khi đó dòng điện cân bằng sẽ chạy từ đầu a

I  bII vào b/a II  b/a I như hình vẽ H3-24

b/a I

b/a II

a b

b

a b/a I

b/a II

iI a

U UbI

II b

Icb = 2 2 . 15

2

o dm ngI ngII ng

U Sin U

II 2

U

I 2

U

U

300

H3-25 Như vậy các biến áp công tác song song ngoài dòng điện tải còn có dòng cân bằng cộng vào nó, dòngnày sẽ chạy vòng trong các cuộn dây thứ cấp b/a, làm cho máy có chiều dòng tải cùng chiều với dòng cânbằng sẽ nặng tải, còn máy có chiều dòng tải ngược chiều với dòng cân bằng sẽ non tải

Như vậy các b/a công tác song phải có cùng tổ đấu dây

Cũng có thể có các b/a công tác song song có tổ đấu dây khác nhau nhưng phải đảm bảo điều kiện cânbàng về điện thế và pha được mắc cùng lưới điện

Để kiểm tra điều kiện này người ta phải dùng phương pháp ảnh của gương Thực chất của phương pháp

đó là khi so sánh tổ nối dây của 2 biến áp ta thấy thế hiệu cùng tên của các cực cùng tên khác nhau thì tadùng một gương đưa vào đồ thị véc tơ của b/a Nếu ảnh của sao điện áp của b/a này cho ta điều kiện cânbằng về điện thế thì 2 b/a có thể làm việc song song nhau được

Ví dụ: hai b/a có tổ đấu dây / Y5và /Y11 Để xem các b/a này có làm việc song song với nhau đượckhông ta dùng phương pháp ảnh của gương Tức là theo đồ thị véc tơ và gương như hình H3-26

t s r

Trụ b của b/a đấu vào đấu vào dây r còn dây s đấu với trụ a của / Y5 và trụ c của/Y11 và dây t đấu vớitrụ c của / Y5 và trụ a của/Y11

+ Nếu điều kiện thứ 4 không thoả mãn:

Ta biết là khi làm việc tải phải chia đều giữa các b/a thì thế hiệu ngắn mạch của chúng phải như nhau

Vậy khi 2 b/a làm việc song song có e Ie II thì giả thiết có 2 b/a I và II làm việc song nhau có e I  e II như

U

II 1

I 2

U

I 1

Từ hình H3-28c ta thấy khi mà các b/a công tác độc lập (tức K mở) thì đồ thị véc tơ là hình H3-28a và

H3-28b Còn khi các b/a công tác song song nhau(Kđóng ) thì đồ thị véc tơ là hình H3-28d Và từ đồ thịvéc tơ ta thấy b/a I có eI lớn nên U2 nhỏ Vậy dòng tải bé (vì I2 = 2

II I ng

Z I

I Z hay Uđm. .

II I dm I

II dm

I I

I

dm dm II

 (2) Từ (1) và (2)  Khi biến áp làm việc song song thì dòng điện và công suất ở hệ

đơn vị tương đối tỷ lệ nghịch với thế hiệu ngắn mạch

Khi biết được đặc tính ngoài của máy(như hình H3-29) thì ta dễ dàng thấy là: Nếu b/a có eng lớn sẽ chịutải ít khi công tác song song và ngược lại

U2II I 2

Như vậy để phân phối đều tải giữa các b/a thì thế hiệu ngắn phải bằng nhau

Nếu 2 b/a có SI SII cong tác song song nhau thì b/a nào có S lớn nên chọn eng bé để sử dụng đượctoàn bộ suất định mức của b/a

Nếu cần thiết phải sử dụng 2 b/a có eIeII nhiều thì nối nối tiếp một cuộn kháng vào máy có eng bé Thoả mãn các điều kiện trên vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu là công suất của toàn bộ các b/a côngtác song song nhau phải bằng tổng số họccông suất của các b/a riêng biệt Từ đồ thị véc tơ như hình H3-

30 ta thấy dòng điện I là tổng số học tức công suất cũng là tổng số học Vậy để công suất hay dòng điện

là tổng số học thì cosng phải như nhau

1U

2U

H3-30

Câu hỏi ôn tập :

1 Trình bày sự hình thành mạch từ không đối xứng của máy biến áp ba pha ?

2 Trình bày các phương pháp đấu (nối) cuộn dây của máy biến áp ba pha, đồ thị véctơ, quan hệ điện áppha

với điện áp dây, dòng điện pha và dòng điện dây cho các trường hợp đấu dây trên ?

3 Khái niệm về tổ nối dây, phân tích các yếu tố để xác định tổ nối dây máy biến áp ba pha ?

4 Vẽ sơ đồ tổ nối dây máy biến áp 3 pha: / - 11; / - 9;/ - 7; / - 12; / - 2; / - 4 và từ đósuy ra các tổ nối dây của các giờ đối xứng ?

5 Phạm vi sử dụng các tổ nối dây và hệ số truyền đạt của máy biến áp ba pha ?

6 Chế độ không tải của máy biến áp ba pha khi các cuộn dõy đấu / ?

7 Chế độ khụng tải của máy biến áp ba pha khi cỏc cuộn dây đấu / và / ?

8 Ý nghĩa, các yêu cầu, các điều kiện làm việc song song của máy biến áp ba pha ?

9 Phân tích các điều kiện làm việc song song của máy biến áp khi không thỏa mãn ?

Chương 4: Máy biến áp đặc biệt.

Khái niệm chung

Các máy điện đã học nói trên được xếp vào những phần tử thực hiện trong một hệ thống điện Trongthực tế sản xuất ta còn gặp rất nhiều các loại máy điện khác nhau và có công suất bé Chúng được xếp vàocác phần tử điều khiển trong một hệ thống điện hoặc những phần tử phục vụ cho đo lường, nâng cao chấtlượng của việc điều khiển, điều chỉnh …

Ta sẽ nghiên cứu một số máy điện đặc biệt sau:

4-1 Biến áp đo lường và biến dòng đo lường

Trong thực tế sản xuất, khi cần đo các đại lượng dòng điện, điện áp, công suất … Có các giá trị rất lớn,người ta không thể chế tạo được các dụng cụ đo có các giá trị lớn như vậy được vì kích thước, cách điệncho dụng cụ đo không đáp ứng được

Vì vậy người ta phải dùng các biến áp, biến dòng để hạ các giá trị điện áp, dòng điện xuống rồi mới đưavào các đồng hồ đo Như vậy các biến áp, biến dòng chỉ phục vụ cho đo lường thì được gọi là các biến áp

và biến dòng đo lường

Việc sử dụng các biến áp và biến dòng đo lường cho phép ta tiêu chuẩn hoá được các đồng hồ đo ở giátrị: Vol- mét là 110v hoặc 100v còn Ampe-mét là 15 A

I Biến dòng đo lường TI

a / Câú tạo và nguyên lý làm việc

- Sơ đồ nguyên lý của máy biến dòng như hình H4-1

1

W

W I

I

 = Kbd (khác với Kba) gọi là hệ số biến dòng, nó là một tham số quan trọngcủa máy biến dòng

- Sai số dòng điện:

Thực tế dòng điện I0  0 nên biến dòng có sai số:

I =

1

1 2

I

I I

K bd 

ở đó Kbd.I2 là giá trị tính theo I0 = 0 ; I1 là giá trị thực tế tính theo I00

- Sai số góc i:

Do I0 0 nên có sự lệch pha giữa I1 và I2, nên góc giữa véc tơ I1 và I2 khi quay I2 (hoặc I1) đi một góc 180

0 gọi là sai số góc i của biến dòng Đồ thị véc tơ biểu diễn sai số góc này như hình vẽ H4-2 I0 càng lớnthì icàng lớn Vậy để giảm sai số sai số góc của biến dòng, thì người ta cho máy biến dòng làm việc ởchế độ ngắn mạch Theo sai số về dòng điện người ta chia biến dòng thành 4 cấp chính xác sau : 0,2 ;0,5 ; 1,0 ; 3,0 Trong đó cấp 0,2 dùng trong phòng thí nghiệm ; cấp 0,5 dùng trong công nghiệp ; còn cấp1,0 và cấp 3,0 dùng trong các mạch rơ le dòng bảo vệ Sai số của biến dòng tính bằng phút “,” bảngthống kê sai số của biến dòng và biến áp đo lường như bảng4-1:

4-1

H4-2

c / Công dụng của biến dòng

Dùng máy biến dòng cho việc đo dòng điện, trong mạch của đồng hồ đo năng lượng điện, trong mạchbảo vệ của rơ le, mạch tự động điều chỉnh điện áp

Chú ý: - Cuộn thứ cấp W2 của máy biến dòng phải tiếp mát để đề phòng điện áp cao từ bên phía sơ cấplan sang

- Ngoài ra phòng khi cuộn thứ cấp hở mạch thì I0  I1, mà I1 lại rất lớn nên làm cho mạch từ bịbão hoà nghiêm trọng Và vì vậy làm cho từ thông  không còn là hình sin mà sẽ có dạng bằng đầuđường nét đứt ,

 như hình H4-3 Vì vậy xuất hiện E20 rất lớn tới hàng vạn vol, gây nguy hiểm cho người

sử dụng Vì vậy trước khi thay Ampe ta phải nối ngắn mạch 2 cực thứ cấp của biến dòng như hình H4-4

H4-3

II Máy biến áp đo lường TU

a / Cấu tạo và nguyên lý làm việc

- Sơ đồ nguyên lý: Như hình vẽ H4-5

H4-5

- Cấu tạo: Thực chất nó là một biến áp hạ áp nên cuộn sơ cấp có số vòng dây lớn, còn cuộn thứ cấp có

số vòng dây bé Mạch từ như biến áp thông thường đã học Còn các cuộn dây thì: Cuộn W1 mắc vào lướicần đo Cuộn W2 được khép kín qua Vol-mét hoặc cuộn điện áp của Woắt-mét… Cuộn dây của các dụng

cụ trên có điện trở tương đối lớn Nên coi biến áp đo lường làm việc ở chế độ không tải

W

W U

Theo hệ số biến áp K người ta khắc trên Vol-mét sao cho có thể đọc được trực tiếp điện áp ở mạch sơcấp :U1 = K.U2

b / Các tham số của máy biến áp đo lường

- Hệ số biến áp:

K =

2

1 2

1

W

W U

U

U U K

4-2 Máy biến áp tự ngẫu.

1 / Định nghĩa: b/a tự ngẫu là b/a mà các dây quấn của nó ngoài quan hệ về từ còn có sự nối điện vớinhau gọi là b/a tự ngẫu

2 / Nguyên lý cấu tạo và hoạt động

+ Cấu tạo: Nó cũng gồm có 2 phần: Lõi thép và cuộn dây

Lõi thép là các lá thép KTĐ hình dải khăn được cuộn lại thành một hình trụ tròn rỗng; Còn cuộn dây chỉ

có 1 cuộn còn cuộn thứ 2 chỉ là 1 phần của cuộn thứ nhất

Biến áp tự ngẫu có thể là tăng áp hoặc giảm áp

Để giải thích nguyên lý hoạt động của b/a này ta xét một b/a có 2 cuộn dây bình thường và có hệ sốtruyền đạt gần bằng một Ta tiến hành biến đổi một b/a bình thường (hình H4-6) thành một biến áp tựngẫu như hình (H4-8)

Quá trình biến đổi: Từ hình H4-6 ta nối điểm X với điểm x Sau đó ta tìm ở cuộn sơ cấp 1 điểm A1 saocho tại đó có thế bằng với thế tại điểm tại điểm a Nối điểm A1 với a (H4-7) sẽ không gây nên một sự thayđổi gì về dòng điện Nếu thế ta có thể thay thế cuộn dây ax bằng một phần A1X của cuộn dây AX như H4-8

I =

-A 1

1

I.A

X x

W 2 1

Với giả thiết đó thì U.1phavớiU và .2 I  pha với 1. I Nên ta có thể viết pt (1) thành: I = I.2 2- I1

Hệ số biến áp của b/a tự ngẫu khi không tải là K = 1

2

U

U =

1 2

W W

Nếu K  1 thì dòng điện I rất bé so với dòng I1 và I2 và vì vậy dòng điện chạy trong cuộn dây chung sẽrất bé  làm giảm tiết diện dây quấn  tiết kiệm đồng

Đây là một ưu điểm của b/a tự ngẫu

+ Xét việc truyền công suất của b/a áp tự ngẫu:

Trong b/a thường thì công suất truyền từ sơ sang thứ cấp bằng con đường từ Còn ở b/a tự ngẫu thì việctruyền công suất bằng cả 2 con đường điện và từ Ta sẽ phân tích việc truyền công suất đó bằng các sơ đồnhư hình H4-9

1

I

2

I

-I

U..

U. .

Từ hình H4-9c ta có thể biểu diễn b/a tự ngẫu làm 2 mạch riêng rẽ như hình H4-9d và H4-9e

Hình H4-9d biểu diễn b/a 2 cuộn dây có ở cuộn sơ cáp điện áp là( .

Còn ở hình H4-9e biểu diễn công suất dẫn (Tức là công suất điện của biến áp tự ngẫu) Tức là Sd = U2.I1

Vì tại đây không có sự tham gia của công suất từ (Sở dĩ gọi là công suất dẫn vì có nối trực tiếp cuộn sơcấp và cuộn thứ cấp với nhau)

Vậy công suất của biến áp tự ngẫu là:

S = Sd + Sđt = U1I1  U2I2

ở đó Sd = U2I1 = S 1

K ( vì K =

2 1

3/ Ưu nhược điểm của biến áp tự ngẫu:

Ưu điểm: Do có sự truyền công suất bằng con đường điện nên lõi b/a có thể bé hơn, vì vậy nên tổn haothép nhỏ Tổn hao đồng cũng nhỏ vì I1 lớn chỉ chạy qua một phần AA1 còn dòng I chạy qua phần dâychung A1X lại có giá trị rất bé Do lõi của b/a bé nên chiều dài vòng dây cũng ngắn  làm ít tốn thép vàđồng

Tóm lại ưu điểm là; ít tốn thép và đồng

Khuyết điểm:

+ Mọi sự nhiễu loạn ở mạch sơ cấp đều truyền sang mạch thứ cấp Điều đó rất nguy hiểm khi hệ sốtruyền đạt lớn

+ Phía cao áp và thấp áp có quan hệ với nhau về điện nên rất nguy hiểm cho người sử dụng

Công dụng: - Biến áp tự ngẫu được được dùng trong lĩnh vực năng lượng, tự động hoá và điều khiển từxa

- Dùng để điều chỉnh điện áp rộng và láng

4-3 Máy biến hàn.

Có nhiều kiểu b/a hàn Phụ thuộc vào cách điều chỉnh dòng hàn mà mỗi kiểu là khác nhau

Xét b/a hàn mà việc điều chỉnh dòng hàn bằng cuộn kháng

+ Cấu tạo: Giống như b/a thường, nhưng điện áp không tải thấp khoảng 6070v

Còn điện áp định mức khỏang 3035v

Để hồ quang cháy được ổn định thì b/a hàn phải có đặc tính ngoài dốc Vì vậy mà về nguyên lý không

có gì khác với b/a bình thường Trong chế tạo người ta phải chế tạo sao cho có từ thông tản lớn hoặc làthêm một cuộn điện kháng L để làm cho đặc tính ngoài dốc xuống Khi hàn, muốn điều chỉnh dòng hànthì người ta điều khe hở của lõi cuộn dây điện kháng

Câu hỏi ôn tập :

1 Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy biến áp tự ngẫu ?

2 Máy biến áp đo lường, máy biến dòng đo lường ?

PHẦN II : MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (DỊ BỘ)

Chương 5 : Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ

5 - 1 Định nghĩa và phân loại

Người ta phân loại động cơ điện dị bộ dựa vào các dấu hiệu sau:

- Theo số pha người ta chia thành:

Động cơ điện dị bộ 1 pha, 2 pha, 3pha Chủ yếu là loại động cơ 1 pha và 3pha

- Theo cấu tạo người ta chia thành:

+ Động cơ điện dị bộ có cổ góp

+ Động cơ điện dị bộ không có cổ góp Loại này được chia thành:

Loại có rôto kiểu lồng sóc

Loại có rôto kiểu dây quấn

Loại rôto kiểu dây quấn có ưu điểm là: Việc điều chỉnh tốc độ đảm bảo yêu cầu kỹ thuật hơn loại rôtokiểu lồng sóc

- Cũng theo cấu tạo người ta chia thành: Kiểu kín, kiểu hở, kiểu chống nổ