Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương. Chương 2: MÁY BIẾN ÁP

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh Chương 2: MÁY BIẾN ÁP I Giới thiệu máy biến áp MBA pha: V1đm, V2đm = V20, I1đm, I2đm, Sđm = V2đm.I2đm≈ V1đm.I1đm[VA] Chương 3: Máy biến áp Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương MBA bapha: TCBinh Vđm dây, Iđm dây, Sđm = V2đm.I2đm≈ V1đm.I1đm[VA] Máy biến áp thiết bị điện từ tónh làm nhiệm vụ truyền tải phân phối lượng Gồm cuộn dây sơ cấp nối nguồn điện cuộn dây cảm ứng nối tải cuộn thứ cấp Ký hiệu: Chương 3: Máy biến áp TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương ϕ i1 v1 II i2 N1 N2 v2 Zt Chế độ khơng tải Chương 3: Máy biến áp Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh Ví dụ: Biết Pc =16W, (VI)rms=20VA, V=194Vrms Tính cos θc, Iϕ ϕ, Im? Chương 3: Máy biến áp TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương ϕ I&1 & E& U 1 III N1 &I = N2 & E& U Ảnh hưởng dòng sơ cấp; Máy biến áp lý tưởng Chương 3: Máy biến áp Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh Ví dụ: Cho mạch tương đương máy biến áp lý tưởng hình sau: Chương 3: Máy biến áp TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương Trở kháng cuộn thứ cấp R2+jX2 = 1+j4Ω N1/N2=5:1 a) Vẽ mạch tương đương quy sơ cấp b) Cấp điện áp vào cuộn sơ cấp 120Vrms, nối tắt A-B, tính dịng điện sơ cấp dịng điện qua điểm ngắn mạch? c) Tính lại R2+jX2 = 0,02+j0,97Ω IV Kháng trở sơ đồ mạch tương đương φ i1 u1 Chương 3: Máy biến áp i2 N1 N2 u2 Zt Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương Chương 3: Máy biến áp TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh Ví dụ: Cho máy biến áp: 2400:240V, 50Hz R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω Vẽ mạch tương đương a) Quy cao áp? b) Quy hạ áp? Nếu cấp điện 2400V vào cuộn sơ cấp, tính dịng điện qua nhánh từ hóa? V Các yếu tố kỹ thuật phân tích máy biến áp Chương 3: Máy biến áp TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương Ví dụ: Cho máy biến áp: 2400:240V, 50Hz R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω Nếu cấp điện 2400V vào cuộn sơ cấp: a) Vẽ mạch tương đương quy sơ cấp? b) Tính điện áp thứ cấp hở mạch (trị phức)? c) Vẽ mạch tương đương gần đúng, tính Req Xeq? Ví dụ: Cho máy biến áp: 50-kVA, 2400:240V, 50Hz R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω Trở kháng đường dây trước biến Zs = 0,30+j1,60Ω Biết điện áp trước đường dây cấp nguồn cho biến 2400V Biến nối tải định mức có hệ số cơng suất 0,8 (chậm pha) Bỏ qua sụt áp nhánh từ hóa biến đường dây Tính điện áp cuộn dây thứ cấp? /10 Ví dụ: Tính lại câu tải có cosθθ=0,8 (nhanh pha)? Chương 3: Máy biến áp 10 TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương Ví dụ: Cho máy biến áp: 50kVA, 2400:240V, 50Hz Tính lại độ ổn định điện áp cho ví dụ đầy tải 50kW với tải có hệ số cơng suất đơn vị? Giản đồ lượng máy biến aùp S1=P1+ jQ1 Sđt=Pđt+jQđt pFe+jqm pCu1+ jq1 S2= P2+jQ2 pCu2 + jq2 Hệ số tải máy biến áp β= Khi I2 I dm β = - taûi định mức; ≈ I1 I1dm β < - non tải; β > - tải Hiệu suất máy biến áp η= P2 P1 Chương 3: Máy biến áp η% = P2 100 P1 13 TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương η= P2 P2 = P1 P2 + PFe + PCu P2 = U2I2 cosθ = β.Sñmcosθ PFe ≈ P0 PCu = I12R1 + I22R2 = I12(R1+R’2) = I12Req = β2Pn η= ⇒ (TN khoâng tải với: U1đm) (TN ngắn mạch với: I1đm) β Sdm cosθ β Sdm cosθ + P0 + β Pn cosθ không đổi hiệu suất cực đại khi: dη =0 dβ Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại là: β= β2.Pn = P0 ⇔ P0 Pn Với Po công suất không tải điện áp định mức Và Pn công suất ngắn mạch dịng điện định mức Độ thay đổi điện áp máy biến áp U1 = m = const U2 = U20 = U2đm Khi máy biến áp chế độ tải U2 < U2đm phụ thuộc vào tải điện áp rơi dây quấn sơ cấp thứ cấp Độ biến thiên điện áp thứ cấp ∆U2 là: ∆U2 = U2đm – U2 Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm: ∆U % = Hay ∆U % = U dm − U 100 U dm k.U 2dm − k.U U − U '2 100 = 1dm 100 k.U dm U 1dm ∆U % = U1dm a θ -U’2 Đ’2 = -Đ1 β (U eqr cosθ + U eqx sin θ ) U1dm ZeqĐ1 c XeqĐ1 b ReqĐ1 = β (U eqr % cos θ + U eqx % sin θ ) Löu ý: sin θ > dòng điện chậm pha (tải cảm) sin θ < dòng điện sớm pha (taûi dung) U nr = U eqr = R eq I1dm U nx = U eqx = X eq I1dm U n = U sc = U eq = Z eq I1dm U nr % = U eqr % = U nx % = U eqx % = Chương 3: Máy biến áp U eqr U 1dm U eqx U 1dm 100 = 100 = R eq I1dm U1dm X eq I1dm U 1dm 100 100 14 TCBinh Baøi giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương ⇒ ∆U2% phụ thuộc vào hệ số tải tính chất tải Từ ∆U2% ta tính điện áp thứ cấùp U2 theo công thức:  ∆U %  U = U 2dm − ∆U = U 2dm 1 −  100   U2 C U20 R L β Ví dụ: Cho máy biến áp: 50kVA, 2400:240V, 50Hz Thí nghiệm ngắn mạch: với điện áp (sơ cấp) 48V, đo dòng điện ngắn mạch (sơ cấp) 20,8A cơng suất ngắn mạch 617W Thí nghiệm khơng tải: điện áp hở mạch (thứ cấp) 240V, dịng khơng tải (sơ cấp) 5,41A, công suất hở mạch 186W _ Tính hiệu suất độ thay đổi điện áp biến làm việc: + 100% tải, tải có hệ số cơng suất 0,8 (nhanh pha)? + 50% tải, tải có hệ số cơng suất 0,8 (nhanh pha)? _ Tính hiệu suất cực đại, tải hệ số tải đó, biết tải có hệ số cơng suất 0,8 (nhanh pha)? VI Máy biết áp từ ngẫu; Máy biến áp nhiều cuộn dây VI.1 Máy biết áp từ ngẫu Khơng cách ly Từ tản nhỏ, tổn hao, dịng khơng tải nhỏ, rẻ tiền, làm ổn áp Tỷ lệ xấp xỉ 1:1 Ví dụ: Cho máy biến áp cuộn dây: 50kVA, 2400:240V, 50Hz Chương 3: Máy biến áp 15 Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh Biến áp làm biến áp từ ngẫu, với ab làm cuộn 240V bc làm cuộn 2400V a Tính điện áp ab ac? b Tính cơng suất biểu kiến định mức [kVA] dịng điện định mức? c Tính hiệu suất cấp điện cho tải định mức có HSCS=0,8 chậm pha? Biết R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω Ví dụ: Cho máy biến áp: 450kVA, 460:7970V với hiệu suất 98,7% cấp điện cho tải định mức có HSCS=1 Nếu dùng biến áp biến áp từ ngẫu 7970:8430V Tính cơng suất biểu kiến định mức [kVA], dịng điện định mức hiệu suất cấp điện cho tải định mức có HSCS=1? VI.2 Máy biến áp nhiều cuộn dây Chương 3: Máy biến áp 16 TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương T1 18 17 16 12 11 10 15 14 13 TRANSFORMER VII Máy biến áp ba pha Tỷ số máy biến áp k = a = Chương 3: Máy biến áp N V1 I ≈ ≈ N V2 I1 17 Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh Y/Y Có thể thay cuộn ∆ cuộn Y với điều kiện: Chương 3: Máy biến áp 18 Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh I03A = I03m sin3(ωt) I03B = I03m sin3(ωt – 2π/3) = I03m sin3(ωt) I03C = I03m sin3(ωt + 2π/3) = I03m sin3(ωt) Hài bậc ba pha pha Chương 3: Máy biến áp 19 Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh a) Máy biến áp ba pha nối Y/Y riêng biệt, khơng tồn dịng bậc ba phía sơ cấp =>từ thông vạt đầu hài bậc ba=> điện áp thứ cấp bị nhọn đầu => hạn chế sử dụng b) Máy biến áp ba pha trụ nối Y/Y, khơng tồn dịng bậc ba phía sơ cấp, từ thơng khơng có hài bậc ba khép mạch từ trụ qua trụ khác, song khép mạch khơng khí hay dầu biến áp, gây tổn hao, nên không dùng cho biến công suất lớn c) Máy biến áp ba pha nối ∆/Y, tồn dòng bậc ba khép kín phía sơ cấp => dịng điện sơ cấp nhọn đầu =>từ thông dạng sin=> điện áp thứ cấp dạng sin chuẩn => thường sử dụng d) Máy biến áp ba pha nối Y/∆, khơng tồn dịng bậc ba khép kín phía sơ cấp =>từ thơng hài bậc ba Φ3Y=> từ thông bậc ba tạo điện áp cảm ứng thứ cấp e23=> hạn chế sử dụng chậm pha 90o so với Φ3Y e23 tạo i23 khép kín phía thứ cấp chậm pha 90o, sinh từ thông bậc ba Φ3∆, ngược pha triệt tiêu với Φ3Y Φ3 = Φ3Y + Φ3∆ ≈ => từ thông không bị vạt đầu => điện áp thứ cấp dạng sin chuẩn=> thường sử dụng Chương 3: Máy biến áp 20 Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương Chương 3: Máy biến áp TCBinh 21 TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương Ví dụ: Cho ba máy biến pha, 50kVA, 2400:240V, 50Hz, R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω nối Y/∆ thành biến áp ba pha 150kVA Trở kháng đường dây trước biến 0,15+j100Ω/pha Điện áp dây cấp vào sơ cấp biến áp 4160V Trở kháng đường dây trước sau biến 0,0005+j0,0020Ω/pha Tính điện áp dây tải biến áp làm việc với dịng điện định mức tải có HSCS=0,8 chậm pha Ví dụ: Tính lại ví dụ biến nối Y/Y Ví dụ 2.9: Cho biến ví dụ trên, nối ∆/∆, cấp điện áp dây 2400V thông qua điện cảm 0,8Ω Biến kết nối tới cuộn thứ cấp biến khác nối Y/∆ 500kVA, 24kV:2400V Tổng trở tương đương quy phía 2400V biến 0,17+j0,92Ω/pha Điện áp cấp vào cuộn sơ cấp biến trước 24kV Nếu xảy ngắn mạch phía 240V Tính dòng điện xác lập sơ cấp thứ cấp biến VIII Máy biến áp làm việc song song Req(1) Xeq(1) Đ(1) Đ Xeq(2) Req(2) Đ(2) & U &' U Z’ Điều kiện để máy biến áp làm việc song song: • Cùng tổ đấu dây • Cùng tỷ số máy biến áp (để tránh dòng cân MBA – SV xem tài liệu tham khảo) • Cùng điện áp ngắn mạch (để chia tải cho MBA) Có Z = Zeq(1) // Zeq(2) Mà I (1) = Nên β (1) = ⇒ β (1) U sc ( ) U sc ( ) % = = β ( ) U sc (1) U sc (1) % ∆U Zeq (1) I (1) I đm (1) = Và ∆U = ZI I( ) = ∆U Zeq ( ) ∆U ∆U ∆U = = I đm (1) Zeq (1) U sc (1) U n (1) MBA có điện áp ngắn mạch nhỏ chịu tải lớn Chương 3: Máy biến áp 22 Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương IX TCBinh Máy biến điện áp máy biến dịng Máy biến áp (TU): Chương 3: Máy biến áp 23 TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương A U1 A & Φ X Đ0 & − E& − U x U2 & = E& U 2 δv & U (Biến áp làm việc chế độ hở mạch) Tổng trở cuộn dây sơ cấp Z1 máy biến áp nhỏ xác Giảm góc lệch pha cách giảm R1 Máy biến dòng (CT, TI): I1 -Đ’2 Đ2 I2 δi Đ1 (Biến áp làm việc chế độ ngắn mạch) Tổng trở mạch từ Zm biến áp lớn (góc lệch pha nhỏ) xác Tổng trở cuộn dây Zn máy biến áp nhỏ xác Giảm góc lệch pha cách tăng Zm Ví dụ 2.10: Biến áp 2400:120V, 60Hz, có thơng số quy 2400V là: R1+jX1 = 128+j143Ω R’2+jX’2 = 141+j164Ω Rc//jXm = j163kΩ a) Cấp vào 2400V, ngõ hở mạch, tính biên độ góc lệch pha điện áp thứ cấp b) Để sai số biên độ điện áp nhỏ 0,5% Tính Zb=Rb nhỏ nhất? Chương 3: Máy biến áp 24 TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương c) Để sai số góc pha điện áp nhỏ độ Tính Zb=Rb nhỏ nhất? Bài tập 2.8: Tính lại câu Zb=jXb Ví dụ 2.11: Biến dịng 800:5A, 60Hz, có thơng số quy 800A là: R1+jX1 = 10,3+j44,8µΩ R’2+jX’2 = 9,6+j54,3µΩ Rc//jXm = j17,7mΩ Cấp vào 800A, tải Rb=2,5Ω Tính biên độ góc pha dịng điện hạ thế? Bài tập 2.9: Thơng số câu trên: tính giá trị Zb=jXb lớn cho ngõ vào 800A dòng thứ cấp lớn 4,95A (sai số 1%) Bài tập 1: Máy biến áp pha có cơng suất định mức Sđm = kVA, tần số định mức fđm = 50 Hz, điện áp định mức U1đm/U2đm = 220/110 V Có thơng số R1=0,10 Ω, X1=0,50 Ω, R '2 =0,12 Ω, X '2 =0,40 Ω Khi máy biến áp nối với tải định mức, cosϕ2 = 0,8 (tải cảm) a Tính độ thay đổi điện áp ∆U2% b Tính điện áp ngõ U2 Bài tập 2: Máy biến áp pha có cơng suất định mức Sđm = kVA, tần số định mức fđm = 50 Hz, điện áp định mức U1đm/U2đm = 220/110 V Mạch tương đương hình Γ (như hình vẽ) có thông số Rc=600Ω, Xm=50Ω, R1=0,10 Ω, X1=0,50 Ω, R '2 =0,12 Ω, X '2 =0,40 Ω Khi máy biến áp nối với tải định mức, cosϕ2 = 0,8 (tải cảm) R1 & U Rc Xm X1 R’2 X’ &' U Z’L a Tính độ thay đổi điện áp ∆U2% b Tính điện áp ngõ U2 c Tính dịng điện I1 máy biến áp đạt hiệu suất cực đại ηmax, tính ηmax d Tính công suất biểu kiến tải máy biến áp đạt hiệu suất cực đại Chương 3: Máy biến áp 25 Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh Bài tập 3: Máy biến áp pha Y/Y-12, 180kVA, U1/U2=6000/400V, Io%=6, Po=1000W, Un%=5,5, Pn=4000W a Vẽ mạch tương đương MBA? Tính điện trở cuộn dây thứ cấp? b Tính hiệu suất định mức (với tải có HSCS=1)? c Khi MBA làm việc 70% tải có HSCS=0,8 nhanh pha Tính hiệu suất, độ biến thiên độ thay đổi điện áp? d Tính hiệu suất cực đại MBA cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm pha? Bài tập 4: Cho MBA 30kVA, 6000/230V, điện trở R1=10Ω R2=0,016Ω Điện kháng MBA nhìn từ phía sơ cấp 34Ω a Điện áp ngắn mạch? b Tính dịng điện Isc biến áp bị ngắn mạch ngõ ra? Khi MBA mang tải có HSCS=0,8 chậm pha Tính c Hiệu suất cực đại? d Độ thay đổi điện áp? e Điện áp tải? Bài tập 5: MBA 12KVA, 220/440V, 50Hz TN ko tải: 220V, 2A, 165W TN ngắn mạch thứ cấp: 12V, 15A, 60W a Vẽ mạch tương đương quy sơ cấp b Dùng mạch tương đương (chính xác) tính điện áp tải có hệ số tải 70% HSCS=0,8 chậm pha.Tính hiệu suất MBA đó? Bài tập 6: MBA 125KVA, 2000/400V, 50Hz TN ko tải: 2000V, 1A, 50W TN ngắn mạch thứ cấp: 13V, 200A, 750W MBA cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm pha a Tính hiệu suất định mức MBA? b Tính hiệu suất cực đại MBA Biết hệ số tải 70%: c Tính điện áp tải? d Tính hiệu suất MBA? Chương 3: Máy biến áp 26 TCBinh Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương Bài tập 7: Cho MBA pha, 8,66kV/220V, 50Hz, a) b) Tính thơng số máy biến áp (quy sơ cấp)? Tính độ ổn định điện áp định mức? % voltage regulation = c) V2 no _ load − V2 load V2 load 100 MBA cấp điện cho tải có hệ số cơng suất Tính hiệu suất nửa tải đầy tải; tính hiệu suất cực đại? MBA cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm pha có hệ số tải 70%: d) Tính hiệu suất biến áp? e) Tính độ thay đổi điện áp điện áp tải? Bài tập 8: Cho MBA pha, ∆/Y, 15kV/380V, 50Hz Tính câu trên! Chương 3: Máy biến áp 27