KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
Trong nghiên cứu máy điện, chúng ta thường áp dụng các định luật cơ bản như định luật cảm ứng điện từ, định luật lực điện từ và định luật mạch từ Những định luật này đã được trình bày trong giáo trình vật lý, và ở đây, chúng ta sẽ tóm tắt những điểm chính liên quan đến việc nghiên cứu máy điện.
1.1.1.Định luật lực điện từ
Lực điện từ là yếu tố quan trọng trong kỹ thuật, đóng vai trò then chốt trong việc chế tạo máy điện và khí cụ điện Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng khi một dây dẫn thẳng mang dòng điện được đặt vuông góc với đường sức từ trường đều, sẽ có lực điện từ tác động lên dây dẫn.
+ Trị số lực tỉ lệ với cường độ từ cảm, chiều dài dây dẫn đặt trong từ trường (gọi là chiều dài tác dụng) và cường độ dòng điện
F: lực điện từ (N) l: chiều dài tác dụng (m)
B: cường độ từ cảm (T) i: cường độ dòng điện (A)
Phương và chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi ngửa bàn tay trái với đường sức từ hoặc véctơ từ cảm B xuyên qua lòng bàn tay, chiều của bốn ngón tay duỗi thẳng theo chiều dòng điện sẽ chỉ ra rằng ngón tay cái chỉ hướng của lực điện từ.
Trường hợp dây dẫn không đặt vuông góc mà lệch nhau một góc ≠ 90 0 thì trị số lực F được xác định bởi công thức:
Hình 1-1 Quy tắc bàn tay trái
1.1.2.Định luật cảm ứng điện từ
Vào năm 1831, nhà vật lý học người Anh Michel Faraday đã phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ, một khái niệm cơ bản trong kỹ thuật điện Hiện tượng này diễn ra khi từ thông biến thiên, dẫn đến sự xuất hiện của sức điện động cảm ứng Cụ thể, khi từ thông Φ thay đổi qua một vòng dây, hiện tượng này sẽ xảy ra.
Vào năm 1833, nhà vật lý học người Nga Lenx đã phát hiện quy luật về chiều sức điện động cảm ứng, dẫn đến định luật cảm ứng điện từ Định luật này khẳng định rằng khi từ thông Φ thay đổi xuyên qua một vòng dây, sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng trong vòng dây đó Sức điện động này có chiều sao cho dòng điện sinh ra sẽ tạo ra từ thông có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu Định luật này có thể được biểu diễn dưới dạng phương trình.
Dấu trên hình (1-2) chỉ chiều của Φ đi từ ngoài vào trong Nếu cuộn dây có
W vòng, sức điện động cảm ứng của cuộn dây là: e = -W dΦ = - dΨ dt dt (1-4)
Từ thông móc vòng của cuộn dây được ký hiệu là = WΦ, với đơn vị đo là Webe (Wb), trong khi sức điện động được đo bằng volt (V) Điều này đặc biệt quan trọng trong trường hợp thanh dẫn di chuyển trong từ trường.
Hình vẽ (1-3) biểu diễn một thanh dẫn chuyển động trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu
Khi thanh dẫn di chuyển thẳng góc với các đường sức từ trường đều B với vận tốc v, sẽ xảy ra hiện tượng cảm ứng điện động trong thanh dẫn Trị số của sức điện động cảm ứng e được tính theo công thức: e = B.l.v.
B: cường độ từ cảm (T) l: chiều dài hiệu dung của thanh dẫn (m) v: vận tốc thanh dẫn (m/s)
Hình 1-2 Quy tắc vặn nút chai
Hình 1-3 Quy tắc bàn tay phải
Chiều dài của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải Để áp dụng quy tắc này, ngửa bàn tay phải sao cho đường sức từ hoặc véctơ từ cảm B xuyên qua lòng bàn tay Ngón tay cái duỗi thẳng ra vuông góc theo chiều quay của thanh dẫn, trong khi bốn ngón tay còn lại chỉ ra chiều của sức điện động e.
1.1.3.Tự cảm & hổ cảm a Tự cảm
- Cho qua cuộn dây có W vòng một dòng điện thì sẽ sinh ra từ thông móc vòng với cuộn dây là:
= W.Φ (1-6) Điện cảm L của cuộn dây được định nghĩa là:
L = Ψ = W.Φ i i (1-7) Đơn vị của điện cảm là H (Henry)
Khi dòng điện i thay đổi theo thời gian t, từ thông cũng sẽ biến thiên theo thời gian, dẫn đến việc cuộn dây cảm ứng tạo ra sức điện động tự cảm eL với L là hằng số Công thức mô tả mối quan hệ này là e = -L dΨ/dt và u = -e = L di/dt.
Công suất trên cuộn dây: p = u i = L.i L L di dt (1-10)
Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây: t t
Như vậy điện cảm L đặc trung cho khả năng tích lũy năng lượng từ trường của cuộn dây b Hỗ cảm
Hiện tượng hỗ cảm xảy ra khi từ trường trong một cuộn dây được tạo ra bởi dòng điện biến thiên trong cuộn dây khác Trong hình 1-5, có hai cuộn dây có mối liên hệ hỗ cảm với nhau, dẫn đến sự xuất hiện của từ thông hỗ cảm trong cuộn.
2 do dòng điện i1 tạo nên là:
M là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây Nếu i1 biến thiên thì điện áp hỗ cảm của cuộn 2 do i1 tạo nên là:
Tương tự điện áp hỗ cảm của cuộn 1 do dòng điện i2 tạo nên là:
Hỗ cảm, được ký hiệu bằng M và đo bằng đơn vị Henry (H), có thể được biểu diễn qua các sơ đồ như hình 1-6a và 1-6b Để xác định cực của cuộn dây, người ta thường đánh dấu một cực bằng dấu sao () hoặc dấu chấm () Khi các dòng điện cùng chiều đi vào hoặc ra khỏi các cực này, từ thông tự cảm 11 và từ thông hỗ cảm 21 sẽ có cùng chiều Cực tính của hỗ cảm phụ thuộc vào chiều quấn dây và vị trí của các cuộn dây.
ĐỊNH NGHĨA & PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN
Máy điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, bao gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn) Chức năng chính của máy điện là biến đổi năng lượng, chẳng hạn như chuyển đổi cơ năng thành điện năng trong máy phát điện, hoặc ngược lại, chuyển đổi điện năng thành cơ năng trong động cơ điện Ngoài ra, máy điện còn được sử dụng để điều chỉnh các thông số điện như điện áp, dòng điện, tần số và số pha.
Máy điện là máy thường gặp nhiều trong các ngành kinh tế như công nghiệp, giao thông vận tải, và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình
Dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng máy điện được phân loại thành hai loại chính sau: a Máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, thông qua sự biến đổi từ thông trong các cuộn dây mà không cần chuyển động tương đối Chúng thường được sử dụng để biến đổi các thông số điện năng, chẳng hạn như máy biến áp chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều với giá trị khác Máy điện tĩnh được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
+ Máy biến áp điện lực: Dùng trong truyền tải phân phối điện năng
+ Máy biến áp đo lường: Dùng trong kĩ thuật đo lường
+ Máy biến áp hàn: Dùng trong kĩ thuật hàn
+ Máy biến áp âm tần, cao tần: Dùng trong kĩ thuật điện tử
+ Máy biến áp lò: Dùng trong các lò luyện kim
+ Máy biến áp một pha
Hình 1-7 Biểu diễn tính thuận nghịch của máy biến áp b Máy điện quay
Nguyên lý hoạt động của máy điện dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, nơi lực điện từ được tạo ra bởi từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối Loại máy này thường được sử dụng để chuyển đổi năng lượng, chẳng hạn như biến đổi cơ năng thành điện năng trong máy phát điện, hoặc ngược lại, biến đổi điện năng thành cơ năng trong động cơ điện Quá trình chuyển đổi này có tính chất thuận nghịch và máy điện quay được phân loại theo các tiêu chí nhất định.
+ Máy điện không đồng bộ (MKĐB):
- Động cơ không đồng bộ (ĐKĐB)
- Máy phát không đồng bộ (MFKĐB)
+ Máy điện đồng bộ (MĐB):
- Động cơ đồng bộ (ĐĐB)
- Máy phát đồng bộ (MFĐB)
- Động cơ một chiều (ĐMC)
- Máy phát một chiều (MFMC)
Hình 1-8 là sơ đồ phân loại các máy điện thường gặp
Hình 1-8 Sơ đồ phân loại máy điện.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN & ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Máy điện có tính thuận nghịch nghĩa là nó có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện
1.3.1.Nguyên lý làm việc của máy phát điện
Khi cơ năng của động cơ sơ cấp được truyền vào thanh dẫn, nó sẽ di chuyển với tốc độ v trong từ trường của nam châm N-S, tạo ra sức điện động e Khi kết nối hai cực của thanh dẫn với điện trở R tải, dòng điện i sẽ chảy qua thanh dẫn, cung cấp điện cho tải Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn, điện áp đặt vào tải sẽ là u = e Công suất điện mà máy phát cung cấp cho tải được tính bằng công thức: p = ui = ei (1-15).
Hình 1-9 Nguyên lý làm việc của máy phát điện
Dòng điện i nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của một lực điện từ Fđt B.l.i có chiều như như hình vẽ 1-9
Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: Fcơ = Fđt, máy sẽ quay đều
Nhân hai vế của biểu thức trên với tốc độ v ta có:
Công suất cơ của động cơ sơ cấp (Pcơ) được xác định bằng Fcơ.v, và nó đã được chuyển đổi thành công suất điện (Pđ) với công thức e.i Điều này cho thấy rằng cơ năng đã được biến đổi thành điện năng trong máy phát điện.
1.3.2.Nguyên lý làm việc của động cơ điện
Khi cung cấp điện cho máy phát điện, điện áp u của nguồn điện sẽ tạo ra dòng điện i chạy trong thanh dẫn Sự tương tác với từ trường sẽ sinh ra lực điện từ, ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị.
Fđt = B.l.i tác dụng lên thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều như hình 1-10
Công suất điện Pđ được cung cấp cho động cơ, được tính bằng tích của điện áp u và dòng điện i, đã được chuyển đổi thành công suất cơ Pcơ, thể hiện qua công thức Fđt.v trên trục động cơ Qua quá trình này, điện năng đã được biến đổi thành cơ năng.
1.3.3.Tính thuận nghịch của máy điện
Máy điện có tính thuận nghịch, cho phép hoạt động như máy phát điện hoặc động cơ điện tùy thuộc vào loại năng lượng cung cấp, có thể là cơ năng hoặc điện năng Qua các mục (1.3.1) và (1.3.2), ta thấy rằng cùng một thiết bị điện từ, như thanh dẫn trong từ trường nam châm N-S, có thể chuyển đổi giữa hai chế độ này.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN
Vật liệu chế tạo máy điện gồm: vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện:
Hình 1-10 Nguyên lý làm việc của động cơ điện
Vật liệu dẫn điện tốt nhất cho máy điện là đồng, nhờ vào giá thành hợp lý và điện trở suất thấp Bên cạnh đồng, nhôm và các hợp kim như đồng thau và đồng phốt pho cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành điện.
Các bộ phận như vành đổi chiều, lồng sóc, và vành trượt thường được chế tạo từ nhôm, đồng, hoặc các hợp kim của đồng và nhôm Một số nơi còn sử dụng thép để nâng cao độ bền cơ học và giảm lượng kim loại màu trong sản phẩm.
Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ:
- Ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,35 0,5 mm
- Ở tần số cao hơn, dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,1 0,2 mm
- Thép lá kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng và cán nguội
- Ở đoạn mạch từ có từ trường không đổi, thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc thép lá
- Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện, hoặc cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau
- Độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây và do đó quyết định tải của nó
- Nếu tính năng chất cách điện cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước của máy giảm
- Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm:
+ Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải lụa
+ Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thủy tinh
+ Các loại men, sơn cách điện
Mica là chất cách điện tốt nhất, nhưng do giá thành cao, nên thường chỉ được sử dụng trong các thiết bị điện có điện áp cao Thay vào đó, các vật liệu sợi như giấy, vải, và sợi thường được sử dụng vì chúng có độ bền cơ học tốt, mềm mại và giá rẻ Tuy nhiên, những vật liệu này dẫn nhiệt kém, hút ẩm và có khả năng cách điện không cao.
Căn cứ vào độ bền cơ nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra nhiều loại cấp các điện sau:
Nhiệt độ giới hạn cho phép vật liệu
Nhiệt độ trung bình cho phép dây quấn ( 0 C)
A Sợi xenlulô, bông hoặc tơ tẩm trong vật liện cơ lỏng 105 100
E Vài loại màng tổng hợp 120 115
B Amiăng, sợi thủy tinh có chất kết dính và vật liệu gốc mica 130 120
Amiăng, vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh có chất kết dính và tẩm tổng hợp
Vật liệu gốc mica, amiăng, sợi thủy tinh phối hợp chất kết dính và tẩm silic hữu cơ
Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí, hydro) hoặc thể lỏng (dầu máy biến áp)
Vật liệu kết cấu đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các chi tiết chịu lực, bao gồm trục, ổ trục, vỏ máy và nắp máy Trong lĩnh vực máy điện, các vật liệu phổ biến được sử dụng là gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu, hợp kim và các chất dẻo Những vật liệu này đảm bảo khả năng chịu đựng các tác động cơ học hiệu quả.
PHÁT NÓNG & LÀM MÁT MÁY ĐIỆN
Trong quá trình biến đổi năng lượng, các tổn thất của máy điện (MĐ) chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nóng các bộ phận cấu tạo của máy Khi máy hoạt động dưới tải nặng, nhiệt độ của máy sẽ tăng cao hơn do tổn hao nhiều Nhiệt độ của MĐ phụ thuộc vào chế độ làm việc, có thể là liên tục, ngắn hạn hoặc ngắn hạn lặp lại Để đảm bảo hiệu suất, cần sử dụng máy không vượt quá giá trị định mức Nếu máy được tản nhiệt tốt ra môi trường, công suất sẽ tăng, giúp khả năng mang tải được cải thiện.
Các máy điện hoạt động trong nhiều chế độ khác nhau, bao gồm làm việc với toàn bộ công suất trong thời gian dài, làm việc ngắn hạn, làm việc theo chu kỳ và làm việc với tải thay đổi.
Do sự khác biệt trong chế độ làm việc, mức độ phát nóng của máy điều hòa (MĐ) cũng sẽ khác nhau Vì vậy, việc thiết kế MĐ cần phải căn cứ vào từng chế độ cụ thể để đảm bảo các bộ phận phát nóng phù hợp với loại vật liệu sử dụng.
Một số dạng sau đây:
Chế độ làm việc định mức liên tục cho phép máy phát đạt nhiệt độ tối đa khi nhiệt độ môi trường ổn định.
Chế độ làm việc định mức ngắn hạn:
Thời gian hoạt động của máy không đủ dài để các bộ phận đạt được giá trị tối ưu, và thời gian nghỉ của máy cũng không đủ lâu để nhiệt độ giảm xuống mức tương đương với nhiệt độ môi trường xung quanh.
Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại:
Thời gian hoạt động và nghỉ ngơi của máy trong một chu kỳ không đủ dài để các bộ phận đạt nhiệt độ tối ưu Chế độ này được xác định bởi tỷ lệ giữa thời gian làm việc và thời gian của một chu kỳ Các tỷ lệ phổ biến được sử dụng là 15%, 25%, 40% và 60%.
Chú ý: máy điện được chế tạo để dùng ở chế độ làm việc định mức liên tục
1.5.2.Sự phát nóng và nguội lạnh của máy điện
Các máy điện có cấu trúc phức tạp với nhiều bộ phận hình dạng khác nhau, sử dụng vật liệu làm lạnh có độ dẫn nhiệt không đồng nhất Khi hoạt động, nhiệt độ của lõi thép và dây quấn không đồng đều do sự trao đổi nhiệt giữa các bộ phận Bên cạnh đó, nhiệt độ của chất làm lạnh cũng khác nhau ở từng khu vực trong máy.
Kiểu cấu tạo của máy điện được xác định dựa trên phương pháp bảo vệ máy khỏi tác động của môi trường bên ngoài Cấp bảo vệ được ký hiệu bằng chữ IP, theo sau là hai chỉ số, trong đó chữ số đầu tiên là I và chữ số thứ hai là P.
+ gồm 7 cấp được đánh số từ 0 đến 6 chỉ mức độ bảo vệ chống sự tiếp xúc của người và vật rơi
Chuẩn IP có 9 cấp độ, được đánh số từ 0 đến 8, thể hiện mức độ bảo vệ chống nước cho thiết bị Trong đó, số 0 ở chuẩn IP cho biết thiết bị không có khả năng bảo vệ chống nước.
Kiểu hở là loại thiết bị không có bộ phận bảo vệ, cho phép các vật từ bên ngoài tiếp xúc với phần quay và các bộ phận dẫn điện Loại thiết bị này thường được sử dụng trong các nhà máy hoặc phòng thí nghiệm, nhưng không thể tránh khỏi tình trạng ẩm ướt, với tiêu chuẩn bảo vệ IP00.
- Kiểu bảo vệ: Có các tấm chắn có thể tránh được các vật và nước rơi vào máy Loại này đặt trong nhà (cấp bảo vệ từ P11 đến P33)
Kiểu kín là loại máy có vỏ bọc cách biệt giữa phần máy và môi trường bên ngoài, thích hợp sử dụng trong các khu vực ẩm ướt, bao gồm cả không gian ngoài trời Để đảm bảo an toàn, mức độ kín cần đạt tiêu chuẩn bảo vệ từ IP44 trở lên Các phương pháp làm lạnh cho máy điện cũng rất đa dạng và quan trọng trong việc duy trì hiệu suất hoạt động.
Máy điện làm lạnh tự nhiên không được trang bị bộ phận thổi gió làm lạnh, do đó công suất của chúng thường giới hạn trong khoảng vài chục đến vài trăm W Để tăng hiệu quả tản nhiệt, các máy điện này thường được thiết kế với các cách tản nhiệt đặc biệt nhằm mở rộng bề mặt tản nhiệt.
Máy điện làm lạnh trong sử dụng quạt gió đặt ở đầu trục để thổi gió vào bên trong Đối với các máy có công suất nhỏ, với chiều dài dưới 200 đến 250 mm, gió được thổi dọc theo trục qua khe hở giữa stato và rôto, cùng với các rãnh thông gió dọc trục ở lõi thép stato và rôto.
Khi công suất máy lớn và chiều dài máy tăng, nhiệt độ dọc theo chiều dài máy sẽ không đồng đều, do đó cần thiết phải tạo rãnh thông gió ngang trục Lõi thép được chia thành các đoạn dài khoảng 4 cm với khe hở giữa các đoạn khoảng 1 cm Gió sẽ đi vào từ hai đầu, theo các rãnh ngang trục và thoát ra ở giữa thân máy, sau đó quay trở lại hai đầu.
Máy điện tự làm lạnh mặt ngoài là loại máy kín, được thiết kế với quạt gió và nắp quạt gió ở đầu trục bên ngoài, giúp hướng luồng gió thổi dọc theo bề mặt thân máy.
MÁY BIẾN ÁP
KHÁI NIỆM CHUNG
2.1.1 Vai trò và công dụng Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 2-1) Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất
Hình 2-1 Sơ đồ cung cấp điện đơn giản
Ta có, dòng điện truyền tải trên đường dây:
Và tổn hao công suất trên đường dây:
P: Công suất truyền tải trên đường dây
U: Điện áp truyền tải của lưới điện
Rd: Điện trở đường dây tải điện
Cosφ: Hệ số công suất của lưới điện φ: Góc lệch pha giữa dòng điện I và điện áp U
Để tối ưu hóa việc truyền tải điện năng, việc sử dụng điện áp cao là cần thiết, vì khi điện áp tăng, dòng điện giảm, giúp giảm trọng lượng và chi phí dây dẫn cũng như tổn hao năng lượng Các mức điện áp thường sử dụng cho truyền tải công suất lớn là 35kV, 110kV, 220kV và 500kV Tuy nhiên, máy phát điện chỉ sản xuất điện áp từ 3 đến 21kV, do đó cần thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây Ngược lại, các hộ tiêu thụ lại yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6kV, vì vậy thiết bị giảm điện áp là cần thiết ở cuối đường dây Thiết bị tăng và giảm điện áp này được gọi là máy biến áp (MBA).
Máy biến áp là thiết bị tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác mà không thay đổi tần số.
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây:
2.2.1 Lõi thép máy biến áp
Hình 2-2 1) Trụ từ; 2) Gông từ
Lõi thép máy biến áp là thành phần quan trọng dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ chất lượng cao, thường là thép kỹ thuật điện với độ dày từ 0,35 đến 1 mm Bề mặt của lá thép được sơn cách điện và sau đó ghép lại để tạo thành lõi thép Lõi thép bao gồm hai phần chính: trụ, nơi đặt dây quấn, và gông, nối liền giữa các trụ nhằm tạo thành mạch kín.
2.2.2 Dây quấn máy biến áp
Dây quấn máy biến áp có nhiệm vụ nhận và truyền năng lượng, thường được làm từ dây đồng hoặc nhôm với tiết diện tròn hoặc chữ nhật và được bọc cách điện Các dây quấn này bao gồm nhiều vòng dây được lồng vào trụ lõi thép, với cách điện giữa các vòng dây và giữa các dây quấn, cũng như giữa dây quấn và lõi thép Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn; trong đó, dây quấn thấp áp được đặt sát trụ thép và dây quấn cao áp được lồng ra ngoài, giúp giảm thiểu vật liệu cách điện cần thiết.
Hình 2-3 Dây quấn: a) Một pha; b,c) Ba pha
Vỏ máy làm bằng thép gồm hai bộ phận: thùng máy và nắp máy
Thùng máy biến áp chứa lõi thép, dây quấn và dầu biến áp, trong đó dầu đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường cách điện và tản nhiệt Khi máy biến áp hoạt động, năng lượng tiêu hao sẽ chuyển hóa thành nhiệt, làm nóng dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác Sự đối lưu trong dầu và quá trình truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong sang dầu, sau đó ra môi trường xung quanh, giúp duy trì hiệu suất hoạt động của máy biến áp.
Nắp thùng MBA: Dùng để đậy trên thùng và trên đó có các bộ phận quan trọng như:
Dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp trong thiết bị điện có vai trò quan trọng trong việc cách điện, đảm bảo an toàn cho hệ thống Ngoài ra, bình giãn dầu (bình dầu phụ) được trang bị ống thủy tinh giúp người dùng dễ dàng theo dõi mức dầu bên trong, góp phần duy trì hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Ống bảo hiểm được chế tạo từ thép và có hình dạng trụ nghiêng, với một đầu kết nối với thùng chứa và đầu còn lại được bịt kín bằng một đĩa thủy tinh Khi áp suất dầu trong thùng tăng đột ngột, đĩa thủy tinh sẽ vỡ, cho phép dầu thoát ra ngoài, giúp bảo vệ MBA khỏi hư hỏng.
+ Rơle dùng để bảo vệ MBA
+ Lỗ nhỏ để đặt nhiệt kế
+ Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp dây quấn cao áp
Hình 2-4 Máy biến áp dầu ba pha
1 Móc vòng chuyển; 2 Sứ cao áp; 4 Sứ trung áp; 5 Sứ hạ áp; 7 Ống phòng nổ; 8.Bình giãn dầu; 10 Thước chỉ dầu; 12 Xà ép gông; 13 Bình hút ẩm; 16 Dây quấn cao áp; 18 Bộ lộc đối lưu; 22 Vỏ thùng; 23 Bộ tản nhiệt;
24 Cáp cấp điện cho động cơ; 25 Động cơ quạt gió làm mát; 26 Bộ truyền động chuyển mạch.
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Các đại lượng định mức của máy biến áp được quy định bởi xưởng chế tạo nhằm đảm bảo máy hoạt động lâu dài và hiệu quả nhất Những đại lượng này bao gồm:
- Điện áp sơ cấp U1đm là điện áp qui định cho cuộn dây sơ cấp
- Điện áp thứ cấp U2đm là điện áp qui định cho cuộn dây thứ cấp
Máy biến áp một pha có điện áp định mức là điện áp pha (Upha), trong khi máy biến áp ba pha sử dụng điện áp dây (Udây) Thông thường, đơn vị được ghi trên nhãn máy là V hoặc kV.
Dòng điện định mức là dòng điện qui định cho mỗi dây quấn của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức
+ Đối với máy biến áp một pha, dòng điện định mức là Ipha
+ Đối với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức là Idây
Dòng điện sơ cấp định mức là I1đm, dòng điện thứ cấp định mức là I2đm Đơn vị ghi trên máy thường là A
Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến định mức (S đm ), đơn vị là VA, kVA
- Đối với máy biến áp một pha công suất định mức là:
- Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là:
Ngoài ra trên nhãn MBA còn có ghi các số liệu khác như: tần số fđm, số pha m, sơ đồ và tổ nối dây.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp 1 pha hai dây quấn bao gồm dây quấn sơ cấp với W1 vòng và dây quấn thứ cấp với W2 vòng Khi áp dụng điện áp xoay chiều hình sin u1 vào dây quấn sơ cấp, dòng điện xoay chiều i1 sẽ được sinh ra, tạo ra từ thông xoay chiều Φ Từ thông này sẽ chạy qua mạch từ và cảm ứng trong hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, sinh ra các sức điện động e1 và e2.
Nếu máy biến áp không tải thì điện áp tại thứ cấp bằng sức điện động e2
Khi thứ cấp được kết nối với phụ tải Zt, dòng điện i2 sẽ xuất hiện trong dây quấn thứ cấp Lúc này, từ thông chính được tạo ra do sự kết hợp của cả hai dòng điện sơ cấp và thứ cấp.
Giả sử, biểu thức của từ thông chính trong mạch từ là: Φ = Φ msint
Theo định luật cảm ứng điện từ, các sức điện động e1, e2 được xác định: e = -W 1 1 dΦ dt (2-5) e = -W 2 2 dΦ dt (2-6)
Giá trị hiệu dụng của các sức điện động:
Từ (2-5) và (2-6): e = -W 1 1 d(Φ sinωt) m = -ωW Φ cosωt 1 m dt e = ωW Φ sin(ωt - 1 1 m π )
Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý của mba một pha hai dây quấn e = ωW Φ sin(ωt - 2 2 m π )
Như vậy sức điện động cảm ứng chậm pha sau từ thông trong mạch từ một góc π/2 (90 0 ) Đặt: E1m = .W1.Φm = 2π.f.W1Φm
Nếu chia E1 cho E2 ta có được tỷ số biến áp: u 1 1
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp thì:
Nghĩa là tỷ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây
+ Đối với máy tăng áp: U2 > U1; w2 > w1
+ Đối với máy giảm áp: U2 < U1; w2 < w1
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp không có mối liên hệ điện trực tiếp, nhưng năng lượng được truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp thông qua từ thông chính.
Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng, quan hệ giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau:
MÔ HÌNH TOÁN & SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP
2.5.1 Quá trình điện từ trong máy điện
Ngoài từ thông chính chạy trong lõi thép, máy biến áp còn có từ thông tản Từ thông tản không di chuyển trong lõi thép mà phân tán ra trong không khí và các vật liệu cách điện.
Từ thông tản trong mạch qua các vật liệu không sắt từ có độ dẫn từ kém, dẫn đến việc từ thông tản nhỏ hơn nhiều so với từ thông chính Từ thông tản chỉ kết nối riêng rẽ với từng dây quấn.
Từ thông tản trong mạch vòng sơ cấp, ký hiệu là ψt1, được tạo ra bởi dòng điện sơ cấp i1, trong khi từ thông tản của mạch vòng thứ cấp, ký hiệu là ψt2, do dòng điện sơ cấp i2 gây ra Từ thông tản này được đặc trưng bởi điện cảm tản.
+ Điện cảm tản dây quấn sơ cấp, thứ cấp L1, L2: t1
2.5.2 Phương trình điện áp phía sơ cấp
Mạch điện sơ cấp bao gồm điện áp u1, sức điện động e1, điện trở dây quấn sơ cấp R1 và điện cảm tản sơ cấp L1 Áp dụng định luật Kirchhoff 2, ta có thể viết phương trình điện áp sơ cấp dưới dạng trị số tức thời.
Phương trình điện áp sơ cấp viết dưới dạng số phức:
Hình 2-6 Máy biến áp một pha làm việc có tải
Z = R + jX 1 1 1 là tổng trở phức dây quấn sơ cấp
X = ωL 1 1 là điện kháng tản dây quấn sơ cấp
2.5.3 Phương trình điện áp phía thứ cấp
Mạch điện thứ cấp bao gồm sức điện động e2, tổng trở dây quấn thứ cấp R2, điện cảm tản dây quấn thứ cấp L2 và tổng trở tải Zt Để phân tích mạch, chúng ta áp dụng định luật Kirchoff.
2 ta có phương trình điện áp thứ cấp viết dưới dạng trị số tức thời:
Phương trình điện áp thứ cấp viết dưới dạng số phức:
Z = R + jX 2 2 2 là tổng trở phức dây quấn thứ cấp
X = ωL 2 2 là điện kháng tản dây quấn thứ cấp
2.5.4 Phương trình cân bằng sức từ động
Trong phương trình điện áp phía sơ cấp U = Z I - E • 1 1 1 • • 1, điện áp rơi trên dây quấn
Z I 1 1 thường rất nhỏ, nên có thể gần đúng U • 1 - E • 1 và về trị số cũng vậy U1 = E1
Khi điện áp U1 không thay đổi, sức điện động sơ cấp E1 cũng giữ nguyên theo công thức E1 = 4,44fW1Φmax Trong chế độ không tải, với dòng điện thứ cấp I2 bằng 0, dòng điện sơ cấp trở thành dòng không tải I0, dẫn đến sức từ động sơ cấp i0W1 được tạo ra từ từ thông chính.
Khi máy biến áp mang tải (I2 ≠ 0), lúc này sức từ động của máy là i1W1 + i2W2 sinh ra từ thông chính của máy
Vì điện áp lưới điện đặt vào máy biến áp U1 không đổi, cho nên sức điện động
Sức từ động không thay đổi khi từ thông chính Фmax không đổi, dẫn đến sức từ động không tải bằng sức từ động có tải Vì vậy, phương trình sức từ động được biểu diễn dưới dạng tức thời như sau: i W = i W + i W 0 1 1 1 2 2 (2-18).
Chia cả hai vế phương trình (2-18) cho W1 ta có:
W là hệ số biến áp i = ' 2 i 2 k là dòng điện thứ cấp đã quy đổi về sơ cấp
Phương trình sức từ động dưới dạng số phức là:
Hệ ba phương trình (2-15), (2-17), (2-20) là hệ phương trình cân bằng điện áp và từ của máy biến áp viết dưới dạng phức
2.5.5 Sơ đồ thay thế máy biến áp
Từ hệ ba phương trình:
Để xây dựng mô hình mạch cho máy biến áp, cần tạo ra sơ đồ điện gọi là sơ đồ thay thế, phản ánh đầy đủ quá trình năng lượng trong máy biến áp và hỗ trợ cho việc phân tích nghiên cứu Để thực hiện sơ đồ thay thế, trước tiên cần tiến hành một số biến đổi toán học, trong đó bao gồm việc quy đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp.
Hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp liên kết với nhau thông qua mạch từ Để xây dựng mạch điện thay thế, cần thực hiện phép quy đổi từ phía thứ cấp sang sơ cấp.
Nhân hai vế của phương trình (2-22) với k, sẽ có:
U ' = E - Z' I ' • 2 • 1 2 • 2 (2-28) gọi là phương trình điện áp thứ cấp quy đổi về sơ cấp
Hệ ba phương trình cân bằng điện áp và từ của máy biến áp lúc này là:
I = I - I ' (2-31) Điều kiện để thực hiện việc quy đổi là năng lượng trước và sau khi quy đổi trong máy biến áp phải không đổi
Ví dụ: E I = kE ' 2 2 ' 2 I 2 = E I 2 2 k b Thiết lập sơ đồ thay thế máy biến áp
Trong phương trình (2-29), Z1I1 là điện áp rơi trên tổng trở dây quấn Z1 và (-
Điện áp rơi trên tổng trở Zth phản ánh từ thông chính và tổn hao sắt từ Từ thông chính được sinh ra bởi dòng điện không tải I0.
Với Z = (R + jX ) th th th là tổng trở từ hóa đặc trưng cho mạch từ
Rth là điện trở từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt từ ΔP = R I st th 0 2
Xth là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính Φ
Thay (2-32) vào hệ các phương trình (2-29), (2-30), (2-31) ta được:
Theo định luật kirchoff 1 và 2 thì hệ ba phương trình này chính là viết cho đoạn mạch có 2 nút và 3 nhánh (hoặc 2 vòng) như hình 2-9
Hình 2-9 Sơ đồ thay thế máy biến áp
Trong máy biến áp, tổng trở nhánh từ hóa thường rất lớn, dẫn đến dòng điện I0 nhỏ Vì vậy, có thể bỏ qua nhánh từ hóa và sử dụng sơ đồ gần đúng (hay còn gọi là sơ đồ đơn giản) để mô tả hoạt động của máy biến áp, như minh họa trong hình 2-10.
Hình 2-10 Mạch điện thay thế đơn giản của máy biến áp Ở hình 2-10
R =R +R là điện trở ngắn mạch của máy biến áp
X =X +X là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp.
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
2.6.1.Chế độ không tải của máy biến áp a Chế độ không tải của máy biến áp
Chế độ không tải của máy biến áp xảy ra khi cuộn sơ cấp được kết nối với điện áp xoay chiều U1, trong khi cuộn thứ cấp không tải, dẫn đến dòng điện thứ cấp I2 bằng 0 Trong trạng thái này, dòng điện sơ cấp được gọi là dòng điện không tải I0.
+ Phương trình cân bằng điện áp là:
Với Z = (Z + Z ) 0 1 th là tổng trở máy biến áp không tải
Sơ đồ thay thế máy biến áp không tải như hình 2-11
Từ phương trình (2-36) ta tính được dòng điện không tải I0:
Tổng trở Z được tính bằng công thức Z = (R0 + R1) + (X0 + X1), trong đó tổng trở thường rất lớn dẫn đến dòng điện không tải I0 chỉ chiếm khoảng 2% đến 10% dòng điện định mức I1đm Khi máy hoạt động ở chế độ không tải, công suất phía thứ cấp bằng không, tuy nhiên máy vẫn tiêu hao một công suất P0 do tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp ΔPR1 và tổn hao sắt từ ΔPst Với dòng I0 nhỏ, có thể gần đúng rằng ΔPst = P0.
Khi không tải, công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng P0, vì vậy hệ số công suất lúc không tải rất thấp
Khi sử dụng máy biến áp, cần tránh để máy chạy ở trạng thái không tải hoặc non tải Để xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ cùng các thông số không tải, thí nghiệm không tải được thực hiện như mô tả trong hình 2-12.
Hình 2-12 Sơ đồ thí nghiệm không tải máy biến áp một pha
Khác với chế độ không tải, thí nghiệm không tải được thực hiện với điện áp định mức (U1đm) và dây quấn sơ cấp, thứ cấp hở mạch Trong quá trình thí nghiệm, đồng hồ A sẽ đo dòng không tải I0.
W là oát kế chỉ công suất không tải P0 = ΔPst;
V1 là vôn kế để đo U1đm;
V2 là vôn kế để đo U20
Từ thí nghiệm, ta được:
R0 = R1 + Rth, vì Rth >> R1 nên gần đúng:
+ Hệ số công suất không tải:
2.6.2.Chế độ ngắn mạch của máy biến áp a Chế độ ngắn mạch của máy biến áp
Chế độ ngắn mạch máy biến áp là chế độ mà phía thứ cấp bị nối tắt, sơ cấp đặt vào một điện áp
Trong quá trình vận hành máy biến áp, có nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tượng ngắn mạch, chẳng hạn như hai dây dẫn ở phía thứ cấp chạm vào nhau, rơi xuống đất hoặc được nối với nhau bằng một tổng trở đất nhỏ Đây là một tình trạng ngắn mạch sự cố cần được phòng tránh để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Khi máy biến áp ngắn mạch U2 = 0, mạch điện thay thế máy biến áp như hình 2-13 Dòng điện sơ cấp I • 1 lúc này gọi là dòng điện ngắn mạch I • n
Phương trình điện áp máy biến áp ngắn mạch:
Rn = R1 + R’2 là điện trở ngắn mạch máy biến áp
Xn = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch máy biến áp
+ Dòng điện ngắn mạch là: n 1đm 1đm
Vì Zn có tổng trở ngắn mạch rất nhỏ, dòng điện ngắn mạch có thể lớn gấp 10 đến 25 lần dòng định mức Iđm, gây nguy hiểm cho các máy biến áp và ảnh hưởng đến phụ tải điện Để phòng tránh, cần sử dụng các máy tự động cắt mạch ở cả hai phía khi xảy ra sự cố như ngắn mạch hay quá tải Để xác định tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp cũng như các thông số liên quan, thí nghiệm ngắn mạch được tiến hành theo hình 2-14.
Hình 2-14 Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch
Các dụng cụ đo cho ta các số liệu sau:
A1 là ampe kế đo dòng In = I1đm;
W là oát kế chỉ công suất ngắn mạch Pn;
A2 là ampe kế đo dòng thứ cấp I2;
V là vôn kế để đo Un
Khác với chế độ ngắn mạch, trong thí nghiệm ngắn mạch, dây quấn thứ cấp được nối ngắn mạch, còn dây quấn sơ cấp không đặt điện áp U1 mà kết nối với bộ điều chỉnh điện áp Bộ điều chỉnh điện áp cho phép điều chỉnh điện áp vào dây quấn sơ cấp sao cho dòng điện trong dây quấn sơ cấp đạt giá trị định mức (I1 = Iđm) Điện áp này được ký hiệu là Un, gọi là điện áp ngắn mạch, thường được tính theo phần trăm của điện áp sơ cấp định mức U1đm.
Khi ngắn mạch điện áp thứ cấp U2 bằng 0, điện áp ngắn mạch Un sẽ tương đương với điện áp rơi trên tổng trở của dây quấn Do điện áp ngắn mạch nhỏ, từ thông Φ cũng sẽ giảm, cho phép bỏ qua tổn hao sắt từ Vì vậy, công suất đo được trong thí nghiệm ngắn mạch Pn chỉ phản ánh tổn hao trong điện trở của hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp Từ đó, có thể tính toán các thông số của dây quấn trong sơ đồ thay thế.
Từ các thông số xác định bằng thí nghiệm ngắn mạch, ta có thể tính các thông số của máy bằng các công thức gần đúng sau:
Từ đó, nếu biết hệ số biến áp k, có thể tính được các thông số của mạch thứ cấp:
+ Hệ số công suất ngắn mạch: n n n n n n 1đm
Điện áp ngắn mạch có thể được chia thành hai thành phần chính: điện áp ngắn mạch tác dụng (UnR) trên điện trở ngắn mạch Rn và điện áp ngắn mạch phản kháng (UnX) trên điện kháng ngắn mạch Xn Hình 2-15b mô tả tam giác tổng trở ngắn mạch, minh họa mối quan hệ giữa các thành phần này.
Hình 2-15 Đồ thị tam giác ngắn mạch
Quan hệ giữa điện áp Un (dưới dạng %) với Zn, Rn, Xn, Sđm được biểu diễn bằng công thức sau: n % n 1đm n đm 2
Các công thức trên cho phép ta tính được Zn, Rn, Xn, Sđm theo trị số của Un%,
UnR%, UnX% thường ghi ở trên nhãn máy
2.6.3.Chế độ có tải của máy biến áp Để đánh giá mức độ tải của máy biến áp, người ta đưa ra hệ số tải ứng với
I I k = I I kt = 1: tải định mức kt < 1: máy bị non tải kt > 1: máy bị quá tải
Dưới đây, chúng ta sẽ sử dụng hệ phương trình và sơ đồ thay thế để phân tích các đặc tính của máy biến áp khi hoạt động dưới tải Một trong những yếu tố quan trọng cần xem xét là sự thay đổi điện áp thứ cấp của máy biến áp.
Máy biến áp hoạt động với tải có thể gặp sự thay đổi điện áp ở phụ tải, cụ thể là điện áp thứ cấp Khi điện áp ở sơ cấp đạt mức định mức, độ biến thiên điện áp thứ cấp ΔU2 được tính bằng công thức ΔU2 = U2đm – U2 Để đánh giá sự biến thiên này, ta có thể tính độ biến thiên điện áp thứ cấp dưới dạng phần trăm.
Nhân tử và mẫu với hệ số biến áp 1
2đm 1đm kU - kU U - U ΔU = 100% = 100% kU U (2-62)
Hình 2-16 Xác định độ biến thiên của máy biến áp
Từ đồ thị véctơ (hình 2-16), ta chiếu U 1 lên phương U' 2 Vì góc lệch pha giữa
U 1 và U' 2 không lớn, nên gần đúng có thể coi:
U 1đm U ' 2 AC AH HC mà: AH AKcosφ t I R cosφ 1 n t
HC AK sin φ t I X sin φ 1 n t ta được:
Nhân tử số của vế phải với 1đm
I , đưa I1đm vào trong ngoặc, ta được:
Ta được: ΔU2% = kt(UnR%cosφt + UnX%sinφt) (2-63)
Khi cosφt = const, ΔU2% tỉ lệ bậc nhất với kt và phụ thuộc tính chất của tải thể hiện trên hình 2-17
Đường đặc tính ngoài của máy biến áp thể hiện mối quan hệ giữa điện áp thứ cấp U2 và dòng điện thứ cấp I2, cho thấy độ biến thiên điện áp liên quan đến tính chất của tải.
Từ công thức (2-60), (2-61) suy ra:
Từ công thức (2-64), ta vẽ được đường đặc tính ngoài của máy biến áp (hình 2-18)
Khi tải dung (C) I2 tăng, điện áp U2 cũng tăng; ngược lại, khi tải cảm (L) và tải trở (R) I2 tăng, U2 lại giảm, với tải cảm có tác động lớn hơn Để điều chỉnh điện áp U2 đến giá trị mong muốn, có thể thay đổi số vòng dây, thường thực hiện ở dây quấn cao áp do dòng điện nhỏ, giúp dễ dàng hơn Các máy biến áp cho phép điều chỉnh số vòng dây trong phạm vi ± 5% thông qua việc chuyển mạch.
QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CỠ NHỎ
2.7.1.Các loại lõi thép máy biến áp - cách ghép lõi thép máy biến áp a Các loại lõi thép máy biến áp
Lõi hình xuyến bằng ferit, như hình 2.45, có hiệu suất rất cao nhưng cũng gặp khó khăn do công nghệ quấn dây phức tạp, yêu cầu phải luồn dây qua lại nhiều lần Do đó, kiểu lõi này hiện nay ít được sử dụng.
- Lõi hình chữ X (hình 1.6): cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được quấn chồng lên nhau rồi lồng vào phần giao của chữ X
Mạch từ dạng cột được cấu tạo từ các lá thép hình chữ U+I, U+U, I+I hoặc L+L, ghép lại thành hình chữ O (chữ nhật) Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được quấn thành hai cuộn riêng biệt và lắp đặt vào hai cạnh của hình chữ O.
Mạch từ dạng EI được cấu tạo từ các lá thép có hình chữ E+E, U+I hoặc U+U, tạo thành lõi hình chữ nhật với hai cửa sổ Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được quấn chồng lên nhau trong một ống và lồng vào hình chữ E Đối với các lõi hình xuyến, U ghép O hoặc lõi chữ X, các lá thép thường được ép thành khối và quấn dây trực tiếp lên khối đó Trong khi đó, với các loại lõi I ghép E và I ghép O, sau khi quấn dây vào khuôn, cần ghép từng lá thép lại với nhau.
Để ghép lõi thép loại E – I, chúng ta cần ghép các chữ E vào ống dây từ hai phía một cách đan xen Sau đó, chèn chữ I vào giữa khe hở của hai lá chữ E để hoàn thiện cấu trúc.
Hình 2.49a E-I ghép E, lớp thứ nhất
Hình 2.49b E-I ghép E, lớp thứ hai
Hình 2.49c Cách ghép lõi thép E-I ghép
Hình 2.49d Cách ghép các lá thép sau cùng
Để ghép mạch từ E-E ghép E, bạn cần chèn liên tục các chữ E vào ống dây từ cả hai phía cho đến khi hoàn tất Khi thực hiện ghép mạch từ E ghép E cắt chéo hoặc so le, hãy cố gắng ghép so le để tăng độ chặt chẽ cho mạch từ (hình 1.10).
Hình 2.50a Cách ghép mạch từ dạng E-E ghép E
Hình 2.50b Cách ghép mạch từ dạng E-E ghép E cắt chéo, lớp thứ nhất
Hình 2.50c Cách ghép mạch từ dạng E-E ghép E cắt chéo, lớp thứ hai
- Cách ghép mạch từ U-U ghép E: tương tự mạch từ dạng E-E ghép E cắt thẳng (hình 2.51)
- Cách ghép mạch từ U-U ghép O: tương tự mạch từ dạng E-E ghép E cắt thẳng (hình 2.52)
Hình 2.51 Cách ghép mạch từ dạng
Hình 2.52a Cách ghép mạch từ U-
Hình 2.52b Cách ghép mạch từ U-U ghép O, cắt so lệch, lớp thứ nhất
Hình 2.52c Cách ghép mạch từ U-U ghép O, cắt so lệch, lớp thứ hai
- Cách ghép mạch từ L-L ghép O (hình 2.53):
Hình 2.53a Cách ghép mạch từ L-L ghép O, lớp thứ nhất
Hình 2.53b Cách ghép mạch từ L-L ghép O, lớp thứ hai
- Cách ghép mạch từ I-I ghép O (hình 2.54):
Hình 2.54a Cách ghép mạch từ I-I ghép O, lớp thứ nhất
Hình 2.54b Cách ghép mạch từ I-I ghép O, lớp thứ hai
2.7.2.Phương pháp đo kích thước lõi
Lõi của biến áp điện lực là yếu tố quyết định trong việc truyền tải công suất từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp Kích thước của lõi ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền tải công suất; lõi lớn hơn sẽ cho phép truyền tải công suất cao hơn Do đó, bước đầu tiên trong quá trình chế tạo biến áp là lựa chọn một bộ lõi thép có kích thước phù hợp với yêu cầu công suất.
Lõi thép của biến áp được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật dày từ 0,1 – 0,2mm cho máy biến áp âm tần và 0,35 – 0,5mm cho máy biến áp điện lực, thường được gọi là tôn silíc với hàm lượng silíc khoảng 4% Để ngăn chặn dòng fucô, bề mặt các lá thép được phủ một lớp sơn cách điện.
Lõi thép máy biến áp điện lực kiểu cảm ứng thường được chế tạo theo kiểu chữ nhật hai cửa sổ, và trong bài viết này, chúng ta sẽ nghiên cứu kiểu lõi này như một ví dụ điển hình Hình vẽ không gian của kiểu lõi này được thể hiện rõ ràng trong hình 2.55, với các thông số a/2, c, b, h, và a.
Người ta xác định tỉ lệ kích thước tối ưu của một bộ lõi chữ nhật hai cửa sổ là: c = 0,8a; h = 2a; b = 3a;
Trong đó a : Độ rộng trụ b : Chiều dày xếp thép c : Độ rộng cửa sổ h : Chiều cao cửa sổ a/2 : Độ rộng chữ I
Trong thực tế, việc tìm kiếm một bộ lõi đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu thường gặp khó khăn, vì thường chỉ có thể đạt được chỉ tiêu độ rộng bản (a) gấp đôi độ rộng chữ I (a/2).
Công suất của biến áp điện lực kiểu cảm ứng được xác định bởi diện tích mặt cắt của lõi thép nằm trong ống dây, dựa trên công thức tính toán cụ thể.
S 1 , 2 (1.6) Trong đó: S = a.b - Thiết diện mặt cắt
P - Công suất máy biến áp
(Khi nói tới công suất biến áp chung chung thì phải hiểu là công suất vào P1 chứ không phải công suất ra P2)
Hình 1.16 minh họa phần thiết diện mặt cắt S bên trong ống dây máy biến áp, trong đó cần phân biệt giữa thiết diện thực tế S0 và thiết diện có ích Sci.
Thiết diện thực tế S 0 là phần thiết diện đo được của lõi thép biến áp, nằm bên trong ống dây sau khi đã được ép chặt tối đa.
Thiết diện có ích S ci là phần lõi thép nằm trong ống dây, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển tải năng lượng từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp.
Thiết diện mặt cắt ống dây biến áp
Lõi thép của máy biến áp được cấu thành từ nhiều lá thép có lớp sơn cách điện phủ trên bề mặt Dù được ép chặt, vẫn tồn tại khoảng cách giữa các lá thép do độ dày của lớp sơn và sự cong vênh không thể tránh khỏi của lõi Vì vậy, diện tích có ích của lõi thép máy biến áp luôn nhỏ hơn diện tích thực tế, ngoại trừ lõi ferit được đúc liền khối.
Giữa chúng có quan hệ: Sci = KsS0 (1.7)
Hệ số lấp đầy lõi thép (K s) không vượt quá 1, với các giá trị cụ thể như sau: đối với biến áp âm tần, K s = 0,8; đối với biến áp điện lực, K s = 0,9; và đối với lõi ferit, K s = 1 Để tiết kiệm chi phí, lõi của các biến áp điện lực đôi khi được ghép từ những lá thép hình chữ I, có thể là vuông vắn hoặc không vuông vắn.
Sci còn nhỏ hơn 0,9S0 nhiều Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà ta có thể chọn Ks = 0,8 hoặc Ks = 0,7 (1.9) cho phù hợp
