Bài giảng kỹ thuật điện tử chương 4 ĐHBK

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG CHƯƠNG 04 117 MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp thiết bị điện tỉnh biến đổi điện sang điện dựa vào định luật cảm ứng điện từ Các thơng số dịng áp ngõ vào (sơ cấp) ngõ (thứ cấp) có giá trị khác nhau; tần số nguồn điện ngõ vào ngõ có giá trị 4.1.PHÂN LOẠI VA ̀ TỔNG QUAN VÊ ̀ CẤU TA ̣O MÁY BIẾN ÁP : HÌNH 4.1: Hình dạng kết cấu số dạng biến áp pha HÌNH 4.2: Hình dạng kết cấu số dạng biến áp pha Tiêu chuẩn phân lọai máy biến áp trình bày sau Khi vào lọai nguồn điện cấp vào sơ cấp (ngõ vào) biến áp, ta có biến áp pha biến áp pha Một số dạng biến áp pha trình bày hình 4.1, hình 4.2 trình bày số kết cấu biến áp pha Khi phân lọai theo hình dạng thép tạo nên mạch từ , có hai dạng : lọai lỏi (core type) lọai bọc (shell type) Với máy biến áp pha lọai lỏi có mạch từ tạo thành từ thép U, I hay thép I khác kích cở, xem hình 4.3 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 118 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Chúng ta có kết cấu biến áp pha lọai bọc (shell type) trình bày hình 4.1 hình 4.3 trình bày phương pháp ghép thép vào cuộn dây biến áp pha lọai bọc Ngoài kết cấu cho loại biến áp trình bày, gặp kết cấu khác cho biến áp pha tạo thành variac (bộ biến điện dạng biến áp tự ngẩu dùng chỉnh tinh điện áp ngõ ); xem hình 4.4 HÌNH 4.3: Lá thép E, I biến áp pha Trong biến áp pha lọai mạch từ chung Mạch từ tạo thành có trụ, trụ bố trí dây quấn sơ thứ cấp pha Hình dạng kết cấu biến áp pha trụ trình bày hình 4.2 Dây quấn pha biến áp pha thường quấn theo dạng cuộn dây hình trụ trịn lỏi thép biến áp có tiết diện hình đa giác tổ hợp từ nhiều dạng chũ nhựt tạo thành HÌNH 4.4 : Kết cấu biến áp dạng variac Với biến áp pha công suất lớn, dạng biến áp truyền tải; toàn biến áp sau chế tạo đặt vỏ thùng có chứa dầu cách điện với công dụng cách điện giải nhiệt cho biến áp vận hành Trên vỏ có cánh giải nhiệt ống dẫn dầu đối lưu giải nhiệt cho toàn hệ thống Kết cấu biến áp truyền tải trình bày hình 4.5 Trong hình 4.6 trình bày kết cấu biến áp pha đầu dây sau thi cơng hịan chỉnh dây quấn Biến áp thuộc loại cách điện dùng dầu cách điện dùng mơi trường khơng khí (biến áp khơ) Tóm lại máy biến áp gồm thành phần sau: Lỏi thép (hay mạch từ) dùng tập trung đường sức từ thơng để hình thành tượng cảm ứng điện từ Lỏi thép ghép thành từ thép rời có độ dầy từ 0,35 mm đến 0,5 mm Lá thép kỹ thuật điện hợp chất sắt Silic, hàm lượng Silic từ 1% đến 4% Bộ dây sơ cấp hay ngõ vào biến áp nhận điện từ nguồn cấp vào biến áp Bộ dây thứ cấp hay ngõ biến áp cấp điện đến tải HÌNH 4.5 : Kết cấu biến áp pha Dây quấn biến áp đồng hay nhôm có tiết diện trịn hay chữ nhựt Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 119 HÌNH 4.6: Dây quấn đầu dây quấn biến áp pha 4.2.CA ́C ĐỊNH LUÂT ̣ ĐIÊN ̣ TỪ ÁP DỤNG KHẢO SAT ́ NGUYÊN LÝ MÁY BIẾN ÁP : 4.2.1.TỪ TRƯỜNG: Từ trường kết đạt từ chuyển động điện tích Từ trường tạo nên vùng khơng gian bao quanh dây dẫn mang dịng chuyển động điện tích dạng dịng điện Từ trường biểu diễn đường khép kín gọi đường sức từ trường hay từ phổ Các đường sức định hướng tương tự cực tính nam châm vĩnh cửu Qui tắc bàn tay phải áp dụng để định hướng đường sức từ trường tạo không gian xung quanh dây dẫn mang dịng, xem hình 4.7 Từ trường tạo dây dẫn thẳng Từ trường tạo dòng qua cuộn dây solenoid HÌNH 4.7: Qui tắc bàn tay phải định hướng đường sức từ trường tạo dòng qua dây dẫn Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 120 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG QUI TẮC BÀN TAY PHẢI Ta có hai trường hợp : Khi dây dẫn thẳng (xem dài vơ hạn) có dịng qua : hướng ngón bàn tay phải hướng theo dòng qua dây dẫn; chiều co (hay nắm lại) ngón tay khác bàn tay phải chiều đường sức từ trường sinh dòng qua dây dẫn thẳng Với cuộn dây quấn hình trụ (cuộn dây solenoid) cho dịng điện qua dây quấn; dòng điện qua đường tròn xoắn ốc tao từ trường có phương thẳng tâm ống dây đường sức từ trường có khuynh hướng móc vịng khép kín 4.2.2 MẠCH TỪ – TƯƠNG ĐỒNG MẠCH ĐIỆN VỚI MẠCH TỪ: Mỗi mạch từ ghép từ thép kỹ thuật điện tạo thành lõi thép tập trung đường sức từ thông theo hướng định trướvc Dạng lỏi thép hình thường dùng cho máy biến áp hay dùng cho máy điện quay có 2p = cực Trong mạch từ máy điện quay bao gồm : lỏi thép stator, lỏi thép rotor khe hở khơng khí ; từ thơng ln theo đường ngắn khe hở khơng khí 4.2.2.1.TỪ THƠNG : Âỉåìng sỉïc tỉì trỉåìng n Trong mạch từ, lượng đường sức xuyên qua tiết diện mạch từ nhiều hay đánh giá đại lượng từ thông Từ thông xuyên tiết diện A xác định theo quan hệ : B.A.cos B (4.1) Trong góc a góc hợp vector pháp tuyến n tiết diện A với vector từ cảm B (A) Số lượng đường sức từ trường xuyên qua tiết diện A nhiều giá trị từ thơng lớn, nói cách khác từ cảm hay mật độ từ thông đơn vị tiết diện khảo sát có giá trị lớn Khi hướng vector pháp tuyến n hướng vector từ cảm B trùng nhau, đường sức qua tiết diện A nhiều ; trường hợp từ thông xuyên qua tiết diện đạt giá trị cực đại: max B.A Đơn vị đo đại lượng sau : T (T :Tesla) ; Wb (Wb :Weber) ; B (4.2) S m2 CHÚ Ý: Nếu xét tính chất từ thơng mạch từ, so với tính chất dịng điện qua dây dẫn mạch điện Chúng ta tìm điểm tương đồng sau : Từ thơng đại lượng vật lý xác định lượng đường sức xuyên qua tiết diện mạch từ nhiều hay Cường độ dòng điện đại lượng vật lý xác định lượng điện tích xuyên qua tiết diện dây dẫy nhiều hay đơn vị thời gian Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 121 4.2.2.2.TỪ TRỞ : Như biết, điện trở R đại lượng đặc trưng tính cản trở dòng điện vật dẫn Điện trở đoạn dây dẫn có bề dài tiết diện s xác định theo quan hệ : R (4.3) s Tương tự mạch từ để đặc trưng tính dẫn từ, cho phép đường sức từ trường qua mạch từ nhiều hay ít, xác định từ trở Như vậy, nói từ trở đại lượng đo lường đối kháng mạch từ hình thành từ thơng qua mạch từ Từ trở Â theo quan hệ sau : Đơn vị đo : (4.4) A H H (H :Henry) m : hệ số từ thẩm vật liệu sắt từ tạo thành mạch từ , m : bề dải đường sức trung bình mạch từ , A : tiết diện mạch từ , s m2 4.2.3.SỨC TỪ ĐỘNG – ĐỊNH LUẬT AMPÈRE : Trong mạch điện kín, muốn hình thành dịng điện qua dây dẫn; cần có chênh lệch điện hai đầu dây dẫn Nói khác đi, hai đầu dây dẫn cần tồn điện áp Như vậy: điện áp đặt ngang qua hai đầu dây dẫn nguyên nhân tạo thành dòng qua dây dẫn Tương tự, mạch từ muốn hình thành từ thơng trong, cần chênh lệch từ mạch từ, nói khác mạch từ phải tồn từ áp ( hiệu số từ thế) Giá trị từ áp gọi sức từ động F ĐỊNH LUẬT AMPÈRE: i3 i n -1 in (C ) Gọi H cường độ từ trường tạo tập hợp dòng điện i1 ; i2 ; in C đường cong khép kín không gian bao quanh dây dẫn mang tập hợp dịng điện Theo Ampère ta có: i2 i1 dl r H r H dl C n ik (4.5) k Trong trường hợp mạch từ chứa N vòng dây quấn mang dòng điện I qua, xem hình 4.8 Chọn đường cong C bao quanh dây dẵn mang dòng điện (đang biểu diễn vịng trịn có đánh dâú +) đường sức trung bình chạy mạch từ Áp dụng quan hệ (4.5) có kết sau viết lại định luật Ampère : HÌNH 4.8: Sức từ động tạo N vòng dây mang dòng H.Ltb N.I (4.6) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 122 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Trong Ltb tổng bề dài đường sức trung bình mạch từ ; H cường độ từ trường vật liệu dẫn từ tạo nên mạch từ Trong trường hợp phát biểu: cho dòng I qua N vòng dây quấn mạch từ ; sức từ động tạo mạch từ thỏa quan hệ: F N.I (4.7) Đơn vị đo xác định sau : I A ; N voøng ; F A.voøng 4.2.4.ĐỊNH LUẬT OHM TRONG MẠCH TỪ : Từ quan hệ (4.4) ; (4.6) (4.7) suy ra: F N.I H.Ltb Ngoài , quan hệ từ cảm B với cường độ từ trường H vật liệu sắt từ : B H Suy ra: F N.I (4.8) B Ltb (4.9) Khi đường sức mạch từ theo hướng thẳng góc với tiết diện mạch từ vị trí , từ thơng qua tiết diện đạt giá trị cực đại quan hệ (4.9) viết lại dạng sau: F N.I F N.I A Ltb (4.10) Hay: L tb A (4.11) Quan hệ (4.11) gọi định luật Ohm mạch từ CÁC NHẬN XÉT mạch từ với dòng điện I mạch điện Tương đồng tính chất từ thơng Xem vai trò từ trở mạch từ vai trò điện trở R mạch điện Đồng thời xem điện áp V nguyên nhân sinh dòng điện I sức từ động F nguyên nhân sinh từ thông mạch từ Như với mạch điện, có định luật Ohm : V = R.I Trong mạch từ , tương tự có định luật Ohm : F = Từ phân tích trên, xây dựng tương đồng đại lượng vật lý đặc trưng tính chất mạch điện mạch từ qua bảng tóm tắt sau Ngịai ra, tóm tắt q trình điện từ hình thành mạch từ có N vịng dây quấn , xem hình 1.4 ĐỊNH LUẬT OHM MẠCH ĐIỆN CẤP ĐIỆN ÁP V VÀO CUỘN DÂY QUẤN TRÊN MẠCH TỪ DÒNG ĐIỆN I ĐI QUA N VÒNG DÂY QUẤN ĐỊNH LUẬT AMPÈRE ĐỊNH LUẬT OHM MẠCH TỪ HÌNH THÀNH SỨC TỪ ĐỘNG F = N.I TRONG MẠCH TỪ SỨC TỪ ĐỘNG F TẠO RA TỪ THÔNG KHÉP KÍN TRONG MẠCH TỪ HÌNH 4.9: Q trình điện từ hình thành mạch từ, cấp điện áp vào dây quấn mạch từ Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 123 TƯƠNG ĐỒNG CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH GIỮA MẠCH ĐIỆN VÀ MẠCH TỪ MẠCH ĐIỆN B MẠCH TỪ H J H : cường độ từ trường E E : cường độ điện trường : điện dẫn suất : hệ số từ thẩm B.ds : từ thông I J.ds : cường độ dòng điện S S F = N.I : sức từ động V : điện áp dl : từ trở s l l dl :điện trở s l R l : điện dẫn R G : từ dẫn 4.2.5 ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ – CÔNG THỨC FARADAY – ĐỊNH LUẬT LENZ : Trên mạch từ (lỏi thép) có cuộn dây quấn N vịng, cho dòng sin i Im.cos t qua dây Theo định luật Ampère, sức từ động hình thành mạch từ F theo qui luật sin biến thời gian t F N.i Fm.cos t N.i biến thiên (4.12) Trong đó: Fm = N.Im l: biên độ sức từ động F Sức từ động hình thành từ thông F mạch từ Giả sử từ trở mạch từ không phụ thuộc biến thời gian; áp dụng định luật Ohm mạch từ ta có: F Hay: Fm F Trong đó: m Fm cos t m cos t (4.13) : biên độ từ thông Khảo sát tiết diện A mạch từ, từ thông xuyên qua tiết diện biến thiên theo thời gian t CÔNG THỨC FARADAY Với cuộn dây quấn mạch từ CĨ N vịng dây, có từ thơng biến thiên xun qua tiết diện cuộn dây; sức điện động cảm ứng hình thành vòng dây (tương ứng tiết diện S mạch từ ) thỏa quan hệ sau: e d dt (4.14) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 124 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Với cuộn dây có N vịng dây quấn (nối tiếp) , sức điện động cảm ứng sinh tòan cuộn dây là: e N d dt (4.15) Dấu ( ) công thức Faraday (4.15) đặc trưng cho khuynh hướng sức điện động cảm ứng sinh tác động đối kháng lại với thay đổi từ thông mạch từ Thuộc tính phát biểu định luật LENZ ĐỊNH LUẬT LENZ Khi sức điện động cảm ứng sinh hình thành dịng điện cảm ứng; dòng điện tạo hệ đối kháng với nguyên nhân ban đầu sinh Trong mạch từ có cuộn dây quấn cấp điện áp từ nguồn xoay chiều; nhận thấy sức điện động cảm ứng sinh thỏa công thức Faraday Các kết phát biểu theo định luật Lenz thấy rõ ràng khảo sát dây thứ cấp biến áp (quá trình điện từ hình thành lúc máy biến áp mang tải) 4.3.NGUYÊN TẮC HOAT ̣ ĐÔN ̣ G CỦA MA Y ́ BIẾN AP ́ : Nguyên lý họat động máy biến áp dựa công trình Micheal Faraday (17911867) ơng khám phá định luật cảm ứng điện từ với hai cuộn dây quấn mạch từ; thay đổi dòng điện cuộn dây tạo sức điện động cảm ứng cuộn dây lại Các sức điện động cảm ứng gọi điện áp biến áp (transformer voltages) thiết bị bao gồm mạch từ với dây quấn thực mục tiêu gọi máy biến áp (transformer) Nguyên lý hoạt động máy biến áp khảo sát phân tích theo chế độ: Chế độ không tải Chế độ vận hành mang tải Chế độ thử nghiệm ngắn mạch máy biến áp Khi khảo sát, cần quan tâm đến trình điện từ hình thành chế độ thành lập mạch điện tương đương (hay mô hình tóan học) để thuận lợi cho việc khảo sát Với biến áp pha thay sơ đồ cấu tạo nguyên lý sơ đồ nguyên lý trình bày hình 4.10 HÌNH 4.10: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp pha Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 125 4.3.1 THƠNG SỐ ĐỊNH MỨC: Các thơng số định mức máy biến áp qui định nhà sản xuất chế tạo để máy vận hành chế độ liên tục, dài hạn Các giá trị định mức gồm : Điện áp định mức Dòng điện định mức Công suất biểu kiến định mức Điện áp sơ cấp định mức (ký hiệu V1đm) điện áp nguồn cấp đến ngõ vào biến áp theo qui định nhà sản xuất Điện áp tương thích với số vịng dây quấn dây sơ cấp Điện áp thứ cấp định mức (ký hiệu V2đm) điện áp đo hai đầu dây quấn thứ cấp thứ cấp hở mạch không đấu vào tải áp cấp vào sơ cấp giá trị định mức I10 V1 V1ñm V20 CHÚ Ý: Máy biến áp vận hành không tải khi: thứ cấp hở mạch không đấu vào tải sơ cấp cấp điện áp từ nguồn có giá trị định mức Trong hình 4.11 áp thứ cấp khơng tải ký hiệu V20 ; điện áp cung cấp phía sơ cấp V1 Chỉ số dùng cho đại lượng phía sơ cấp; số dùng cho đại lượng phía thứ cấp Khi biến áp họat động trạng thái khơng tải: V2đm HÌNH 4.11: trạng thái không tải Điện áp sơ cấp cấp từ nguồn định mức : V1 = V1đm Điện áp thứ cấp lúc không tải : V20 = V2đm Dòng điện qua dây quấn sơ cấp trạng thái gọi dịng khơng tải biến áp : I10 Khi biến áp mang tải, dòng điện qua sơ cấp thứ cấp thay đổi tùy thuộc vào độ lớn tính chất tải, giá trị khơng giá trị định mức qui định nhà sản xuất Dòng điện định mức sơ cấp (ký hiệu I1đm) dòng điện định mức phía thứ cấp (ký hiệu I2đm) dòng điện qui định nhà sản xuất cho phép qua dây quấn để biến áp vận hành đạt công suất định mức tương ứng với điện áp định mức I1 V1 V1ñm I1ñm I2 V2 Máy biến áp mang tải V1 V1ñm I 2ñm V2 Máy biến áp mang tải định mức HÌNH 4.12: Các trạng thái mang tải máy biến áp Trong hình 4.12 cấp tải vào thứ cấp biến áp trạng thái ta có kết sau: Điện áp thứ cấp áp đặt ngang qua hai đầu tải: V2 ( V2 V20 ) Tại tải bất kỳ, dòng qua tải dây quấn thứ cấp biến áp I2 , dòng điện sơ cấp I1 Khi dòng qua tải dây quấn thứ cấp biến áp I2đm dịng qua sơ cấp I1dm , trạng thái náy ta nói máy biến áp đầy tải hay tải định mức Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 126 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Với máy biến áp pha công suất định mức máy biến áp (ký hiệu Sđm) công suất biểu kiến máy biến áp Sñm V2ñm I2 ñm V1ñm.I1ñm (4.16) Khi máy biến áp mang tải, để biết mức độ tải máy biến áp so với công suất định mức qui định nhà sản xuất, ta định nghĩa thông số hệ số tải Kt cho biến áp Kt I2 I2ñm I1 S2 I1ñm (4.17) Sđm Trong S2 cơng suất biểu kiến cấp đến tải từ thứ cấp biến áp: S2 Với định nghĩa theo trên, hệ số tải có giá trị khoảng: Kt cách nói sau: · Máy biến áp non tải (under load) K t · Máy biến áp đầy tải (hay tải định mức – full load) K t · Máy biến áp tải (over load) K t · · V2 I2 , cần ý thêm Máy biến áp mang nửa tải K t 0, Máy biến áp mang 36,5% tải K t 0, 365 THÍ DỤ 4.1: Cho máy biến áp pha: 10 KVA, 2400 V / 240 V – 50 Hz Với cách trình bày thơng số định mức máy biến áp theo trên, ta có: Cơng suất định mức : Áp sơ cấp định mức: Áp thứ cấp định mức: Tần số sơ thứ cấp: Sđm = 10 KVA = 10000 VA V1đm = 2400 V V2đm = 240 V f = 50 Hz Từ thông số ta suy giá trị cho dòng điện sơ thứ cấp định mức sau: Dịng sơ cấp định mức: I1đm Dịng thứ cấp định mức: I2ñm Sñm V1ñm 10000 2400 41, 67 A 10000 240 416, 67 A Sñm V2ñm Khi máy biến áp mang tải với hệ số tải là: K t áp có giá trị tính tốn theo quan hệ sau: Dòng sơ cấp lúc K t Dòng thứ cấp lúc K t 0, : I1 Kt I1ñm 0, : I2 K t I2đm Cơng suất biếu kiến cấp đến tải lúc K t S2 Kt Sñm 0, 10000 0, dòng điện qua dây biến 0, 41, 67 0, 416, 67 16, 67 A 166, 67 A 0, : 4000 VA Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 138 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Zo 30, 865 91, 288 70o24 85, 912.j · TỔNG TRỞ PHỨC MẠCH SƠ CẤP Z1 Gọi Z1 R1 Z1 j.X t1 tổng trở phức mạch sơ cấp, ta có : 0, 158 j.0, 333 0, 3686 64 062 Áp dụng cầu phần áp suy áp phức Vab , ta có: Zo.V1dm Vab Zo 30, 865 Z1 85, 912.j 40166, 77 70o24 Vab 31, 023 70o24 440 91, 288 0o 0, 158 0, 333.j 40166, 77 70o24 438, 24 0o02 V o 86, 245.j 91, 655 70 22 NHẬN XÉT: Áp hiệu dụng Vab thực chất sức điện động hiệu dụng E1, từ kết cho thấy Vab áp sơ cấp V1đm gần trùng pha với nhau, đồng thời giá trị hiệu dụng xấp xỉ Do số trường hợp tính tốn tỉ số biến áp ta xem E1 V1dm · TÌ SỐ BIẾN ÁP Kba: Áp dụng quan hệ (4.19), ta có: Vab E1 Kba E2 V20 Nếu xem E1 V2dm 438, 24 220 1, 992 V1dm ta có kết tính tốn cho tỉ số biến áp sau: V1dm Kba Vab V1dm V20 440 220 V2dm · DÒNG PHỨC KHÔNG TẢI I10 Áp dụng định luật Ohm suy ra: V1dm I10 Z1 Zo 440 31, 023 86, 245 j 1, 625 Dịng hiệu dụng khơng tải : I10 = 4,8 A I10 % 4, 517.j I10 I1dm 100 70 o21 A 4, 8, 45% · HỆ SỐ CÔNG SUẤT KHÔNG TẢI cos o Với giá trị phức V1dm 440 0o V I10 4, 70 o21 A suy hệ số công suất không tải xác định theo quan hệ sau: cos o cos arg I10 cos 70o21 0,3386 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 139 · THÀNH PHẦN DÒNG PHỨC I c : Áp dụng định luật Ohm suy ra: IC Vab RC 438, 24 70o24 270 1, 623 70o2 A · THÀNH PHẦN DÒNG PHỨC Im : Áp dụng định luật Ohm suy ra: Im 438, 24 70o24 97.j Vab j.Xm 70o24 438, 24 97 90 o 4, 518 9o76 A · TỔN HAO KHÔNG TẢI Po : Với mạch tương đương xác, ta suy tổn hao khơng tải gồm hai thành phần: tổn hao thép đặc trưng Rc tổn hao dây quấn sơ cấp R1 Ta có: Po Pth Pj10 RC IC2 Po 711, 215 3, 64 R1.I10 270.1, 6232 714, 855 0, 158.4, 82 715 W NHẬN XÉT: Với kết tìm cho thấy: chế độ không tải , tổn hao dây quấn sơ cấp có giá trị thấp so với tổn hao lỏi thép Do số trường hợp cần tính tốn nhanh cách gần đúng, ta xem tổn hao khơng tải tổn hao thép 4.3.5 THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP : 4.3.5.1.CÁC ĐẶC ĐIỂM Ở CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH VÀ THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH: R1 j.X t1 I10 I1 V1dm R'2 E1 RC j.X m j.X 't2 Chế độ ngắn mạch biến áp xãy tổng trở tải phía thứ I '2 E '2 Z 't HÌNH 4.29: Mạch tương đương lúc ngắn mạch thứ cấp V '2 cấp có giá trị Z t Trong trường hợp áp sơ cấp trì định mức, dịng thứ sơ cấp biến áp có giá trị cao Dịng sơ cấp lúc ngắn mạch lên đến mức 10 30 I1dm Trong thí nghiệm ngắn mạch cần giảm thấp áp cấp vào sơ cấp để tránh tình trạng dịng sơ cấp có giá trị lớn dẫn đến tình trạng nhiệt làm hư hỏng cách điện dây quấn Vi tổn hao dây quấn sơ thứ cấp thay đổi phụ thuộc vào giá trị bình phương dịng hiệu dụng sơ thứ cấp, nên tải thay đổi tổn hao biến động theo độ lớn tính chất tải Trong thí nghiệm ngắn mạch, muốn xác định tổn hao tổng dây quấn biến áp dòng qua dây đạt giá trị định mức Tổn hao dây quấn giá trị tải thường gọi tổn hao đồng Ký hiệu dung cho tổn hao đồng dây quấn sơ cấp Pj1 thứ cấp Pj2 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 140 4.3.5.2.TRÌNH TỰ THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH: Khi thực thí nghiệm ngắn mạch, tiến hành theo bước sau: I1n I2n I1dm Ngắn mạch thứ cấp hay nối hai đầu thứ cấp dây dẫn có tắt I2dm tông trở Z t V1 V2 V1n Lắp thiết bị đo phía sơ cấp theo mạch hình 4.30 Điều chỉnh giảm thấp áp vào sơ cấp biến áp đến mức V1n cho dòng ngắn mạch qua dây quấn sơ thứ cấp giá trị định mức Đọc giá trị thiết bị đo 0V HÌNH 4.30: sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA BIẾN ÁP LÚC THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH: Tại thí nghiệm ngắn mạch giảm thấp áp cấp vào sơ cấp, ta rút nhận xét sau: j.X t1 R1 R'2 I10 I1dm V1n Giá trị thực tế áp V1n thấp so với áp định mức V1đm, thông j.X 't2 5% 15 % V1dm Do thường V1n áp Vab đặt ngang qua hai đầu điện trở RC giảm thấp Ngoài tổn hao thép tỉ lệ thuận với I '2dm Z 't RC j.X m Vab nên tổn hao thép xem khơng đáng kể thí nghiệm ngắn mạch HÌNH 4.31 j.X t1 R1 I1n R'2 j.X 't2 I1dm I1n V1n j.Xn Rn I1dm V1n HÌNH 4.32 : Mạch tương đương biến áp thí nghiệm ngắn mạch Từ phương trình cân dịng điện I1 I'2 I10 , lúc thí nghiệm ngắn mạch áp Vab giảm thấp nên dòng hiệu dụng I10 suy dịng I1 I1n I1dm dịng I2 I2n I2dm Mạch tương đương biến áp thí nghiệm ngắn mạch thu gọn theo hình 4.32 Trong đó: Rn R1 Xn X t1 Zn Rn R '2 X 't2 j.Xn (4.47) (4.48) (4.49) Zn tổng trở ngắn mạch, Rn thành phần điện trở ngắn mạch, Xn thành phần điện kháng ngắn mạch Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 141 Với mạch tương đương thu gọn hình 4.32, đo thơng số: V1n , Pn I1n thực phép tính sau để suy thành phần tổng trở ngắn mạch Zn Rn Xn V1n I1n V1n (4.50) I1dm Pn (4.51) I12n Zn2 Rn2 (4.52) MỤC TIÊU CỦA THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH Thơng qua thí nghiệm ngắn mạch với số liệu nhận từ thiết bị đo sơ thứ cấp (chủ yếu phía sơ cấp) cho phép ta xác định thông số sau : Tỉ số biến áp dựa vào tỉ số dòng điện ngắn mạch sơ thứ cấp Tổn hao đồng định mức hay tổn hao dây quấn sơ thứ cấp tương ứng với giá trị dòng hiệu dụng qua dây quấn định mức Hệ số công suất ngắn mạch đo sơ cấp Các thông số mạch tương đương : Rn Xn hay tổng trở ngắn mạch CHÚ Ý: Với thí nghiệm ngắn mạch xác định gián tiếp giá trị điện kháng ngắn mạch Xn , tách riêng thành phần điện kháng tản từ sơ cấp X t1 thành phần điện kháng tản từ thứ cấp quai sơ cấp X 't2 THÍ DỤ 4.4: Cho máy biến áp pha 500 KVA ; 2300 V / 230 V Khi thực thí nghiệm ngắn mạch với thiết bị lắp sơ cấp, số liệu đo gồm : V1n = 94,5 V ; Pnm = 8220 W ; I1n = 217 A Xác định thành phần Rn Xn tổng trở ngắn mạch GIẢI: Khi biết thông số định mức biến áp, ta thử xác định dòng định mức sơ cấp Dòng điện giá trị dịng điện cần đạt phía sơ cấp thí nghiệm ngắn mạch I1dm Sdm V1dm 500000 2300 217, 39 A Giá trị tìm phù hợp với số liệu ghi nhận lúc thực thí nghiệm ngắn mạch Tổng trở ngắn mạch biến áp: Znm Rn Thành phần điện trở ngắn mạch: V1n 94, 217 I1dm Pn 8220 I12n 2172 0, 4355 0,1746 Thành phần điện kháng ngắn mạch: Xn Zn2 Rn2 0, 43552 0,1762 0,3984 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 142 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Với phân tích thí nghiệm khơng tải thí nghiệm, vận hành máy biến áp cần xác định nhanh gần số liệu, ta xem như: Chênh lệch áp gây tổng trở Z1 R1 j.X t1 phía sơ cấp nhỏ Tổn hao thép không thay đổi theo độ lớn tải Tổn hao thép phụ thuộc áp nguồn sơ cấp tỉ lệ thuận với bình phương áp sơ cấp Với giả thiết trên, ta có mạch tương đương dạng gần biến áp qui thứ sơ cấp chuyển đổi từ mạch xác trình bày hình 4.33 Mạch gần suy cách chuyển mạch từ hóa phía nguồn sơ cấp j.X t1 R1 I1 R'2 V1dm RC j.X m I10 I1 I '2 I10 j.Xn Rn j.X 't2 V '2 Z 't V1dm RC I '2 j.X m V '2 Z 't HÌNH 4.33 : Mạch tương đương qui thứ sơ cấp máy biến áp dạng gần THÍ DỤ 4.5: Cho máy biến áp pha 50 KVA ; 2400 V / 600 V ; 50 Hz Các số liệu ghi nhận từ thí nghiệm sau: THÍ NGHIỆM KHƠNG TẢI: thiết bị đo lắp phía thứ cấp (hạ áp) cấp nguồn vào phía thứ cấp hở mạch thứ cấp V2dm = 600 V ; I20 = 3,34 A ; Po = 484 W THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH: thiết bị đo lắp phía sơ cấp (cao áp) cấp nguồn vào phía sơ cấp ngắnmạch thứ cấp V1n = 76,4 V ; I1n = 20,8 A ; Pn = 754 W Xác định thông số mạch tương đương dạng gần qui thứ sơ cấp GIẢI: THÔNG SỐ MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG TỪ THÍ NGHIỆM KHƠNG TẢI: Với phương pháp thí nghiệm khơng tải cho đầu bài, thay lắp thiết bị đo vào sơ cấp, hở mạch thứ cấp cấp áp sơ cấp định mức ta lại thực ngược lại Sư kiện thường áp dụng thực tế thiết bị đo chế tạo với điện áp thấp từ 600 V trở xuống, tính chất vật liệu cách điện dùng thiết bị đo Như với áp sơ cấp 2400 V khó tìm thiết bị đo có khả chịu đựng cấp điện áp Điều quan trọng cần lưu ý, thực điện áp cao cho thí nghiệm khó khăn để đảm bảo an toàn cho người trình thí nghiệm Ngồi muốn tạo điện áp cao cần phải có thiết bị tạo nguồn cao áp để cấp vào biến áp thực thí nghiệm Như vậy, tiến hảnh thí nghiệm khơng tải từ phía thứ cấp muốn xác định thơng số RC Xm mạch tương đương qui sơ cấp, ta thực theo hai phương pháp sau: · PP1: Xác định số liệu RC Xm phía thứ cấp qui đổi sơ cấp theo (4.47) (4.48) · PP2: Qui đổi số liệu thí nghiệm đo thứ sơ xác định thông số Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 143 PHƯƠNG PHÁP 1: Xác định thôngsố RC Xm theo thí nghiệm khơng tải phía thứ cấp RC2 Điện trở đặc trưng tổn hao thép: Dòng hiệu dụng IC2 (qua nhánh chứa RC2): IC2 V22dm Po V2dm RC2 6002 484 743, 802 600 743, 802 0, 8067 A Dòng hiệu dụng Im2 (qua nhánh chứa Xm2) Im2 I20 V2dm Điện kháng từ hóa: Xm2 Kba Tì số biến áp: I2C2 600 3, 241 Im2 V1dm E1 E2 3, 342 V2dm 0,80672 3, 241 A 185,12 2400 600 Điện trở đặc trưng tổn hao thép qui sơ cấp: RC K2ba.RC2 42.743, 802 11900, 832 11, k Điện kháng từ hóa qui sơ cấp: Xm Kba Xm2 42.185,12 2961, 92 2962 PHƯƠNG PHÁP 2: Trong thí nghiệm khơng tải theo phân tích trên, cơng suất tác dụng tiêu thụ biến áp thực chất tổn hao thép cấp áp vào dây quấn định mức Như tổn hao đo thí nghiệm khơng tải thực phía sơ cấp hay phía thứ cấp có giá trị Tóm lại xem hệ số công suất không tải lúc thực thí nghiệm khơng tải phía sơ hay thứ cấp có giá trị gần nhau, ta suy quan hệ sau: Po Hay: V1dm.I10 cos I10 cos I20 cos 10 20 10 V2dm.I20 cos 20 V2dm V1dm Tóm lại: I10 V2dm V1dm I20 Từ số liệu thí nghiệm khơng tải phía thứ cấp ta qui số liệu thí nghiệm khơng tải phía sơ cấp sau: I10 V2dm V1dm I20 600 3, 34 2400 0, 835 A Tổn hao không tải : Po 484 W áp cấp vào sơ cấp là: V1dm số nhánh từ hóa xác định sau: 2400 V , thơng Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 144 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Điện trở đặc trưng tổn hao thép: V12dm RC 24002 484 Po 11900, 826 V1dm IC Dòng hiệu dụng IC (qua nhánh chứa RC): 11, k 2400 11900, 826 RC 0, 20167 A Dòng hiệu dụng Im (qua nhánh chứa Xm) Im I10 I2C V1dm Điện kháng từ hóa: Xm 0, 835 2400 0, 81028 Im 0, 201672 2961, 93 0, 81028 A 2962 Kết tìm từ hai phương pháp tính hồn tồn trùng khớp THƠNG SỐ MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG TỪ THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH: V1n Znm Tổng trở ngắn mạch biến áp: Thành phần điện kháng ngắn mạch: Xn Zn2 Rn2 3, 6732 3, 673 Pn 754 I12n 20, 82 1, 7428 I1n Rn Thành phần điện trở ngắn mạch: 76, 20, 1, 74282 3, 233 THÍ DỤ 4.6: Với máy biến áp cho thí dụ 4.5 thứ cấp mang tải có tổng trở phức là: Zt 6, 4, j ; áp dụng mạch tương đường gần để tính áp V2 biến áp mang tải GIẢI: Rn I1 I10 3, 233.j I1 I '2 V1dm RC j.X n 1, 743 11, k j.Xm 2, 962.j k V '2 Z 't V1ñm I2 V2 2400 V Zt 6, 4, 8.j Tổng trở tài qui qui sơ cấp: Z 't Kba Zt 42 6, 4, j 102, 76,8 j Áp dụng cầu phân áp suy áp phức tải qui đổi: V '2 Z 't V1dm Zn Z 't 102, 1, 743 76, 8.j 2400 3, 233 j 102, 0o 76, j Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 145 Suy ra: V '2 2338, 74904 27, 4344.j 2338, 91 0o67 V Áp hiệu dụng thứ cấp biến áp (áp dụng công thức qui đổi áp sơ cấp): V '2 V2 Kba 2338, 91 584, 73 V ̉ ĐỒ PHÂN BÔ ́ NĂNG LƯƠN ̣ G VA ̀ HIÊ U ̣ SUÂT ́ CU A ̉ MAY ́ BIÊ N ́ AP ́ : 4.4 GIAN 4.4.1 GIẢN ĐỒ PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG : j.X t1 R1 V1dm j.X 't2 R'2 I10 I1 V1dm I1.cos V '2 P2 Po Pthep Giản đồ xây dựng dựa vào mạch điện tương đương máy biến áp I '2 RC j.Xm P1 Khi biến áp mang tải bất kỳ, phân bố thành phần cơng suất tác dụng tóm tắt giản đồ lượng, hình 4.34 Pj1 Rc.I2c Pj2 Z 't cos V2 I2 cos R1.I12 R2 I22 HÌNH 4.34 : Giản đồ lượng máy biến áp Gọi CƠNG SUẤT ĐIỆN P1 : cơng suất tác dụng cấp vào sơ cấp từ nguồn CÔNG SUẤT TẢI P2 : công suất tác dụng từ thứ cấp cấp đến tải, cơng suất tác dụng tiêu thụ tải TỔN HAO ĐỒNG PJ1 VÀ PJ2 : thành phần công suất tác dụng tiêu thụ điện trở dây quấn sơ thứ cấp TỔN HAO THÉP PTHÉP : bao gồm tổn hao lỏi thép dịng xóay Foucault từ trễ hiệu suất biến áp, định nghĩa sau: P2 (4.53) P1 Các thành phần tổn hao dây quấn biến áp tổn hao lỏi thép gọi tổn hao tổng biến áp, ta có ký hiệu sau: Tổnhao P1 P2 Pj1 Pj2 Ptheùp (4.54) Thành phần tổn hao thép xem tổn hao đo thí nghiệm khơng tải thành phần tổn hao không thay đổi theo tải phụ thuộc vào áp nguồn cấp vào sơ cấp Thành phần tổn hao đồng hay dây quấn có giá trị thay đổi dịng điện sơ thứ cấp thay đổi Nói cách khác thành phần tổn hao đồng thay đổi tải thay đổi Thành phần tổn hao thường xác định theo giá trị Pn công suất tác dụng đo thí nghiệm ngắn mạch Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 146 Ta có: Pj1 Pj2 R1.I12 R '2 I'22 Pj1 Pj2 R1.I12 R2 I22 R1.I12 R1.I12 Kba R2 I2 Kba R'2 I'22 (4.55) Áp dụng định nghĩa hệ số tải theo (4.17) ta có: Pj1 Pj2 R1 K t.I1dm Pj1 Pj2 K2t R1.I12dm R2 K t I2dm R2 I22dm (4.56) Với Pn cơng suất tác dụng đo thí nghiệm ngắn mạch, Pn tổn hao dây quấn biến áp dịng qua dây quấn có giá trị dịng định mức Như Pn tổn hao đồng định mức biến áp Tóm lại quan hệ (4.56) ghi lại sau: Pj1 Pj2 K2t Pn (4.57) 4.4.2 BIỂU THỨC HIỆU SUẤT: Với định nghĩa hiệu suất theo (4.53) ta viết lại sau: P2 P1 P2 P2 Pj1 Pj2 (4.58) Ptheùp Tại tải ta viết lại quan hệ sau: S2 cos S2 cos Pj1 Pj2 Ptheùp (4.59) Trong cos hệ số cơng suất phía thứ cấp hệ số cơng suất tải S2 công suất biểu kiến cấp đến tải từ thứ cấp Áp dụng định nghĩa hệ số tải ta có: Kt Sdm.cos K t Sdm cos Pj1 Pj2 Ptheùp (4.60) Từ quan hệ (4.57) (4.60) ta có: Kt Sdm.cos K t Sdm cos 2 K t Pn Po (4.61) THÍ DỤ 4.7: Với máy biến áp cho thí dụ 4.5 thứ cấp mang tải có hệ số sơng suất 0,8 trễ Xác định hiệu suất biến áp nửa tải định mức (ứng Kt = 0,5) GIẢI: Trong thí dụ 4.5 ta có số liệu sau: Sđm = 50 KVA ; V1đm = 2400 V ; V 2đm = 600 V , thành phần tổn hao đo từ thí nghiệm : Po = 484 W , Pn = 754 W Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 147 Áp dụng quan hệ (4.61) ta có kết sau: K t Sdm.cos K t Sdm cos 0, 5.50000.0,8 K 2t Pn Po 0, 5.50000.0, 0, 52.754 484 Suy ra: 20000 20000 188, 20000 20672, 484 0, 96746 % Ta ghi % : hiệu suất tính theo % theo quan hệ sau: Tóm lại: 100 % 96, 75 % 4.4.3 HIỆU SUẤT CỰC ĐẠI: Với quan hệ hiệu suất tìm theo (4.61) cho thấy: biết trước thông số định mức biến áp hiệu suất hàm số theo biến số Kt , hệ số công suất tải f Kt theo biến số K t có dạng hàm hữu tỉ Ta phân tích đóng vai trị thơng số Hàm hiệu suất f Kt sau hàm số f K t xác định Miền xác định : hàm f Kt có dạng Đạo hàm: hàm u Đặt: v Pn K2t Sñm cos Sñm.cos K t Kt Po Kt , Kt 0,1 u v u' Sđm.cos v' Pn K t Þ Þ Sñm.cos Đạo hàm viết theo dạng sau: d dK t vu ' uv ' v Pn K2t Đạo hàm triệt tiêu Po tam thức bậc thiếu Po Kt d dK t f Kt Pn K2t Sñm.cos Sñm cos Kt Po Po Pn K2t ; đồng thời dấu đạo hàm dấu Pn K2t Ta có bảng biến thiên hàm số sau: Po - Pn Po + + Pn + max 0+ Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 148 ĐỒ THỊ CỦA ĐẶC TUYẾN HIỆU SUẤT THEO HỆ SỐ TẢI Đường hiệu suất nhận trục hòanh làm đường tiệm cận ngang Đường biểu diễn hiệu suất xác định theo hai dạng sau: TRƯỜNG HỢP 1: Khi Po TRƯỜNG HỢP : Khi Pn Po Pn max Kt ; đường biểu diễn trình bày hình 4.35 Po Pn ; đường biểu diễn trình bày hình 4.36 1 max Po Pn Kt Kt Po 1 Pn f Kt theo trường hợp HÌNH 4.35: Đồ thị HÌNH 4.36: Đồ thị Kt Po Pn f Kt theo trường hợp Với kết trên, rút nhận xét sau: Po Khi Po Pn hiệu suất biến áp đạt cực đại lúc Kt Po Pn Tại lúc ta có: K2t Pn Giá trị K2t Pn tổn hao dây quấn hệ số tải tìm tổn hao đồng hệ số tải tương ứng Tóm lại biến áp đạt hiệu suất cực đại giá trị tải có tính chất: tổn hao thép tổn hao đồng Khi Po Pn ; hiệu suất biến áp cực đại Kt 1; biến áp trạng thái tải Vì hiệu suất hàm đồng biến theo hệ số tải phạm vi khảo sát , nên hiệu suất biến áp đạt giá trị lớn lúc K t Hiệu suất biến áp cực đại lúc đầy tải hay tải định mức Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 149 THÍ DỤ 4.8: Cho máy biến áp pha : 500KVA ; 2300 V / 230 V có tổn hao đo thí nghiệm khơng tải thí nghiệm ngắn mạch : P0 = 2250 W ; Pn = 8220 W Xác định hiệu suất máy biến áp trường hợp sau: a./ TRƯỜNG HỢP 1: Hệ số công suất tải 0,8 trễ ; hệ số tải 0,2 ; 0,4 ; 0,5 ; 0,6; 0,8 ; Xác định hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại b./ TRƯỜNG HỢP 2: Hệ số tải Kt = 0,75 hệ số công suất tải 0,7 trễ ; ; 0,7 sớm GIẢI: a./ TRƯỜNG HỢP 1: Khi hệ số công suất tải 0,8 trễ , ta có quan hệ hiệu suất sau: 400000.K t 8220.K2t 400000.K t 2250 Thế giá trị Kt vào quan hệ ta tìm bảng trị số sau: Kt % 0,2 96,88 0,4 97,82 0,5 97,89 0,6 97,87 0,8 97,71 97,45 Tại lúc hiệu suất cực đại, ta có : P0 Kt Pnm 2250 8220 0, 5232 Giá trị hiệu suất cực đại đạt trường hợp : max 400000.K t 8220 K2t 0, 97895 400000.K t 2250 b./ TRƯỜNG HỢP 2: Khi hệ số tải Kt = 0,75 hệ số công suất phụ tải thay đổi ; hiệu suất xác định theo quan hệ sau: K t 500000.cos K t 500000.cos 2250 8220.K2t Suy ra: 375000 cos 375000 cos 2 6873, 75 Khi hệ số công suất tải thay đổi ta ghi nhận kết bảng giá trị sau: cos 0,7 trễ 97,45 98,2 0,7 sớm 97,45 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 150 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG ̣ H ĐIÊN ̣ AP ́ TAỊ THỨ CÂ P ́ BIÊ N ́ AP ́ LU C ́ MANG TA Ỉ : 4.5 ĐỘ CHÊNH LÊC biến áp mang tải , điện áp đo hai đầu thứ cấp biến áp lúc áp đặt ngang qua hai đầu tải V2 Với V2dm : điện áp thứ cấp định mức áp thứ cấp không tải Độ chênh lệch điện áp thứ cấp xác định theo quan hệ sau: V V2dm V2 (4.62) Phần trăm độ chênh lệch áp phía thứ cấp định nghĩa sau: V2dm V% V2 V2 100 (4.62) THÍ DỤ 4.9: Với biến áp cho thí dụ 4.6, xác định phần trăm độ chênh lệch áp phía thứ cấp GIẢI: Từ kết tính tốn thí dụ 4.6, ta có áp hiệu dụng thứ cấp mang tải : V2 V2 584, 73 V Với áp thứ cấp định mức: V2dm theo quan hệ sau: V% V2dm V2 V2 600 V , ta suy phần trăm chênh lệch áp thứ cấp 100 600 584, 73 100 584, 63 2, 612 % BÀI TẬP CHƯƠNG BÀI TẬP 4.1 Cho máy biến áp : 5KVA, 500V / 100V thử cho kết sau: Hiệu suất cực đại máy phát 3KVA Khi đưa điện áp 100V vào phía hạ áp hở mạch phía cao áp máy tiêu thụ 100W lấy dịng điện 3A Tính hiệu suất máy mang tải định mức với hệ số công suất 0,8 trễ BÀI TẬP 4.2 Cho máy biến áp phân phối : 500 KVA 2300V / 230V thử cho kết sau: Thử khơng tải (đưa điện vào phía hạ áp): V2 = 230V ; I2 = 94 A ; P2 = 2250W Thử ngắn mạch ( đưa điện vào phía cao áp): V1 = 100V ; I1 = 230A ; P1 = 9200W Tính thơng số mạch tương đương quy sơ cấp BÀI TẬP 4.3 Tính lại 4.2 kết thử nghiệm ghi nhận sau : Thử không tải (đưa điện vào phía hạ áp): V2 = 208V ; I2 = 85 A ; P2 = 1800W Thử ngắn mạch ( đưa điện vào phía cao áp): V1 = 95V ; I1 = 218A ; P1 = 8200W Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 151 BÀI TẬP 4.4 Khi máy biến áp cho 4.3 phát tải định mức với hệ số công suất tải cos = Tính hiệu suất máy biến áp theo phương pháp sau: Dùng mạch tương đương xác Dùng mạch tương đương gần BÀI TẬP 4.5 Một máy biến áp 120V – 50Hz tiêu thụ 75W 1,5 A lúc không tải Cho điện trở dây quấn sơ cấp 0,4 Xác định: Tổn hao lỏi thép Hệ số công suất lúc không tải BÀI TẬP 4.6 Cho thông số mạch tương đương xác máy biến áp 150 KVA, 2400 V / 240 V : R1= 0,2 ; R’2 = 0,2 ; Xt1 = 0,45 ; X’t2 = 0,45 ; RC = 10K ; Xm = 1,55K Máy phát cơng suất định mức cho tải có hệ số công suất cos = Xác định: Phần trăm sụt áp Hiệu suất máy biến áp BÀI TẬP 4.7 Tính lại 4.6 dùng mạch tương đương gần cho máy biến áp So sánh kết nhận với kết tính tốn 4.6 BÀI TẬP 4.8 Cho máy biến áp: 100 KVA; 2200 V / 220 V – 50Hz thiết kế để làm việc với từ cảm cực đại B = 1,2 T Biết sức điện động cảm ứng 15 V / vòng dây Hãy xác định: Số vòng dây quấn sơ cấp; thứ cấp Tiết diện lỏi thép (mạch từ) máy biến áp BÀI TẬP Cho biến áp: 10KVA; 220 V /110 V – 50Hz thử với dụng cụ đo lắp phía cao áp: Thử khơng tải : 500 W; 220V ; 3,16A Thử ngắn mạch: 400W ; 65V ; 10A Vẽ mạch tương đương gần quy sơ cấp Suy mạch tương đương gần quy thứ cấp BÀI TẬP 4.10 Số vòng dây quấn sơ cấp thứ cấp máy biến áp 100 vòng 80 vòng Tiết diện lỏi thép 32 cm2 Lỏi thép bị bão hòa trị số hiệu dụng từ cảm sin vượt 1,4 T Với nguồn áp sin có tần số 50Hz có điện áp tối đa để biến áp khơng bão hịa, xác định áp thứ cấp lúc BÀI TẬP 4.11 Máy biến áp 50KVA; 2400V / 240V có tổn hao đồng định mức 680W tổn hao thép 760W Xác định: Hiệu suất máy biến áp lúc đầy tải nửa tải, biết hệ số công suất tải cos = Tính hệ số tải hiệu suất máy biến áp đạt giá trị cực đại Tính giá trị hiệu suất cực đại lúc cos = BÀI TẬP 4.12 Máy biến áp 24 KVA, 2400 V / 120 V có tổn hao thép 400W tổn hao định mức 900W Tính hiệu suất máy phát 85 A cho tải có hệ số công suất cos = 0,8 sớm Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 152 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG BÀI TẬP 4.13 Máy biến áp 50 KVA đạt hiệu suất cực đại mang tải 35 KVA Tính hiệu suất máy biến áp tải có hệ số cơng suất cos = 0,8 trễ ; biết tổn hao không tải biến áp 200 W BÀI TẬP 4.14 Trong thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp: 100 KVA; 12000 V / 240 V; tăng dần điện áp sơ cấp dòng ngắn mạch thứ cấp đạt giá trị định mức Điện áp công suất đo phía sơ cấp lúc 600 V 1200W Hãy xác định: Thông số Rn Xn biến áp Máy biến áp cung cấp 100 KVA điện áp 240V cho tải có hệ số cơng suất cos = 0,8 trễ Tính điện áp hệ số cơng suất phía sơ cấp BÀI TẬP 4.15 Cơng suất không tải đưa vào máy biến áp KVA; 500 V / 100 V 100W điện áp định mức hệ số công suất không tải cos o = 0,15 Khi máy mang tải định mức, sụt áp qua điện trở điện kháng tản từ 1% 2% điện áp định mức Tính cơng suất hệ số cơng suất phía sơ cấp máy phát KW cho tải điện áp định mức hệ số công suất tải cos = 0,8 trễ BÀI TẬP 4.16 Công suất không tải đưa vào máy biến áp: 50 KVA; 2300 V / 230 V 2000 VA điện áp định mức hệ số công suất không tải cos o = 0,15 Khi máy mang tải định mức, sụt áp qua điện trở điện kháng tản từ 1,2% 1,8% điện áp định mức Tính cơng suất hệ số cơng suất phía sơ cấp máy phát 30KW cho tải điện áp định mức hệ số công suất tải cos = 0,8 trễ BÀI TẬP 4.17 Trong thí nghiệm ngắn mạch biến áp 50KVA; 4400 V / 220 V ; dịng, áp, cơng suất đo phía sơ cấp 10,8 A ; 120 V 544 W Bây cho máy phát dòng định mức điện áp 220V hệ số công suất tải cos = 0,8 trễ Hãy xác định điện áp phải cung cấp vào phía cao áp E1 BÀI TẬP 4.18 Cho máy biến áp có tỉ số biến áp Kba E2 tương đương biến áp sau: PHÍA SƠ CẤP: R1 = 0,5 PHÍA THỨ CẤP: R2 = 0,021 ; Xt1 = 3,2 ; Xt2 = 0,12 ; RC = 350 V1 V20 thông số mạch ; Xm = 98 W Xác định mạch tương đương biến áp qui đổi sơ cấp mạch tương đương biến áp qui đổi thứ cấp BÀI TẬP 4.19 Cho thông số mạch tương đương máy biến áp : 150 KVA, 2400 V / 240 V : R1 = 0,2 ; Xt1 = 0,45 ; RC = 10 K ; Xm = 1,55 K ; R2 = 0,002 ; Xt2 = 0,0045 a./ Áp dụng mạch tương đương xác tính V% hiệu suất biến áp lúc tải định mức với hệ số công suất tải 0,8 trễ b./ Tính lại câu a dùng mạch tương đương gần Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 ... Điện Thực Tập Điện- 2009 144 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Điện trở đặc trưng tổn hao thép: V12dm RC 240 02 48 4 Po 11900, 826 V1dm IC Dòng hiệu dụng IC (qua nhánh chứa RC): 11, k 240 0... Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 139 · THÀNH PHẦN DÒNG PHỨC I c : Áp dụng định luật Ohm suy ra: IC Vab RC 43 8, 24 70o 24. .. Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 145 Suy ra: V '2 2338, 749 04 27, 43 44. j 2338, 91 0o67 V Áp hiệu dụng thứ cấp biến