maydien c2 mba 8003

Bài giảng Chương 2: Máy biến áp TS Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 1 Máy biến áp – Giới thiệu Truyền tải điện từ mạch sang mạch khác thông qua từ trường Ứng dụng: lĩnh vực lượng lẫn truyền thông Trong truyền tải, phân phối, sử dụng điện năng: tăng hay giảm điện áp tần số cố định (50/60 Hz), công suất hàng trăm W đến hàng trăm MW Phần Máy biến áp – Giới thiệu (tt) Trong truyền thông, máy biến áp dùng để phối hợp trở kháng, cách ly DC, thay đổi cấp điện áp công suất vài W dải tần số rộng Gần đây, máy biến áp với lõi ferrite (còn gọi biến áp xung) ngày phổ biến theo phát triển biến đổi điện tử cơng suất (bộ nguồn xung máy tính ví dụ) Mơn học xem xét máy biến áp công suất Phần Máy biến áp – Giới thiệu (tt) Sự biến đổi lượng u cầu có từ thơng móc vịng biến thiên theo thời gian Do đó, lõi khơng khí tạo hiệu ứng biến áp, lõi thép kỹ thuật điện cho phép thực hiệu nhiều lần Lõi thép máy biến áp ghép từ nhiều thép mỏng, để giảm tổn hao dịng điện xốy Mặc dù máy biến áp lực sử dụng lõi thép, tồn lượng nhỏ từ thông tản, liên quan đến dây quấn Phần Một số hình ảnh máy biến áp Điều khiển 10 kV, ngâm dầu Công suất nhỏ pha nhỏ Loại khô 110 kV, ngâm dầu Phần 500 kV, ngâm dầu Máy biến áp – Hoạt động không tải Nếu cấp điện cho dây quấn sơ cấp, để hở mạch dây quấn thứ cấp, ta có điều kiện làm việc khơng tải (hình 2.4) Để tạo từ thông làm việc máy (bằng với giá trị bình thường), cần có dịng điện cung cấp từ nguồn, gọi dòng điện khơng tải Thơng thường dịng điện từ hóa có giá trị nhỏ so với dòng điện định mức, xem điện áp cảm ứng có giá trị với điện áp đặt vào dây quấn Phần Máy biến áp – Hoạt động không tải (tt) Giả sử từ thơng có dạng φ = φmax sin (ωt ) (2.1) Điện áp đặt vào V1 thỏa mãn V1 = 2πfφmax N1 = 4,44 fφmax N1 (2.2) với f tần số dòng điện từ hóa, N1 số vịng dây cuộn sơ cấp Nếu mạch từ hoạt động vùng phi tuyến, dạng sóng dịng từ hóa khác với dạng sóng từ thơng Phần Máy biến áp – Hoạt động khơng tải (tt) Dịng điện khơng tải bao gồm thành phần: thành phần tổn hao lõi thép thành phần từ hóa Khi mạch từ hoạt động vùng phi tuyến, dịng điện khơng tải gồm thành phần họa tần bậc lẻ Xét thành phần dịng điện khơng tải dịng điện khơng tải hình sin tương đương, biểu diễn dịng điện khơng tải giản đồ vectơ (hình 2.5) Ví dụ 2.1 (sách Fitzgerald) Phần Máy biến áp lý tưởng Xét mạch từ có quấn cuộn φ i1 dây hình vẽ Bỏ qua tổn + v1 – hao, điện dung ký sinh, từ thông N1 i2 N2 + v2 – rị Xem mạch từ có độ thẩm từ vô lớn hay từ trở v1 (t ) = N dφ dt v (t ) = N dφ dt ⇒ v1 (t ) N1 = =a v (t ) N (2.3) a gọi tỷ số vòng dây Phần Máy biến áp lý tưởng (tt) Sức từ động tổng cho mmf = N1i1 + N i2 = Rφ = i1 (t ) N =− =− i2 (t ) N1 a ⇒ (2.4) (2.5) Dẫn đến mơ hình tốn MBA sau i1 Ideal i2 + + v1 v2 – – N1:N2 v1 N1 = =a v2 N i1 N =− =− i2 N1 a v1 (t )i1 (t ) + v2 (t )i2 (t ) = Phần (2.6) 10 Máy biến áp lý tưởng (tt) Một mô hình khác sát với tượng vật lý v1 N1 = =a v2 N i1 i1 N = = i2 N1 a v1 (t )i1 (t ) = v2 (t )i2 (t ) Ideal i2 + + v1 v2 – – N1:N2 Có thể thấy rằng, với máy biến áp lý tưởng (theo quy ước mạch điện slide trước) k =1 L2 i1 v =− =− =− i2 v1 a L1 ⇒ L1 N 22 = L2 N 12 (2.7) Phần 11 Tính chất thay đổi trở kháng MBA lý tưởng Xét MBA lý tưởng với tải điện trở nối vào dây quấn Theo định luật Ohm v2 = RL i2 i1 + Thay v2 = v1 a i2 = ai1 v1 (2.8) i2 + v2 – N  v1 = a RL =   RL i1  N2  Ideal RL – N1:N2 Có thể dễ dàng mở rộng kết cho hệ thống có tải phức Có thể chứng minh 2 V1  N1  V2  N1    Z L = a Z L =  =  I1  N  I  N  Phần (2.9) 12 Quy đổi tổng trở, điện áp, dòng điện Như vậy, khảo sát phía sơ cấp, khơng thể phân biệt mạch điện có điện trở tương đương nối vào sơ cấp, với mạch điện có tổng trở tải nối vào thứ cấp Tóm lại, máy biến áp lý tưởng, điện áp quy đổi theo tỷ số vòng dây, dòng điện theo nghịch đảo tỷ số vịng dây, tổng trở theo bình phương tỷ số vịng dây Cơng suất thực cơng suất biểu kiến không đổi Phần 13 Phối hợp trở kháng Tính chất thay đổi trở kháng dùng để cực đại hóa việc truyền cơng suất dây quấn, hay phối hợp trở kháng Một MBA lý tưởng đặt nguồn công suất (trở kháng Zo) tải (trở kháng ZL) Tỷ số vòng dây chọn cho Z o ≈ (N1 N ) Z L Phần (2.10) 14 Mạch tương đương MBA với mạch từ tuyến tính Xét MBA với từ thơng rị điện trở dây quấn Mạch tương đương rút trực tiếp từ mơ hình vật lý đơn giản khơng có ích Các phương trình phía thứ cấp nhân với a (= N1/N2) i2 thay i2/a, để rút mạch tương đương có ích (hình 2.10) i1 R1 i2 + + v1 v2 – – N1:N2 L1 – aM a2R2 a L2 – aM + RL + i1 v1 – aM i2/a av2 a2RL – Phần 15 Mạch tương đương MBA với mạch từ tuyến tính L1 – aM gọi điện cảm tản dây quấn 1, a2L2 – aM gọi điện cảm tản “quy đổi” dây quấn aM điện cảm từ hóa, dịng điện với gọi dịng điện từ hóa Tồn tổn hao cơng suất lõi từ từ trễ dịng xốy Các tổn hao khó tính tốn giải tích Tổng tổn hao biểu diễn tổn hao tổng mạch từ máy biến áp, phụ thuộc vào giá trị Bm Chúng gọi tổn hao (lõi) thép Một điện trở mắc song song với điện kháng từ hóa aM để kể đến tổn hao Phần 16 Mạch tương đương MBA với mạch từ tuyến tính (tt) Khi có xét đến tổn hao cơng suất, mạch tương đương (hình T) MBA sau i1 L1 – aM R1 a2R2 a L2 – aM + i2 + Ideal + v1 Rc1 av2 (aM)1 – v2 – RL – N1:N2 Tải thực RL điện áp/dòng điện với có cách quy đổi ngược phía thứ cấp, qua MBA lý tưởng (như thể hình trên) Phần 17 Máy biến áp vận hành xác lập hình sin Khi vận hành xác lập, trở kháng vectơ pha dùng mạch tương đương jxl1 R1 + V1 a2R2 I1 ja2xl2 I2 a Rc1 jXm1 – Ideal I2 + + aV2 V2 – ZL – N1:N2 với ω (L1 − aM ) = xl1 = ω (aM ) = X m1 = ω ( L2 − M a ) = x l = ω (a L2 − aM ) = a xl = Điện kháng tản dây quấn Điện kháng từ hóa quy đổi dây quấn Điện kháng tản dây quấn Điện kháng tản d/quấn quy đổi d/quấn Phần 18 Máy biến áp vận hành xác lập hình sin (tt) Tất đại lượng quy đổi dây quấn jxl1 R1 + I1 V1 ja2xl2 a2R2 + I2 a Rc1 a2ZL jXm1 – aV2 – Hoặc quy đổi dây quấn jxl1/a2 R1/a2 + V1 a jxl2 R2 aI1 + I2 Rc1/a2 jXm1/a2 – ZL V2 – Phần 19 ... kháng Một MBA lý tưởng đặt nguồn công suất (trở kháng Zo) tải (trở kháng ZL) Tỷ số vòng dây chọn cho Z o ≈ (N1 N ) Z L Phần (2.10) 14 Mạch tương đương MBA với mạch từ tuyến tính Xét MBA với từ... i1 v =− =− =− i2 v1 a L1 ⇒ L1 N 22 = L2 N 12 (2.7) Phần 11 Tính chất thay đổi trở kháng MBA lý tưởng Xét MBA lý tưởng với tải điện trở nối vào dây quấn Theo định luật Ohm v2 = RL i2 i1 + Thay... hóa aM để kể đến tổn hao Phần 16 Mạch tương đương MBA với mạch từ tuyến tính (tt) Khi có xét đến tổn hao cơng suất, mạch tương đương (hình T) MBA sau i1 L1 – aM R1 a2R2 a L2 – aM + i2 + Ideal