C2 DDL

Chương 2: Tổng quan máy biến áp  2.1 Đại cương máy biến áp (MBA)  2.1.1 Nguyên lý làm việc MBA  2.1.2 Cấu tạo MBA  2.1.3 Các đại lượng định mức MBA  2.2 Máy biến áp pha  2.2.1 Các dạng mạch từ MBA  2.2.2 Tổ nối dây MBA  2.2.3 MBA làm việc song song  2.3 Các loại MBA khác  2.3.1 MBA ba dây quấn  2.3.2 MBA tự ngẫu 2.1.Đại cương máy biến áp 2.1.1 Nguyên lý làm việc MBA • Xét máy biến áp pha hai dây quấn hình 2.11 • Dây quấn có W1 vịng dây, dây quấn có W2 vịng dây, hai quấn lõi thép • Đặt điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1, có dịng điện i1 chạy • Dịng i1 sinh từ thơng  lõi thép móc vịng với hai dây quấn 2, cảm ứng nên dây quấn s.đ.đ cảm ứng e1 e2 • S.đ.đ e2 dây quấn sinh dòng điện i2 đưa tải với điện áp u2 I1 ~ I2 W1 U1 W2 Ф U2 Hình 2.1-1 Nguyên lý làm việc máy biến áp Zt 2.1.1 Nguyên lý làm việc MBA • Nếu điện áp u1 đặt vào cuộn sơ cấp hàm số hình sin từ thơng sinh hình sin:  = msinωt • Theo định luật cảm ứng điện từ, ta có: 𝑒1 = 𝑒2 = 𝑑Ф −𝑊1 𝑑𝑡 𝑑Ф −𝑊2 𝑑𝑡 = −𝑊1 Ф𝑚 𝜔𝑐𝑜𝑠ω𝑡 = = −𝑊2 Ф𝑚 𝜔𝑐𝑜𝑠ω𝑡 = Trong đó: 𝐸1 = 𝐸2 = 𝜔 𝑊1 Ф𝑚 𝜔 𝑊2 Ф𝑚 = = (2.1-1) 𝜋 𝐸1 sin(ω𝑡 − ) 𝜋 𝐸2 sin(ω𝑡 − ) 2𝜋𝑓𝑊1 Ф𝑚 2𝜋𝑓𝑊2 Ф𝑚 (2.1-2a) (2.1-2b) = 4,44𝑓𝑊1 Ф𝑚 = 4,44𝑓𝑊2 Ф𝑚 2 E1 ; E2: trị số hiệu dụng s đ đ dây quấn 2.1.1 Nguyên lý làm việc MBA • Từ biểu thức (2.1-2a, b) cho thấy: s.đ.đ cảm ứng dây quấn chậm pha so với từ thơng sinh góc π/2 E1 w1 k  E2 w2 (2.1-3) gọi tỷ số biến đổi máy biến áp • Nếu bỏ qua điện áp rơi dây quấn máy biến áp thì: U1 ≈ E1 U2 ≈ E2 , đó: E U k E2  U2 (2.1-4) Nếu bỏ qua tổn thất công suất máy biến áp, ta có: 𝑈1 𝐼2 𝑘= = (2.1-5) 𝑈2 𝐼1 • Định nghĩa m.b.a: M.b.a thiết bị điện từ đứng yên, làm việc nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều từ cấp điện áp sang cấp điện áp khác, với tần số không đổi 2.1.1 Nguyên lý làm việc MBA - Máy biến áp có dây quấn gọi mba hai dây quấn Dây quấn nối với nguồn để thu lượng vào gọi dây quấn sơ cấp Dây quấn nối với phụ tải để đưa lượng gọi dây quấn thứ cấp - Dây quấn có điện áp cao gọi dây quấn cao áp (CA), dây quấn có điện áp thấp gọi dây quấn hạ áp (HA) - Máy biến áp giảm áp (có k > 1, tức U1 > U2 ); máy biến áp tăng áp (có k < 1, tức U1 < U2) - Ở máy biến áp ba dây quấn, hai dây quấn CA HA cịn có dây quấn thứ ba có cấp điện áp trung gian, gọi dây quấn trung áp (TA) 2.1.2 Cấu tạo MBA • M.b.a có phận sau: G  Lõi thép  Dây quấn  Vỏ máy G 12 G T T G G  b) a) a) b) Hình 2.1-3 Hình 2.1-5 Lõi thép: dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn • Theo hình dáng lõi thép người ta chia m.b.a thành hai loại: • M.b.a kiểu lõi hay kiểu trụ (hình 2.1-3) Loại thơng dụng cho m.b.a pha ba pha cơng suất nhỏ trung bình • M.b.a kiểu bọc (hình 2.1-4) Loại mạch từ phân hai bên ôm lấy phần dây quấn Hình 2.1-4 2.1.2 Cấu tạo MBA M.b.a kiểu bọc thường dùng vài ngành chuyên môn đặc biệt m.b.a dùng lò luyện kim, m.b.a công suất nhỏ dùng kĩ thuật vô tuyến điện, âm thanh, Các m.b.a đại dung lượng lớn cực lớn (80 ÷ 100 MVA/1 pha), điện áp thật cao (≥ 220 kV), để giảm chiều cao trụ thép, tiện lợi cho vận chuyển mạch từ m.b.a kiểu trụ phân nhánh sang hai bên m.b.a có tên m.b.a kiểu trụ-bọc (hình 2.1-5) • Lõi thép gồm phần:  Trụ  Gông Trụ (T): phần có quấn dây Gơng (G): nối trụ lại với thành mạch từ kín, khơng có dây quấn Lõi thép ghép thép KTĐ dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm tổn hao dịng điện xốy 2.1.2 Cấu tạo MBA  Trụ gơng ghép riêng (ghép rời) sau dùng xà ép bulơng vít chặt lại (hình 2.1-6)  Trụ gơng ghép xen kẽ: thép làm trụ làm gôngđược ghép đồng thời, xen kẽ theo trình tự a, b hình 2.1-7 a) b) Hình 2.1-6 Hình 2.1-7  Tiết diện ngang trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần trịn (hình 2.1-8) Hình 2.1-8  Tiết diện ngang gông làm đơn giản hơn: hình vng, hình chữ thập hình chữ T (hình 2.1-9) Hình 2.1-9 2.1.2 Cấu tạo MBA Dây quấn: phận dẫn điện m.b.a, làm nhiệm vụ thu lượng vào truyền lượng • Kim loại làm dây quấn: thường đồng, nhơm • Theo cách xếp dây quấn CA HA, dây quấn m.b.a chia thành hai loại chính: • Dây quấn đồng tâm • Dây quấn xen kẽ a) Dây quấn đồng tâm: Tiết diện ngang đường tròn đồng tâm Dây quấn CA thường quấn phía gần trụ thép, dây quấn HA quấn phía ngồi bọc lấy dây quấn CA • Dây quấn đồng tâm có kiểu sau:  Dây quấn hình trụ  Dây quấn hình xoắn  Dây quấn xoáy ốc liên tục 2.1.2 Cấu tạo MBA Dây quấn:/Dây quấn đồng tâm: • Dây quấn hình trụ: • Nếu tiết diện dây nhỏ dùng dây trịn quấn thành nhiều lớp (hình 4- 10a) Loại thường dùng làm dây quấn CA, điện áp tới 35 kV • Nếu tiết diện dây lớn dùng dây bẹt, thường quấn thành hai lớp (hình 410b) Loại chủ yếu dùng làm dây quấn HA với điện áp ≤ kV • Dây quấn hình trụ thường dùng cho máy biến áp có S ≤ 560 kVA a) b) c) d) Hình 2.1-10 a) Dây trịn nhiều lớp; b) Dây bẹt hai lớp; c) Dây quấn hình xoắn; d) Dây quấn xốy ốc liên tục 2.2.2 Tổ nối dây MBA 2.Tổ nối dây mba: - Tổ nối dây mba hình thành phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp so với kiểu đấu dây thứ cấp - Phương pháp kí hiệu tổ nối dây kim đồng hồ - Góc lệch pha tổ nối dây quy ước số mặt đồng hồ Độ lớn góc lệch pha số x 300 Theo phương pháp này, kim dài đồng hồ sđđ dây sơ cấp đặt cố định số 12, kim ngắn sđđ dây thứ cấp tương ứng đặt số 1,2,3…,12 tùy theo góc lệch pha chúng 300 , 600 ,…, 3600 Đối với mba ba pha có 12 tổ nối dây - Trong thực tế nước ta, để thuận tiện cho việc chế tạo sử dụng, người ta sản xuất máy biến áp có tổ nối dây Y/Y0-12, Y/Δ-11, Y0/Δ-11 máy biến áp pha có tổ nối dây I/I-12 - tổ nối dây Y/Y-12 A B B C EAB X a x Y Z EAB C Eab A b bc y X Y Z Y xZ Eab Z c 360o a Hình 2.2- Tổ nối dây Y/Y-12 - Tổ nối dây Y/Δ-11 A B C B EAB EAB X a Y b Z X Y Z c yz Eab A b,z x C x, c Eab a,y Hình 2.2-7 Tổ nối dây Y/-11 330o 2.2.3 MBA làm việc song song Điều kiện để MBA làm việc song song Điều kiện tỷ số biến đổi Điều kiện tổ nối dây Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch 2.2.3 MBA làm việc song song Điều kiện tỷ số biến đổi nhau: • Giả sử tỷ số biến đổi k khác => E2I≠ E2II => xuất dòng điện cân Icb sinh ∆E = E2I - E2II (cả khơng tải) chạy vịng dây quấn thứ cấp MBA • Khi có tải, dịng Icb cơng với dịng tải It làm cho hệ số tải trở thành khác ảnh hưởng xấu tới lợi dung cơng suất máy • Quy định ∆k MBA làm việc song song không lớn 0,5% trị số trung bình chúng Điều kiện tổ nối dây: • Nếu tổ đấu dây MBA song song khác điện áp thứ cấp có góc lệch pha (phụ thuộc vào tổ đấu dây) => mạch nối liền dây quấn thứ cấp mba xuất suất điện động, có giá trị lớn ∆E = E.sinα (α: góc lệch pha) => Dịng điện làm hỏng MBA VD: MBA I có tổ nối dây Y/Δ-11; MBA II có tổ nối dây Y/Y-12 điện áp thứ cấp máy lệch góc 300 2.2.3 MBA làm việc song song Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch nhau: • Điện áp ngắn mạch un liên quan đến phân phối tải MBA làm việc song song • Tổng trở tương đương mạch điện gồm MBA song song với nhau: 𝑍= 1 + + 𝑍𝑛𝐼 𝑍𝑛𝐼𝐼 𝑍𝑛𝐼𝐼𝐼 • Điện áp rơi mạch điện:  U  U  U '2  Z I Trong I  I   I '2 dòng điện tổng MBA 2.2.3 MBA làm việc song song Điều khiện trị số điện áp ngắn mạch nhau: • Dịng điện tải MBA Z I I '2 I   Z nI I III Z nI  i  I Zni I '2 II Z I   Z nII I III Z nII  i  I Zni I '2 III Z I   Z nIII I III Z nIII  i  I Zni • Thực tế, góc φn tam giác điện kháng máy ghép song song gần giống nên dòng điện tải xem trùng pha, thay số phức modun ta tính: un % U dm I zn   I '2 I  (2.2  1) unI % I dmi 100 I dm  I dmI uni % 2.2.3 MBA làm việc song song Điều khiện trị số điện áp ngắn mạch nhau: • Nhân phương trình 2.2-1 với phương trình U1dm U1dm  SdmI U1dm I dmI • Ta được: SI S I   SdmI u % Sdmi u % nI ni Trong đó: S=U1dm.I tổng cơng suất truyền MBA, SI công suất truyền qua MBA I βI hệ số tải máy I • 𝛽𝐼𝐼 = 𝑆𝐼𝐼 𝑆đ𝑚𝐼𝐼 = 𝑆 𝑆 𝑈𝑁𝐼𝐼 % 𝑈đ𝑚𝑖 𝑛𝑖 % 2.2.3 MBA làm việc song song Điều khiện trị số điện áp ngắn mạch nhau: • Tương tự ta có 𝛽𝐼𝐼 = 𝑆𝐼𝐼 𝑆đ𝑚𝐼𝐼 = 𝑆 𝑈𝑛𝐼𝐼 % 𝛽𝐼𝐼𝐼 = 𝑆đ𝑚𝑖 ; 𝑈𝑛𝑖 %   I :  II :  III  : 𝑆𝐼𝐼𝐼 𝑆đ𝑚𝐼𝐼𝐼 : = 𝑆 𝑈𝑛𝐼𝐼𝐼 % 𝑆đ𝑚𝑖 𝑈𝑛𝑖 % unI % unII % unIII % • Nhận xét: Nếu un% máy β nhau, tải phân phối theo tỉ lệ cơng suất Cịn un% khác máy có un% nhỏ β lớn ( tải nặng) • Quy định: • un% MBA làm việc song song khơng khác q 10% • Cơng suất MBA làm việc song song không 3:1 3.1 MBA dây quấn • Máy biến áp ba dây quấn máy biến áp có dây quấn sơ cấp hai dây quấn thứ cấp • M.b.a ba dây quấn dùng để cung cấp điện cho lưới điện có điện áp khác ứng với tỉ số biến đổi điện áp là: k12 = w1/w2 ≈ U1/U2; k13 = w1/w3 ≈ U1/U3 • M.b.a ba dây quấn có ưu điểm: nâng cao tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật trạm biến áp số máy biến áp cần thiết trạm tổn hao vận hành nhỏ • Các tổ nối dây tiêu chuẩn m.b.a ba dây quấn sau: Y0/Y0/Δ-12-11 Y0/Δ/Δ-11-11 2.3.1 MBA dây quấn • Công suất dây quấn chế tạo theo tỷ lệ sau: 1) 100%, 100%, 100% 2) 100%, 100%, 67%, 3) 100%, 67%, 67%, 4) 100%, 67%, 100% • Công suất định mức m.b.a ba dây quấn lấy theo công suất dây quấn sơ cấp (cuộn dây có cơng suất lớn nhất) ~ 2 Hình 2.3-1 M.b.a ba dây quấn 2.3.2 MBA tự ngẫu • M.b.a tự ngẫu m.b.a phận dây quấn đồng thời thuộc dây quấn sơ cấp thứ cấp (hình 7-2) Vì dây quấn sơ cấp thứ cấp liên hệ với từ liên hệ trực tiếp với điện • M.b.a tự ngẫu có loại tăng áp, có loại giảm áp, có loại pha, có loại ba pha • Ở m.b.a tự ngẫu, công suất truyền tải qua máy gồm hai phần: phần thông qua từ trường lõi thép, phần truyền trực tiếp I1 I2 I2 I1 U2 U1 U1 U2 a) b ) Hình 2.3-2 Sơ đồ mba tự ngẫu pha a) nối thuận b)nối ngược 2.3.2 MBA tự ngẫu • So với máy biến áp có dây quấn sơ cấp thứ cấp cách ly cơng suất máy biến áp tự ngẫu có kích thước mạch từ bé hơn, khối lượng dây nên giá thành rẻ hạ • Tổn hao máy biến áp tự ngẫu nhỏ hơn, độ thay đổi điện áp ΔU hay điện áp rơi máy biến áp tự ngẫu nhỏ • Tuy nhiên, sơ cấp thứ cấp liên hệ trực tiếp với điện nên đoạn dây chung bị đứt (hở mạch) điện áp sơ cấp thứ cấp gây nguy hiểm cho phụ tải người máy biến áp tự ngẫu dùng để hạ áp • Điện kháng ngắn mạch mba tự ngẫu nhỏ nên dịng điện ngắn mạch tương đối lớn • Ứng dụng: máy biến áp tự ngẫu dùng để truyền tải điện hệ thống điện lực, để mở máy động điện không đồng bộ, dùng phịng thí nghiệm để thay đổi điện áp liên tục Bài 1: Cho máy biến áp pha tổ nối dây Y/Y-4 , xác định thứ tự pha bên dây quấn thứ cấp? Bài 2: Cho sơ đồ đấu dây máy biến áp pha hình vẽ, xác định tổ nối dây mba? A B C X Y b c y Z a z x Bài 1: Cho máy biến áp pha tổ nối dây Y/Y-4 , xác định thứ tự pha bên dây quấn thứ cấp? Bài 2: Cho sơ đồ đấu dây máy biến áp pha hình vẽ, xác định tổ nối dây mba? A B C X Y b c y Z a z x Bài : Cho máy biến áp có tỉ số k, tổ nối dây làm việc song song có số liệu sau: Máy 1: S1đm = 180 kVA; Un% = 5,8 Máy 2: S2đm = 240 kVA; Un% = Máy 3: S3đm = 320 kVA; Un% = 6,2 Tính tải máy biến áp tải chung 600 kVA? Bài 3: Ta có: 𝑆đ𝑚𝑖 𝑢𝑛𝑖 % = 180 5,8 240 + 𝛽1 = + 320 6,2 𝑆 = 122,6 600 = = 0,843 5,8.122,6 𝑆đ𝑚𝑖 𝑢𝑛1 % 𝑢𝑛𝑖 % 𝑆1 = 𝛽1 𝑆đ𝑚1 = 0,84.180 = 𝑘𝑉𝐴 • 𝛽2 = 𝑆 𝑢𝑛2 % 𝑆đ𝑚𝑖 𝑢𝑛𝑖 % = • 𝑆2 = 𝛽2 𝑆đ𝑚2 = • 𝛽3 = 𝑆 𝑢𝑛3 % 𝑆đ𝑚𝑖 𝑢𝑛𝑖 % • 𝑆3 = 𝛽3 𝑆đ𝑚3 = =