TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN GVC-ThS.NGUYEÃN TRỌNG THẮNG GVC-ThS.NGÔ QUANG HÀ GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN I TP HCM Thaùng 12 / 2005 Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình MÁY ĐIỆ N I sá ch GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN gồm tập nhằm giú p sinh viên bậ c đại họ c hoặ c cao đẳng ngành Điện Công Nghiệp , Điện Tự Độn g củ a trườn g Đạ i Học Sư Phạm Kỹ Thuậ t TP.HCM làm tài liệu họ c tập, hoặ c dùng làm tà i liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Điện- Điện tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thô ng ngành khác liê n quan đến lónh vự c điện –điện tử Giáo trình máy điệ n trình bày nhữ ng lý thuyết về: cấu tạo; nguyên lý làm việ c; quan hệ điện từ ; đặ c tính tượng vật lý xảy trong: Máy điện mộ t chiều; Má y biến áp; Máy điện khô ng đồ ng Máy điện đồng Toàn giáo trình má y điện đượ c chia làm tập: Tập I gồm phần : Má y điện mộ t chiều Má y biến áp Tập II gồm phần : Những vấn đề lý luậ n chung cá c má y điện xoay chiều (dạng máy điện quay); Máy điện không đồng ; Máy điện đồng M P HC Ttrình bày nội dung t Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức môn học, giáohtrình t ua cá ch ngắn gọn , Ở chương có ví dụ am Ky a, câ u hỏ i bà i tập để minh họ ph sinh viên hiểu sâu vấn đề DH Sã họ c g ruon n©T quye Ban Các tác gỉa Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn MỤC LỤC Mở đầu Phần I: Má y điệ n chiề u (MĐMC) Chương 1: Đại cương máy điện chiều Chương 2: Mạch từ lúc không tải củ a MĐMC Chương 3: Dây quấn phần ứng củ a MĐMC Chương 4: Quan hệ điện từ MĐMC Chương 5: Từ trườn g lúc có tải củ a MĐMC Chương 6: Đổ i chiều Chương 7: Máy phá t điện chiề u Chương 8: Độn g điện mộ t chiều Chương 9: Máy điện chiề u đặc biệt côn g suấ t nhoû Trang 01 07 13 22 40 48 56 68 83 96 M P HC uat T Phaàn II: Má y biến p (MBA) y th Chương 1: Khá i niệm chung MBA am K u ph Chương 2: Tổ nố i dây mạch từ củ a MBA DH S ong Chương 3: Quan hệ điện từ trongn © Tru MBA ye Chương 4: Chế độ làm viện qutải xác lập đố i xứ ng MBA Ba c Chương 5: Cá c loạ i máy biến áp đặc biệt 107 116 125 138 149 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Vă n Sáu, Máy điện I,II NXB khoa họ c kỹ thuậ t - 1998 2- Nguyễ n Trọng Thắng, Nguyễn Thế Kiệ t, Công nghệ chế tạo tính toán sử a chữ a Máy điện , NXB Giá o dụ c, 1995 3- A.E Fitzerald, Charles kingsley Electrical Machines Mc Graw - Hill, 1990 4- Jimmie J Cathey Electric machines Analysis and Design Applying Matlab Mc Graw - Hill - 2001 HCM P 5- E.V.Armensky, G.B.Falk, Fractional Horsepower Electrical machines, Mir uat T y th am K u ph 6- Mohamed E El-Hawary, Principle ofg Electric Machines with Power Electronic DH S uon Applications, Prentice-Hall, en © Tr 1986 quy Ban 7- M.Kostenko, L.Piotrovsky, Electrical machines, vol.1,2, Mir Publishers Moscow, 1974 Publishers, Moscow, 1985 8- Stephen J Chapman, Electric machinery and Power System fundamental, Mc Graw Hill, 2002 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN GVC-ThS.NGUYỄN TRỌNG THẮNG GVC-ThS.NGÔ QUANG HÀ GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN I TP HCM Tháng 12 / 2005 LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình MÁY ĐIỆN I sách GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN gồm tập nhằm giúp sinh viên bậc đại học cao đẳng ngành Điện Công Nghiệp, Điện Tự Động trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM làm tài liệu học tập, dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Điện- Điện tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thông ngành khác liên quan đến lónh vực điện –điện tử Giáo trình máy điện trình bày lý thuyết về: cấu tạo; nguyên lý làm việc; quan hệ điện từ; đặc tính tượng vật lý xảy trong: Máy điện chiều; Máy biến áp; Máy điện không đồng Máy điện đồng Toàn giáo trình máy điện chia làm tập: Tập I gồm phần : Máy điện chiều Máy biến áp Tập II gồm phần : Những vấn đề lý luận chung máy điện xoay chiều (dạng máy điện quay); Máy điện không đồng bộ; Máy điện đồng Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức môn học, giáo trình trình bày nội dung cách ngắn gọn, Ở chương có ví dụ minh họa, câu hỏi tập để sinh viên hiểu sâu vấn đề học Các tác giả MỞ ĐẦU Các loại máy điện vai trò chúng kinh tế quốc dân Điện ngày sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống nhân dân Việc điện khí hóa, tự động hóa công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải ngày đòi hỏi thiết bị điện khác Trong loại máy điện chiếm vai trò chủ yếu để biến thành điện ngược lại để biến đổi dạng điện thành dạng điện khác (xoay chiều đến chiều) Biến đổi thành điện nhờ máy phát điện có động sơ cấp kéo tuốc bin hơi, tuốc bin nước, động đốt Biến đổi điện thành dùng truyền động điện người ta dùng loại động điện Việc truyền tải phân phối điện xoay chiều từ trạm phát điện đến hộ tiêu thụ điện, việc biến đổi điện áp thực nhờ máy biến áp Trong sản xuất thường dùng dòng điện xoay chiều chiều nên người ta chia loại máy điện thành hai loại máy điện xoay chiều máy điện chiều Có thể mô tả sơ đồ tổng quát sau: Máy điện ↓ ↓ Máy điện tónh ↓ Máy điện quay ↓ ↓ Máy điện AC ↓ Máy điện KĐB ↓ Máy biến áp ↓ Động điện KĐB ↓ ↓ Máy phát điện KĐB ↓ ↓ Máy điện DC ↓ ↓ Máy điện ĐB ↓ Động điện ĐB ↓ ↓ Máy phát điện ĐB ↓ Động điện DC ↓ Máy phát điện DC Ngoài yêu cầu khác ngành sản xuất, giao thông vận tải nên xuất loại máy điện đặc biệt máy điện xoay chiều có vành góp, máy khuếch đại điện từ, máy điện cực nhỏ Đại cương máy điện: Nguyên lý làm việc máy điện dựa sở định luật cảm ứng điện từ (e = -dφ / dt) Sự biến đổi lượng máy điện thực thông qua từ trường Để tạo từ trường mạnh tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ Ở máy biến áp mạch từ lõi thép đứng yên, máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: Một quay đứng yên cách khe hở Theo tính chất thuận nghịch định luật cảm ứng điện từ máy điện làm việc chế độ máy phát điện chế độ động điện Nhưng đặc tính kỹ thuật người ta tính toán thiết kế để làm việc chế độ định Trong máy điện, lượng biến đổi với hiệu suất cao từ 93% đến 95% Khi làm việc tổn hao dòng Fucô (Foucault) lõi thép tác dụng Joule dây quấn nên máy nóng, ta làm nguội máy nhiều cách Phương pháp nghiên cứu máy điện Như nói biến đổi lượng máy điện thực thông qua từ trường máy Như việc nghiên cứu máy điện xuất phát từ lý thuyết trường điện từ Song cấu trúc vật lý hình học phức tạp phận máy điện, việc xác định cường độ điện trường E cường độ từ trường H khe hở không khí từ hệ phương trình Maxwell gặp nhiều khó khăn Vì nghiên cứu máy điện người ta không dùng trực tiếp lý thuyết trường mà dùng lý thuyết mạch để nghiên cứu Các đơn vị: Trong máy điện thường sử dụng hai loại hệ đơn vị - Hệ đơn vị tuyệt đối đơn vị có thứ nguyên Hiện thường sử dụng hai loại đơn vị tuyệt đối CGSµ0 SI Quan hệ đơn vị hệ MKSA, SI CGSµ0 Tên đại Tên kí hiệu Tên kí hiệu lượng đơn vị đơn vị hệ MKSA SI Đơn vị MKSA đơn vị hệ CGSµ0 hệ CGSµ0 Thời gian Giây s Giây s Tần số Hertz Hz Hertz Hz Chiều dài Mét m centimetre cm 102 Tốc độ dài Mét giây m/ s cent giây cm/s Gia tốc Mét giây2 m/s2 cent.trên giây2 cm/s2 102 Khối lượng Kilogramme Kg Gramme g 103 Từ thông Weber Wb Maxwell Mx 108 Từ cảm Weber/mét2 Wb/m2 Gauss G 104 (hệ MKSA) Tesla (hệ SI) T Điện dung Farad Điện trở Ohm F Ω 102 - Trong nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy điện để tiện lợi người ta dùng hệ đơn vị tương đối I* = Trong đó: I U* = Iđm U U đm P* = P Pđm I: Dòng điện có đơn vị A U: Điện áp có đơn vị V P: Công suất có đơn vị W Iđm, m, Pđm : Là đại lượng định mức dòng điện, điện áp, công suất Sơ lược vật liệu chế tạo máy điện Các vật liệu dùng chế tạo máy điện gồm có: - Vật liệu tác dụng: Bao gồm vật liệu dẫn điện vật liệu dẫn từ dùng chủ yếu để chế tạo dây quấn lõi thép - Vật liệu cách điện dùng để cách điện phận dẫn điện không dẫn điện phận dẫn điện với - Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo chi tiết máy phận chịu lực tác dụng giới trục, vỏ máy, khung máy, ổ bi bao gồm gang, sắt thép kim loại màu, hợp kim chúng Ta xét sơ lược đặc tính vật liệu dẫn từ, dẫn điện cách điện dùng chế tạo máy điện a Vật liệu dẫn từ Người ta dùng thép kó thuật điện, thép thông thường thép đúc , thép rèn để chế tạo mạch từ Các thép kó thuật điện (tôn silic) thường dùng có mã hiệu: ∋11, ∋12, ∋13, ∋21, ∋22, ∋32, ∋310 Trong - ∋ thép kó thuật (∋lektrotexnik) - Số thứ hàm lượng silic chứa thép, số cao hàm lượng silic nhiều thép dẫn từ tốt, dòn dễ gẫy - Số thứ hai: Chỉ chất lượng thép mặt tổn hao, số cao tổn hao - Số thứ ba: Số thép cán nguội (thép dẫn từ có hướng), thường sử dụng chế tạo máy biến áp Ngoài loại thép kỹ thuật điện mang mã hiệu 3404, 3405, , 3408 có chiều dày 0,3 mm, 0,35 mm Để giảm tổn hao dòng điện xoáy, tôn silic thường phủ lớp sơn cách điện mỏng sau ghép chặt lại với nhau, từ sinh hệ số ép chặt Kc: Là tỉ số chiều dài lõi thép thép với chiều dài thực lõi thép kể cách điện sau ghép b Vật liệu dẫn điện Dùng chủ yếu đồng (Cu) nhôm (Al) chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt Tùy theo yêu cầu cách điện độ bền học người ta dùng hợp kim đồng nhôm Có chỗ dùng thép để tăng sức bền học giảm kim loại màu vành trượt c Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện dùng máy điện phải đạt yêu cầu: - Cường độ cách điện cao - Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng - Chống ẩm tốt, bền học Các chất cách điện dùng máy điện thể không khí, thể lỏng (dầu máy biến áp) thể rắn Các chất cách điện thể rắn chia làm loại: - Các chất hữu thiên nhiên giấy, vải, lụa - Các chất vô mi ca amiăng, sợi thủy tinh - Các chất tổng hợp - Các chất men, sơn cách điện, chất tẩm sấy từ vật liệu thiên nhiên tổng hợp Tùy theo tính chịu nhiệt, vật liệu cách điện chia thành cấp sau: - Cấp Y: Nhiệt độ giới hạn cho phép 900 C, làm vật liệu sợi xen lu lô hay lụa gỗ, tông không tẩm hay không quét sơn - Cấp A: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1050 C, làm vật liệu cách điện cấp Y có tẩm sơn cách điện - Cấp E: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1200 C, làm sợi pô ly me - Cấp B: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1300 C, làm sản phẩm mi ca, a mi ăng, sợi thủy tinh - Cấp F: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1550 C, làm vật liệu cấp B dùng kết hợp với chất tẩm sấy tương ứng - Cấp H: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1800 C, làm vật liệu mi ca không chất độn độn vật liệu vô cơ, vải thủy tinh tẩm sơn - Cấp C: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1800 C, làm vật liệu gốm mi ca, gốm thủy tinh, thạch anh dùng kết hợp với chất vô Cấp cách điện Y A E B F H C t0 cao nhaát cho pheùp (0 C) 90 105 120 130 155 180 >180 Độ tăng nhiệt ∆t (0 C) 50 65 80 90 115 140 >140 ø - Điện áp ngắn mạch baèng : UnI = UnII = = Unn Trong thực tế có điều kiện phải tuân thủ cách tuyệt đối Các điều kiện 2, thực với mức độ sai khác định qui định giới hạn cho phép Điều kiện tổ nối dây: Giả sử MBA làm việc // với tổ nối dây Y/Δ - 11 Y/Y - 12 có điện áp định mức sơ thứ cấp giống Khi S.đ.đ thứ cấp E2 pha tương ứng MBA trị số chúng lệch pha 30o Trong mạch nối liền dây quấn thứ MBA xuất s.đ.đ: ΔE = 2E2sin150 = , E Kết không tải cuộn sơ thứ cbI máy biến áp có dòng điện cân bằng: Icb = ΔE znI + znII cbII Thí dụ: znI* = znII* = 0,05, thì: Icb* = Hình 4.4 Sơ đồ điện áp dòng điện m.b.a có tổ nối dây khác làm việc // 0,518 = 5,18 0,05 + 0,05 Trị số dòng điện cân lớn lần dòng định mức làm hỏng máy biến áp Vì làm việc song song máy biến áp bắt buộc phải tổ nối dây Điều kiện hệ số biến áp: Giả sử máy biến áp pha làm việc song song thỏa mãn điều kiện điều kiện 3, ví dụ kI < kII xem điện áp lưới điện áp định mức MBA làm việc song song : U1 = U1đmI = U1ñmII IcbI U2 I2I IcbII I2II ItI = ItII Hình 4.5 Đồ thị véc tơ phân phối phụ tải m.b.a làm việc song song a Khi không tải b Khi có k khác 142 Khi : U2I = U U1 > U2II = kII kI − − Thêm vào véc tơ U2I = 0A1 ; U2II = 0A2 trùng pha với tổ nối dây điều kiện (h4-5a) Dưới tác dụng hiệu điện áp U2I − U2II = ∆U = 0D caùc MBA xuất Icb , phân bố tức thời máy biến áp vẽ h4-3 mũi tên Chúng ta thấy Icb MBA vào chế độ ngắn mạch dòng điện chạy dây quấn MBA theo chiều ngược h4-4b Icb biểu diễn véc tơ Icb2 = - Icb1 Nếu gọi znI znII tổng trở ngắn mạch MBA : ∆U Icb = znI + znII ⎛1 1⎞ k −k U1⎜ − ⎟ U1 II I ⎜k k ⎟ kIkII II ⎠ = ⎝ I = znI + znII znI + znII Để biến đổi công thức ta thay kI.kII = k2 U1/k = U2đm k tỉ số biến đổi trung bình MBA U2đm trị số trung bình điện áp định mức thứ cấp UnrI = UnrII UnxI = UnxII (theo điều kiện 3) nên: U1 kII − kI k −k U2ñm II I 100 k = k Icb = k znII2ñmI z I znI + znII 100 + nII 2ñmII 100 I2ñmI I2ñmII = = z nII2 ñmI U ñm ∆k 100 z nIII2 ñmII 100 + I2 ñmI U ñm I2 ñmII ∆k UnI % UnII % + I2ñmI I2ñmII kII − kI 100 hiệu số tỉ số biến đổi tính theo phần trăm so với trị số k trung bình I2đmI I2đmII trị số trị số dòng định mức MBA Trong đó: ∆k = thường dòng điện Icb biểu diễn theo phần trăm so với dòng điện định mức MBA Thí dụ so với I2đmI MBA1 Khi : Icb % = IcbI ∆k.100 ∆k.100 100 = = I S I2ñmI UnI % + UnII % 2ñmI UnI % + UnII % ñmI I2đmII SđmII Thí dụ : Cho ∆k= 1%, UnI% = UnII% = 5,5 SđmI = 100 = 100 = 100 ∞ SđmII 100 320 Khi I = 9,1%; 14%; 18,3% cbI Nếu công suất định mức MA nghóa SđmI =SđmII UnI = UnII (điều kiện 3) có znI = znII Trong trường hợp tam giác ngắn 143 mạch A1B1C A2B2C độ lớn đoạn A1A2 chia làm phần C Như trường hợp IcbI làm giảm thấp điện áp U2I tới điện áp chung góp điện áp thứ cấp Còn IcbII làm tăng điện áp U2II tới điện áp U20 = OC Đó vai trò Icb trường hợp Nếu công suất MBA khác thí dụ SđmI < SđmII UnI = UnII điện trở rn xn tỉ lệ ngược với công suất nghóa : rnI > rnII xnI > xnII Tương ứng với điều A1B1C h4-4a lớn A2B2C đồng dạng với Vì điểm C chuyển động theo A1A2 xuống phía Tớùi giới hạn SđmII >> SđmI điểm C trùng với điểm A2 tam giác A1B1C trùng với vị trí tam giác A1BA2 Trong trường hợp U20 = U2II = 0A2 Khi có tải, MBA xuất dòng tải ItI ItII Dòng cân cộng vào dòng tải làm cho hệ số tải lẽ trở thành khác làm ảnh hưởng xấu đến việc lợi dụng công suất MBA h4-4b Theo roct 404-41 MBA làm việc // trường hợp chung cho phép sai khác hệ số biến áp k≤ 0,5% Đối với MBA có k < biến áp tự dùng trạm BA k ≤ 1% Điều kiện 3: UnI = UnII = = Unn Hình 4.6 Mạch điện thay m.b.a làm việc song song Xét làm việc // MBA có điện áp ngắn mạch UnI , UnII , UnIII Nếu bỏ qua dòng điện từ hóa mạch điện thay h4-6 Điện aùp rôi: / / / ∆ U = U1− U2 = U20 − U2 Ở tất MBA giống : ∆ U = z.I Trong I dòng điện tải chung vaø z= = 1 + + znI znII znIII n i=1 ni ∑z Do dòng điện tải MBA : II = ∆U = znI I n znI ∑ zi ; III = ∆U = znII I n znII ∑ zi i=1 i=1 144 ; ∆U = IIII = znIII I n znIII∑zi i=1 (2) Nhưng trường hợp bình thường dịch chuyển pha không lớn nên dòng điện tải xem trùng pha, coi tổng dòng điện II , III , I III tổng đại số nghóa : II = II + III + IIII Kết luận có tính chất chung áp dụng cho số MBA Do tổng số học công suất toàn MBA công suất toàn tải : SI = SI + SII + SIII Ta có Vì znI* = znIIđm m Un zI z = n ñm = n = zn* m znđmIđm znđm Un* = Ta thu được: znI = zn* Vì Un % = m UnI % Uñm = Iñm 100 Iñm Un 100 = 100 Un* = 100 zn* m Tương tự ta có znII, znIII Thế zn vào biểu thức (2) thay dòng điện công suất toàn tỉ lệ với cách nhân (2) với đại lượng m.m ta có : m.mII = Hoặc: SI = m.mI UnI % m m 100 Iñm ∑ U %.U 100 Iñm m ni ñm S S UnI % ∑ U ñmi SñmI i=1 ni % n = SñmI S S U % ∑ U đmi nI i=1 ni % n Tương tự ta có SII = SIII = S S UnII % ∑ U ñmi SñmII i=1 ni % n S UnIII% Sñmi ∑ SñmIII i=1 Uni % n = = 145 SñmII S S U % ∑ U ñmi nII i=1 ni % n SñmIII S S U % ∑ U ñmi nIII i=1 ni % n Thí dụ 1: Cho MBA dầu pha có công suất 100KVA, với UnI% = 3,5 , UnII% = , UnIII% = 5,5 Công suất tổng S = 300KVA Tính tải máy Giải: Theo công thức (3) ta có : Sñmi 100 100 100 = + + = 71 , 3,5 5,5 ni % ∑U i=1 Do ñoù : SI = 300 100 x = 119,5kVA 71 3,5 , SII = 300 100 x = 104,5kVA 71 , 300 100 x = 76 kVA 71,8 5,5 Nghóa máy biến áp thứ tải 19,5%, máy hụt tải 24% Giảm SIII = phụ tải bên 16,2%, ta phân phối phụ tải lại máy biến áp: SI = 100kVA, SII = 87,5kVA, SIII = 63,66kVA Trong trường hợp máy biến áp làm việc phụ tải định mức, máy hụt tải Điều kiện làm việc song song không xem ý Vì roct 401-41 qui định máy biến áp dùng vào làm việc song song có điện áp Un lệch so với trị số trung bình số học tất máy biến áp không 10% tỉ số công suất lớn công suất nhỏ không vượt 3:1 Thí dụ 2: Cho ba máy biến áp pha có tổ nối dây quấn tỉ số biến đổi với số liệu: Sđm I = 180kVA, SđmII = 240kVA, SñmIII = 320kVA; unI % = 5,4 , unII % = , unIII % = 6,6 Haõy xác định tải m.b.a tải chung m.b.a tổng công xuất định mức chúng: S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA vaø tính xem tải tổng tối đa để không m.b.a bị tải bao nhiêu? Giải: Ta có: Sñmi 180 240 320 = + + = 1218 , 5,4 6,6 ni % ∑U i=1 Theo biểu thức : SI = 740 180 x = 202,5kVA 1218 5,4 , SII = 740 240 x = 243kVA 121 , SIII = 740 320 x = 294,5kVA 1218 6,6 , 146 Ta thấy m.b.a I có un nhỏ bị tải nhiều m.b.a III có un lớn bị hụt tải Tải tổng tối đa để không m.b.a bị tải ứng với β =1 Lúc ta có: β= SI = SđmI S S UnI %∑ ñmi i=1 Uni % n =1 S =1 5,4x121,8 hay là: S = 657,72kVA Rõ ràng phần công suất đặt m.b.a không lợi dụng : 740 - 658 =82kVA Câu hỏi Xét mặt kết cấu dây quấn, muốn giảm ∆U m.b.a phải làm nào? Sự liên quan thí nghiệm không tải ngắn mạch m.b.a đến việc xác định ∆U η nào? Nếu xét thật chặt chẽ tổn hao tổng lõi thép PFe có tải khác với tổn hao không tải PO ứng với PFe > PO PFe < PO Cho hai m.b.a nối Y/Y-12 Y/Y-6 có tỉ số biến đổi k điện áp ngắn mạch un Muốn cho chung làm việc song song với phải thếù nào? Cũng với điều kiện hai m.b.a có tổ nối dây Y/∆ -11 Y/∆ -3? Bài tập Cho ba máy biến áp làm việc song song với số liệu sau: Máy Sđm(kVA) U1đm(kV) U2đm(kV) Un(%) Tổ nối dây I 1000 35 6,3 6,25 Y/∆ -11 II 1800 35 6,3 6,6 Y/∆ -11 III 2400 35 6,3 Y/∆ -11 Tính : a) Tải m.b.a tải chung 4500 kVA b) Tải lớn cung cấp cho hộ dùng điện với kiện không m.b.a bị tải c) Giả sử máy I phép tải 20% tải chung máy bao nhiêu? Đáp số a) S1= 928kVA ; S = 1582kVA ; S 3= 1990kVA b) 4846kVA c) 5817kVA 147 Tính dòng điện cân hai m.b.a có số liệu sau làm việc song song : Các số liệu Sđm U2 v 420 6+/- 5% kV Máy 320 kVA U1 Maùy 6+/-5% 230 220 Un % Unr % 1,8 1,7 Y/∆ -11 Y/∆ -11 Tổ nối dây Đáp số: Icb = 496 A Cho m.b.a ba pha với số liệu sau:Sđm = 20kVA, U 1/ U = 6/0,4kV, pn = 0,6kW, Un % = 5,5 , nối Y/Y Tính : a) Un(V), Unr(V), Unx(V), (điện áp thấp bị nối ngắn mạch) b) zn, rn, xn,cosϕn c) ∆U % lúc hệ số tải 0,25; 0,5; 0,75; hệ số công suất cosϕ2 = 0,8(điện cảm) d ) Biết PO = 0,18kW tính hiệu suất máy tải nói Đáp số: a U n = 3x190 ; Unr = 3x104V ; U nx = x159 V b zn = 99Ω ; xn = 83Ω ; rn = 54,3Ω c ∆U = 1,29%; 2,58%; 3,87%; 5,16% d η = 94,84%; 96,04%; 95,86%; 95,35% Cho moät m.b.a ba pha có Sđm = 5600kVA, Pn = 57.500W, Un %= 5,23 Tính: a) Unr %, Unx % b) ∆U % m.b.a làm việc 3/4 tải định mức với cos ϕ2 = 0,8 Đáp số: a Unr = 1,026% ; Unx = 5,128% c ∆U = 2,92% 148 Chương CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT Giới thiệu chung máy biến áp: Chương trình bày loại máy biến áp đặc biệt (MBB), loại máy biến áp không chuyển đổi lượng điện loại máy biến áp thông thường mà biến đổi thông số lượng điện mà chúng chuyển đổi Các thông số là: tần số, số pha hay dạng sóng điện áp Ngoài ra, chúng đáp ứng số yêu cầu đặc biệt như: điều chỉnh điện áp cách liên tục, tạo nguồn cung cấp có điện áp cao, cách ly thứ cấp máy biến áp với tải trở kháng, cung cấp điện áp phía thứ cấp dòng điện phía thứ cấp cân xứng với điện áp dòng điện phía sơ cấp Các loại MBB thường ứng dụng thiết bị đo lường điều khiển tự động Trong đo lường chúng có nhiệm vụ biến đổi giá trị điện áp dòng điện phía sơ cấp thành giá trị điện áp dòng điện mà thiết bị đo chịu đựng với tỹ lệ xác Trong điều khiển tự động MBB có nhiệm vụ tạo nguồn áp nguồn dòng với giá trị chuẩn chất lượng cao 5.1 Máy biến áp đo lường: Trong thực tế hầu hết hệ thống vận hành với điện áp dòng điện lớn Các giá trị đưa trực tiếp vào thiết bị đo làm hỏng thiết bị đo Do đó, thiết bị đo cần phải nối gián tiếp với điện áp dòng điện cần đo thông qua máy biến áp đo lường Các máy biến áp loại dùng điều khiển động lực, rơle an toàn, thiết bị tự động điều khiển khác Máy biến áp đo lường gồm hai loại là: máy biến điện áp máy biến dòng điện 5.1.1 Máy biến điện áp: Máy biến điện áp đo lường hầu hết máy biến áp giảm áp Chúng thiết kế để giảm điện áp cuộn thứ cấp xuống khoãng 100 (V) (đây giá trị điện áp thích hợp với hầu hết thiết bị đo) Cấu tạo máy biến điện áp sau: Cấu tạo: Máy biến điện áp máy biến áp cách ly với cuộn sơ cấp có số vòng lớn cuộn thứ cấp có vòng Một vài hình dạng bên ngoại máy biến điện áp trình bày hình 1.4.1 Đặc điểm cấu tạo trình bày hình 1.4.2 149 Hình 5.1 Hình dạng bên máy biến điện áp Hình 5.2 Đặc điểm cấu tạo máy biến điện áp Nguyên lý làm việc máy biến điện áp: Máy biến điện áp thiết kế cho điện áp dây quấn thứ cấp thay đổi tải thay đổi từ lúc không tải đến đầy tải (tải định mức) Theo lý thuyết máy điện ta có: • ' V2 • ≈ − V1 Z ' Z2 + Z' Trong đó: • ' V2 giá trị điện áp thứ cấp qui đổi • V1 điện áp hai đầu cuộn sơ cấp Z ' giá trị tổng trở qui đổi Z giá trị tổng trở thứ cấp 150 • • ' δV − V2 V2 (a) • V1 • • I2 δi − I '2 • (b) I1 Hình 5.3 Độ lệch pha máy biến áp đo lường • ’ • ' Khi Z >> Z2 V2 = − V1 , lúc tó số giửa điện áp sơ cấp thứ cấp luôn xác định theo công thức: • • • V = − V1 W2 / W1 = − V1 n 21 (1.4.2) Trong đó: W2 số vòng dây quấn thứ cấp W1 số vòng dây quấn sơ cấp n21 tó số biến áp Trong hầu hết trường hợp đo lường Z2 có giá trị đáng kể so với Z bỏ qua biểu thức 1.4.2 không Khi xuất hai loại sai số sau: ’ Sai số tó lệ (độ lệch điện áp ΔV ): Sai số tó lệ cho công thức: W V2 − V1 W2 100% ΔV = V1 Sai số góc pha (độ lệch pha δ V ): sai số phụ thuộc vào góc pha • • ' V1 − V2 hình 5.3 a Độ lớn sai số tăng tổng trở máy biến điện áp Z tăng Cá sai số tránh khỏi đo lường điều khiển tự động để có định lượng rõ ràng người ta qui định cá sai số không vượt số giá trị gọi cấp xác Theo tiêu chuẩn Nga có cấp xác máy biến điện áp là: Cấp xác 1: ΔV = ±0,5% , δ V = ±20 ' Cấp xác 2: ΔV = ±1,0% , δ V = ±40 ' Cấp xác 3: ΔV = ±3,0% , δ V không giới hạn 151 5.1.2 Máy biến dòng điện: Trong hầu hết thiết bị đo lường điều khiển dòng điện qui chuẩn 5A nên máy biến dòng điện sử dụng lónh vực thường có dòng điện ngõ cuộn thứ cấp 5A Như đề cập đến cuộn thứ cấp máy biến dòng thường nối với thiết bị đo ampere kế, watt kế thiết bị tự động khác Có lưu ý sử dụng máy biến dòng để cung cấp cho nhiều thiết bị phải mắt nối tiếp thiết bị với Cấu tạo: Máy biến dòng điện củng giống máy biến áp cách ly thông thường gồm có lõi thép ghép từ thép kỹ thuật điện, hai cuộn dây quấn sơ cấp thứ cấp đặt lõi thép Điểm đặc biệt máy biến dòng nằm tiết diện số vòng dây quấn cuộn sơ cấp thứ cấp dây Cuộn dây sơ cấp quấn vòng thường quấn vòng Dây quấn sơ cấp có tiết diện lớn máy phải làm việc điều kiện gần ngắn mạch Đường kính dây quấn sơ cấp phụ thuộc vào cấp công suất máy biến dòng; máy biến dòng có công suất lớn đường kính dây quấn sơ cấp lớn Dây quấn thứ cấp máy biến dòng có tiết diện nhỏ có nhiều vòng (hình 1.4.4) Hình dạng bên máy biến dòng điện thường hình tròn (hình 1.4.5) Vì có dạng hình tròn kín nên thông thường máy biến dòng lấp lúc lấp đặt mạng điện Φ Ngõ Ngõ vào Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý máy biến dòng 152 Hình 5.5 Hình dáng bên máy biến dòng điện Nguyên lý hoạt động máy biến dòng: Như đề cập đến trên, máy biến dòng thường xuyên hoạt động tình trạng gần ngắn mạch Do đó, điều quan trọng sử dụng máy không phép để máy hoạt động chế độ không tải điện áp không tải phía thứ cấp máy biến dòng điện lớn gây hỏng lớp cách điện dẩn đến phá huỷ máy Dòng điện ngõ máy biến dòng điện xác định theo biểu thức sau: • • I '2 = I • W2 Z0 = − I1 W1 Z + Z '2 + Z ' Trong đó: Z0: tổng trở máy biến dòng điện lúc không tải Z'2 : tổng trở thứ cấp qui đổi Z' : tổng trở qui đổi máy biến dòng • I '2 : dòng điện thứ cấp qui đổi Giống máy biến điện áp, máy biến dòng điện củng có sai số tó lệ sai số góc pha Các sai số giảm mạnh tổng Z'2 + Z' giảm so với tổng trở máy lúc không tải Z Đó lý nhà sản xuất máy biến dòng điện tìm cách để tăng tổng trở lúc không tải Z0 máy biến áp giảm giá trị Z'2 xuống kết hợp với việc sử dụng loại máy biến dòng (để có Z < ZR) Sai số tó lệ máy biến dòng điện đựơc xác định sau: I W / W1 − I Δi = 2 100% I1 Độ lệch pha δ i minh hoạ hình 5.3 b Cấp xác giới hạn sai số cho phép máy biến dòng điện theo tiêu chuẩn Nga sau: Cấp xác 0,2: Δi = 0,2% , δ i = 10 ' 153 Cấp xác 0,5: Δi = 0,5% , δ i = 40 ' Cấp xác 1: Δi = 1,0% , δ i = 80 ' Cấp xác 3: Δi = 3,0% , δ i không giới hạn Cấp xác 10: Δi = 10% , δ i không giới hạn 5.2 Máy biến áp chuyển đổi số pha (MBA Scott) Có nhiều cách để chuyển đổi từ hai pha sang hai pha với hai máy biến áp Một phương pháp thường áp dụng mắt theo kiêut hình T hay gọi MBA Scoot Cấu tạo: Máy biến áp Scott có cấu tạo từ hai máy biến áp cách ly Hai máy với số vòng dây quấn khác nối với hình 1.4.6 Trong máy b xem máy có số vòng phía sơ cấp W1 máy lại (máy a) máy phụ có số vòng sơ cấp 3.W1 / Cả hai máy có số vòng dây thứ cấp W2 Hình 5.6 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp Scott Nguyên lý hoạt động máy biến áp Scott: Máy biến áp Scott hoạt động dựa nguyên tắc cảm ứng điện từ giống máy biến áp thông thường Khi đặt vào vào hai đầu B C máy b điện áp với điện áp dây nguồn điện pha (VCB = V1) Do máy biến áp a có số vòng 3.W1 / nối từ đầu A đến đầu máy biến áp (b) nên điện áp sơ cấp máy biến áp có giá trị 3.V1 / Điện áp thứ cấp Va Vb hai máy biến áp tạo thành hệ thống điện áp hai pha chúng trị số: 154 MỤC LỤC Mở đầu Phần I: Máy điện chiều (MĐMC) Chương 1: Đại cương máy điện chiều Chương 2: Mạch từ lúc không tải MĐMC Chương 3: Dây quấn phần ứng MĐMC Chương 4: Quan hệ điện từ MĐMC Chương 5: Từ trường lúc có tải MĐMC Chương 6: Đổi chiều Chương 7: Máy phát điện chiều Chương 8: Động điện chiều Chương 9: Máy điện chiều đặc biệt công suất nhỏ Phần II: Máy biến áp (MBA) Chương 1: Khái niệm chung MBA Chương 2: Tổ nối dây mạch từ MBA Chương 3: Quan hệ điện từ MBA Chương 4: Chế độ làm việc tải xác lập đối xứng MBA Chương 5: Máy biến áp đặc biệt Trang 01 07 13 22 40 48 56 68 83 96 107 116 125 138 149 Vb = VCB (W2 / W1 ) = V1 (W2 / W1 ) Va = VA (2.W2 / 3.W1 ) = V1 (W2 / W1 ) lệch góc 900 điện VA0 VCB Giản đồ vector điện áp thứ cấp đựơc trình bày hình 5.6 155 ... tuốc bin h? ?i, tuốc bin nước, động đốt Biến đ? ?i ? ?i? ??n thành dùng truyền động ? ?i? ??n ngư? ?i ta dùng lo? ?i động ? ?i? ??n Việc truyền t? ?i phân ph? ?i ? ?i? ??n xoay chiều từ trạm phát ? ?i? ??n đến hộ tiêu thụ ? ?i? ??n, việc... thiết bị ? ?i? ??n khác Trong lo? ?i máy ? ?i? ??n chiếm vai trò chủ yếu để biến thành ? ?i? ??n ngược l? ?i để biến đ? ?i dạng ? ?i? ??n thành dạng ? ?i? ??n khác (xoay chiều đến chiều) Biến đ? ?i thành ? ?i? ??n nhờ máy phát ? ?i? ??n có... QUANG HÀ GIÁO TRÌNH MÁY ? ?I? ??N I TP HCM Tháng 12 / 2005 L? ?I N? ?I ĐẦU Giáo trình MÁY ? ?I? ??N I sách GIÁO TRÌNH MÁY ? ?I? ??N gồm tập nhằm giúp sinh viên bậc đ? ?i học cao đẳng ngành ? ?i? ??n Công Nghiệp, ? ?i? ??n Tự