Máy biến áp 1

Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1 Máy biến áp 1

Trang 1

KỸ THUẬT ĐIỆN

CHƯƠNG VI

MÁY BIẾN

ÁP

Trang 2

CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến đổi điện áp của dòng xoay chiều (tăng hoặc giảm) nhưng không làm thay đổi tần số của nó

Hiện nay, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải, phân phối điện năng

 Ngoài ra còn nhiền chức năng khác tuỳ thuộc mục đích sử dụng

 Trong chương này, ta nghiên cứu cụ thể một số loại máy biến áp

thông dụng

Trang 3

I Cấu tạo máy biến áp

1 Lõi thép

- Lõi thép của máy biến áp được chế tạo bằng những vật liệu có độ dẫn từ cao vì nó được dùng để dẫn từ thông chính trong máy

- Vật liệu chế tạo lõi thép là thép kỹ thuật điện (còn gọi là tôn silic)

- Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy trong lõi (dòng Fuco), người ta không làm thành khối liền mà dùng các lá thép có chiều dày từ 0,3mm - 0,5mm, có phủ cách điện ghép

- Hình dạng khác nhau như hình chữ nhật, hình xuyến

Trang 4

Lõi thép hình xuyến

Trang 5

Lõi thép dạng cuộn

Lõi thép được chia làm hai phần:

- Trụ từ: là nơi để đặt dây quấn,-Gông từ: là phần khép kín mạch từ giữa các trụ Trụ từ và gông từ tạo thành mạch từ khép kín

Trang 6

Máy biến áp thường có 2 hoặc nhiều dây quấn

Dây quấn nhận điện áp vào → sơ cấp

Dây quấn đưa điện áp ra → thứ cấp

Trang 7

Ký hiệu dây quấn sơ cấp, thứ cấp:

Các đại lượng ứng với dây quấn sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 1: số vòng dây sơ cấp W1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện

sơ cấp I1, công suất vào P1

Các đại lượng ứng với dây quấn thứ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 2: số vòng dây thứ cấp W2, điện áp thứ cấp U2, dòng điện thứ cấp I2, công suất đưa ra P2

Thường trong các máy biến áp có một cuộn sơ cấp, nhưng có thể có một hay nhiều cuộn thứ cấp Lúc này trong ký hiệu còn ghi thêm số cuộn Ví dụ W21, W22; U21, ;I21, I22

Trang 8

Khi các dây quấn đặt trên

Làm như vậy sẽ giảm

được vật liệu cách điện

Trang 9

1.3 Các phần phụ khác

Hệ thống làm mát: Nhiệt lượng sinh ra trong dây quấn và lõi thép của máy biến áp cầ được thải ra môi trường xung

quanh nhằm tránh hiện tượng tăng nhiệt độ làm hỏng máy

- Làm mát khô: Làm mát bằng không khí, có loại không

cưỡng

bức và cưỡng bức

- Làm mát ướt: Đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa dầu máy biến áp và hệ thống tản nhiệt (đối với các máy công suất lớn)

Ngoài ra, còn có các sứ xuyên ra để đấu dây quấn ra ngoài,

có bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh điện áp, rơle để bảo vệ máy, bình dãn dầu, thiết bị chống ẩm

Trang 10

- Dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức: I1đm, I2đm, (A, kA)

-Ngoài ra trên biển máy còn ghi tần số định mức fđm, số pha, dòng điện không tải phần trăm, i0%, điện áp ngắn mạch phần trăm Un%, tổ nối dây

Trang 11

II Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Để nghiên cứu nguyên lý làm việc của máy biến áp ta xét máybiến áp một pha hai dây quấn

Dây quấn sơ cấp có W1

vòng, dây quấn thứ

cấp có W2 vòng

Cấp điện xoay chiều,

điện áp U1 vào dây

Trang 12

Dòng i1 sinh ra từ thông  biến thiên chạy trong lõi thép có chiều như hình vẽ (chiều của  thep quy tắc vặn nút chai), xuyên qua cả 2 dây quấn sơ cấp W1 và thứ cấp W2 và là từ thông chính của máy

Trang 13

Dòng điện i1 biến thiên theo qui luật hàm sin → từ thông  biến thiên → theo định luật cảm ứng điện từ, ở các dây quấn có sức điện động cảm ứng

Từ thông  biến thiên theo qui luật

hàm sin

  m sin  t

Trang 14

Trang 15

Sức điện động dây quấn thứ cấp e2

2 2

Trang 16

Sức điện động sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số f nhưng trị hiệu dụng khác nhau

Tỉ số trị hiệu dụng sức điện động sơ cấp và thứ cấp

 k

Trang 17

Tỷ số điện áp vào (sơ cấp) và điện áp ra (thứ cấp) đúng bằng tỷ số vòng dây tương ứng

k > 1 : máy biến áp hạ áp

k < 1 : máy biến áp tăng áp

Bỏ qua tổn hao trong máy, có thể coi gần đúng

U1I1  U2I2

 k

U1

 I2 U2

I1

Trang 18

CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP III Phương trình đặc trưng của máy biến áp

Xác định chiều của các đại lượng: Chiều dòng điện i1 → chiều từthông  → Chiều sđđ e1, e2 → Chiều điện áp u2 và dòng điện i2

Trang 19

CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP III Phương trình đặc trưng của máy biến áp

Ngoài từ thông chính , trong máy còn có từ thông tản Từ thôngnày móc vòng lấy các dây quấn và tản ra ngoài không khí

Từ thông tản sơ cấp móc vòng dây quấn sơ cấp, và được

đặc trưng bởi điện cảm tản L1

t1 1

1 1

i i

d

 w

L

Trang 20

3.1 Phương trình điện áp sơ cấp

Trang 21

Theo định luật Kiếchốp 2, ta có

phương trình điện áp sơ cấp:

Trang 22

Trang 23

Theo định luật Kiếchốp 2, ta có

phương trình điện áp sơ cấp:

2 2

Trang 24

3.3 Phương trình cân bằng sức từ động

Trong phương trình điện áp sơ cấp điện áp rơi trên dây quấn I1Z1 thường rất nhỏ nên có thể gần đúng U1

= E1

Do điện áp đặt vào biến áp U1 không đổi nên E1=

4,44fW1max cũng không đổi vậy max cũng không đổiChế độ không tải (I2=0), dòng sơ cấp lúc này là dòng không tải I0 nên sức từ động sơ cấp là i0 W1 sinh ra 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

Trang 25

Do từ thông chính max không đổi nên sức từ động lúc không tải bằng sức từ động của máy lúc có tải:

w2

2

io  i1  i  i 

i w

Trang 26

Từ hệ phương trình đặc trưng, xây dựng mô hình toán

học, còn được gọi là sơ đồ thay thế của máy biến áp

Trang 27

IV Mạch điện thay thế máy biến áp

4.1 Quy đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp

Do dây quấn sơ cấp và thứ cấp liên hệ với nhau qua mạch từ, phải thực hiện phép quy đổi từ phía thứ cấp về sơ cấp để có liên hệ trực tiếp về điện

2 2

Trang 28

Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp qui đổi về sơ cấp:

Trang 29

2 Thiết lập sơ đồ thay thế máy biến áp

Trong hệ phương trình đặc trưng, (-E1) chính là điện áp rơi trên tổng trở Zth đặc trưng cho từ thông chính và tổn hao sắt từ

Từ thông chính do dòng điện không tải I0 sinh ra nên:

 E1  I0 (R th  jXth )  I0 Zth

Tổng trở từ hóa gồm hai thành phần:

Rth là điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt từ

Xth là điện kháng từ hoá đặc trưng cho từ thông

chính 

Trang 30

Thay giá trị tổng trở từ hóa vào hệ phương trình:

Trang 31

Tổng trở từ hóa Zth rất lớn so với các tổng trở dây quấn sơ cấp Z1

và thứ cấp Z2, nên có thể đơn giản hóa sơ đồ thay thế:

Trang 32

IV Mạch điện thay thế máy biến áp

Các tổng trở dây quấn sơ cấp Z1 và thứ cấp qui đổi về sơ cấp Z2’

nối tiếp trên nhánh nên có thể biến đổi tương đương:

Rn = R1 + R’2 là điện trở ngắn mạch của máy biến áp Xn

= X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp

Trang 33

V Chế độ không tải - thí nghiệm không tải

5.1 Chế độ không tải

Chế độ không tải của máy biến áp là chế độ phia thứ cấp

hở mạch (I2 = 0) phía sơ cấp được đặt vào điện áp U1

Phương trình cân bằng điện áp

U1  I0 Z1  E1  I0 Z1  I0 Zth  I0 (Z1  Zth )Tổng trở không tải của máy biến áp

Trang 34

Đặc điểm chế độ không tải:

- Dòng điện không tải I0

2

PR1(tổn hao đồng dây quấn sơ cấp lúc không tải) và tổn hao sắt từ Pst

Trang 35

Điện trở từ hóa rất lớn so với điện trở dây quấn sơ cấp nên P0 chính là tổn hao sắt từ Pst

- Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với P0

- Hệ số công suất không tải cosφ0

 0,1

0,3

0 0

Trang 36

5.2 Thí nghiệm không tải

Thí nghiệm không tải xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ

và các thông số không tải của máy

Sơ đồ thí nghiệm: V1, V2 đo điện áp sơ cấp và thứ cấp; A đodòng điện không tải; W đo công suất tác dụng không tải

Điện áp đặt vào máy là điện áp định mức U1đm

Trang 37

Thông số tính được từ kết quả thí nghiệm:

0 0

Trang 38

- Tổng trở không tải:

0

1đm 0

Trang 39

VI Chế độ ngắn mạch - thí nghiệm ngắn mạch

6.1 Chế độ ngắn mạch

cấp bị nối tắt lại trong khi phía sơ cấp vẫn nối với điện

áp nguồn gọi là chế độ ngắn mạch

Tổng trở nhánh từ hóa rất lớn hơn tổng trở dây quấn thứ cấp qui đổi về sơ cấp nên có thể bỏ nhánh từ hóa (dòng điện nhánh rất nhỏ)

Sơ đồ thay thế của máy biến áp chỉ còn tổng trở ngắnmạch

Trang 40

Để tránh điều này người ta phải dùng các máy tự động cắt

mạch ở cả 2 phía sơ cấp khi bị sự cố ngắn mạch, quá

tải

Trang 41

6.2 Thí nghiệm ngắn mạch

Thí nghiệm ngắn mạch xác định tổn hao trên các điện trở dây

quấn sơ cấp và thứ cấp, các thông số ngắn mạch của máy

Để tránh chế độ ngắn mạch, trong thí nghiệm ngắn mạch ta phải đưa vào điện áp ngắn mạch Un bằng cách tăng bộ phận điều chỉnh điện áp từ 0 đến khi dòng điện ở dây quấn sơ cấp bằng dòng định mức

Trang 42

Các dụng cụ đo: A1, A2 đo dòng điện sơ cấp và thứ cấp; V

đo điện áp ngắn mạchi; W đo công suất tác dụng ngắn

Trang 43

Thông số tính được từ kết quả thí nghiệm:

Trang 44

- Thông số dây quấn thứ cấp:

Trang 45

Quan hệ giữa 2 thành phần điện áp ngắn mạch biểu diễn bằng tam giác tương tự với tam giác tổng trở ngắn mạch

UnR  Rn I1đm UnX  Xn I1đm Un  Zn I1đm

Trang 46

Điện áp ngắn mạch (dạng phần trăm %) có thể tính theo

R I

1đm

n đm 1đm

n 1đm n

Trang 47

CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP VII Máy biến áp mang tải - tổn thất và hiệu suất

Hệ số tải đánh giá mức độ mang tải của máy so với định mức:

Các chế độ tải của máy:

k < 1 → máy non tải

Trang 48

1 Độ lệch điện áp thứ cấp khi mang tải - đường đặc tính

Trang 49

Trang 50

A

B

C H

Trang 51

Trang 52

Nếu tính chất của tải

không đổi (cost = const),

Trang 53

b) Đặc tính ngoài của máy biến áp

Đặc tính ngoài của máy biến áp là đường biểu diễn quan hệ

U2 = f(I2) khi U1 = U1đm; cost = const

Trang 54

Đồ thị điện áp thứ cấp

Tải dung (C) kt tăng thì U2 tăng

Tải cảm (L) và trở (R) kt tăng thì U2

giảm (tải cảm U2 giảm nhiều hơn)

Có thể điều chỉnh điện áp trên tải

đến trị số mong muốn bằng cách

thay đổi số vòng dây, thường ở dây

quấn cao áp vì ở đó dòng điện nhỏ

nên dễ thực hiện

Các máy biến áp cho phép điều chỉnh số vòng dây trong phạm vi  5% nhờ chuyển mạch

Trang 55

7.2 Tổn thất và hiệu suất của máy biến áp

Từ mạch điện thay thế ta có thể vẽ được giản đồ năng lượngtrong máy biến áp

Công suất điện đưa vào P1

P1  U1I1 cos 1

Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp Pđ1

P Iđ1 2R

11

Trang 56

Tổn hao trong lõi thép Pst

Trang 57

Giản đồ năng lượng

trong máy biến áp

Tổng tổn hao trên điện trở hai dây quấn ΔPđ

' 2

2 2

Trang 58

Hiệu suất máy biến áp

Trang 59

Máy biến áp thường được làm việc với phụ tải trung bình kt =

0,50,7 Nhằm giảm tổn hao, thường máy biến áp có hiệu suất cực đại khi tải

nằm trong khoảng tải trung bình

 0,5

Pn

P0

Hiệu suất máy biến áp có thể

đạt η = 0,995

Đồ thị hiệu suất máy biến áp

theo hệ số mang tải: η =

f(k t )

Trang 60

VIII Máy biến áp ba pha

8.1 Cấu tạo của máy biến áp ba pha

Có thể dùng ba máy biến áp một pha ghép lại để tạo thành một máy biến áp ba pha

biến áp bapha có mạch từ độc lập

Trang 61

Máy biến áp ba pha có mạch

từ khép kín gọi là máy biến

áp ba pha có mạch từ liên

quan

Loại này có ba trụ và dây

quấn ba pha quấn trên ba

Dây quấn trung áp (nếu có): Pha A (Am, Xm), pha B (Bm, Ym), pha C (Cm, Zm)

Trang 62

Các lượng định mức của máy biến áp ba pha

• Điện áp định mức U1đm, U2đm: điện áp dây

• Dòng điện định mức I1đm, I2đm: dòng điện dây

• Công suất Sđm: công suất toàn phần ba pha

• Điện áp ngắn mạch phần trăm Un%; điện áp dây

• Dòng điện không tải phần trăm I0%: dòng điện dây

• Các tổn hao P0, Pn: công suất tác dụng ba pha

• Điện trở, điện kháng, tổng trở: tính cho một pha

Trang 63

2 Các kiểu nối dây của máy biến áp ba pha

- Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối theo hình sao (Y)hoặc hình tam giác ()

- Ký hiệu cách nối dây: Cách nối sơ cấp/cách nối thứ cấp

- Hệ số biến áp pha kp: Tỷ số điện áp pha sơ cấp – thứ cấp

Trang 64

kd  3kp

Trang 65

Tổ nối dây máy biến áp ba pha

-Tổ nối dây cho biết góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp

-Ký hiệu tổ nối dây: Bằng chữ số đằng sau cách nối dây quấn

sơ cấp và thứ cấp Có 12 tổ nối dây tương ứng với góc lệch

360o, như vậy mỗi đơn vị của tổ nối dây tương ứng với góc lệch 30o

-Ví dụ: Tổ nối dây Y/Δ – 11: cho biết dây quấn sơ cấp nối Y, dây quấn thứ cấp nối Δ và góc lệch giữa điện áp dây tương ứng của sơ cấp và thứ cấp là 30o x 11 = 330o

Trang 66

+ Dịch chuyển véc tơ điện áp dây tương ứng của thứ cấp

về vị trí kim giờ (góc dịch chuyển tương ứng sơ cấp)

+ Số chỉ giờ mà kim giờ chỉ bằng tổ nối dây

Trang 67

Khi xác định đồ thị điện áp dây, cần chú ý chiều quấn dây và ký hiệu đầu pha

Trong trường hợp không rõ chiều quấn dây của sơ cấp và thứ cấp có

thể coi cùng chiều quấn, lúc này chỉ quan tâm đến ký hiệu đầu pha

Trang 68

- Ví dụ: Xác định tổ nối dây của

máy biến áp ba pha có sơ đồ nối

dây hình bên

Vẽ đồ thị véc tơ điện áp dây quấn

sơ cấp (điện áp pha → điện áp

dây) UAB

Vẽ đồ thị véc tơ điện áp dây quấn

thứ cấp (điện áp pha → điện áp

dây) Uab

Trang 69

Quay véc tơ điện áp dây UAB 30o theo chiều kim đồng hồ để chỉ số 12.Quay véc tơ điện áp dây Uab tương ứng 30o theo chiều kim đồng hồ, như vậy sẽ chỉ số 11

Tổ nối dây sẽ là 11

Trang 70

IX Máy biến áp làm việc song song

Khi cần công suất lớn (phụ tải tăng), cần phải đặt thêm máy biến áp mới và nối song song với máy biến áp đang làm việc.Các máy biến áp làm việc song song có ý nghĩa:

+ Cho phép công suất lưới điện lớn hơn nhiều so với công suất mỗi máy

+ Cho phép nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống điện+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục, định kỳ bảo dưỡng, sửa chữa các máy biến áp

Khi tải giảm xuống có thể cho một số máy nghỉ để các máy còn lại mang tải định mức, nâng cao được hiệu suất của các máy cũng như hệ số công suất của lưới điện

Trang 71

Sơ đồ máy biến áp làm việc

Trang 72

Điều kiện để máy biến áp làm việc song song:

Trang 73

Ví dụ điều kiện 2: Giả thiết có hai máy cùng hệ số biến áp, cùng

cách nối nhưng khác tổ nối (máy 1: Y/Δ – 11, máy 2: Y/Y – 12)

Sơ cấp nối chung nên điện áp phía sơ cấp của các máy trùng

pha

Với tổ nối dây khác nhau, góc lệch giữa điện áp thứ cấp máy 1

và máy 2 là 30o, có thể thể hiện trên đồ thị véc tơ:

Chênh lệch điện áp thứ cấp ΔU

Trang 74

Do thứ cấp nối cung nên ngay khi không tải vẫn có dòng điện

cân bằng trong dây quấn các máy

Trang 75

X Các máy biến áp đặc biệt

10.1 Máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu (tự biến áp) thường có công suất nhỏ, khác máy biến áp thường ở chỗ dây quấn hạ áp là một phần của dây quấn cao áp

Do vậy, dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp không chỉ có liên hệ về từ mà còn có liên hệ về điện

Tiêu đề	Máy biến áp
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Giáo trình

Định dạng
Số trang	129
Dung lượng	2,73 MB