Bài giảng kỹ thuật điện - Chương 6 doc

Page 1 1 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 2 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Giới thiệu chung về máy biến áp Máy biến áp là thiết bò điện từ tónh làm việc theo nguyên lý ____ __________________, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi. Ỉ Máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không biến đổi năng lượng. Máy biến áp gồm hai hay nhiều cuộn dây liên hệ với nhau bởi từ thông móc vòng: - Cuộn dây nối vào nguồn điện gọi là _________________ - Cuộn dây cảm ứng từ thông móc vòng của dây quấn sơ cấp gọi là _______________________ Page 2 3 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Giới thiệu chung về máy biến áp Các đại lượng và thông số liên quan đến phía sơ cấp hay dây quấn sơ cấp ghi chỉ số 1 : số vòng dây sơ cấp w 1 , điện áp sơ cấp U 1 , dòng điện sơ cấp I 1 , công suất sơ cấp P 1 . Các đại lượng và thông số liên quan đến phía thứ cấp hay dây quấn thứ cấp ghi chỉ số 2 : số vòng dây thứ cấp w 2 , điện áp thứ cấp U 2 , dòng điện thứ cấp I 2 , công suất thứ cấp P 2 Máy biến áp ____________ khi U 2 >U 1 Máy biến áp ____________ khi U 2 <U 1 Ký hiệu máy biến áp trong các sơ đồ điện: 4 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Các đại lượng đònh mức Điện áp sơ cấp đònh mức U 1đm [V] là điện áp hoạt động đònh mức của dây quấn sơ cấp máy biến áp Điện áp thứ cấp đònh mức U 2đm [V] là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp ___________ và điện áp đặt vào sơ cấp là đònh mức Đối với máy biến áp ba pha, điện áp đònh mức là ____________ Dòng điện sơ cấp đònh mức I 1đm [A] và dòng điện thứ cấp đònh mức I 2đm [A] là dòng điện trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp ứng với _________________________ và __________________ ______________ Đối với máy biến ba pha, dòng điện đònh mức là _____________ Page 3 5 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Các đại lượng đònh mức Công suất dònh mức của máy biến áp S đm [VA] là công suất toàn phần (biểu kiến) đưa ra ở dây quấn __________ máy biến áp Máy biến áp một pha: 22 __ dm dm dm SUI =  22dm dm dm SUI =  Máy biến áp ba pha: Tần số đònh mức f [Hz] thường là 50 hay 60Hz Các đại lượng khác như số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc, … 6 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Cấu tạo của máy biến áp Các bộ phận chính: - lõi thép - dây quấn - vỏ máy biến áp. Lõi thép Ỉ dẫn từ thông chính trong máy, khung để đặt dây quấn, được làm từ những lá thép kỹ thuật điện (dày 0,35mm hoặc 0,5mm, hai mặt có sơn cách điện). Lõi thép gồm có trụ để đặt dây quấn và gông dùng để khép kín mạch từ giữa các trụ Dây quấn máy biến áp bằng đồng hoặc nhôm được bọc cách điện Page 4 7 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Cấu tạo của máy biến áp Máy biến áp kiểu bọc, dây quấn đồng tâm Dây quấn xen kẽ Vỏ máy biến áp bằng thép bao bọc và bảo vệ dây quấn và lõi thép 8 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp φ i 1 u 1 w 1 w 2 i 2 u 2 Z t Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp w 1 và w 2 : số vòng dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp Z t : tổng trở tải u 1 đặt vào dây quấn sơ cấp Ỉ dòng điện sơ cấp i 1 Ỉ sức từ độïng i 1 w 1 Ỉ từ thông chính Φ móc vòng qua cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp °Khi máy biến áp không tải: φ do dòng điện _____________ chạy trong dây quấn sơ cấp sinh ra ° Khi máy biến áp có tải, dòng điện trong dây quấn thứ cấp là i 2 φ do sức từ động ________________ sinh ra Page 5 9 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 11 111 2 24.44 22 wwf Efwfw ω φπφ π φφ == = = φ i 1 u 1 w 1 w 2 i 2 u 2 Z t φ Ỉ sức điện động cảm ứng d t d we 11 φ −= dt d we 22 φ −= 2 wj E 1 1 φω −= 2 2 2 j w E ω φ =− tỷ số biến áp 1 2 E k E == (các đại lượng điện được quy ước lấy các giá trò hiệu dụng các giá trò từ trường quy ước lấy các giá trò biên độ) 22 4.44 E fw φ = 10 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 112 2 EUEU φ i 1 u 1 w 1 w 2 i 2 u 2 Z t tỷ số biến áp 11 22 Ew k Ew == Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí: 11 22 wE k wE == Page 6 11 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ không tải của máy biến áp U 1 U 2 I 0 w 1 w 2 i 2 = 0 E 2 E 1 φ E 1 E 2 = U 2 U 1 = -E 1 Phương trình điện áp Nếu bỏ qua điện trở và từ thông tản dây quấn sơ cấp, phương trình cân bằng điện áp dây quấn sơ cấp và thứ cấp: 1 11 2 w UEj ω φ =− =  2 22 2 w UE j ω φ ==−  (chọn chiều điện áp và điện động và dòng điện như trên sơ đồ) 12 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ không tải của máy biến áp Dòng điện không tải do tổn hao trong lõi thép, dòng điện không tải I o sớm pha hơn so với từ thông φ góc α gọi là ___________________ φ E 1 U 1 I 0 I 0x I 0r α Dòng điện không tải I o gồm: I ox Ỉ tạo nên từ thông và cùng chiều với từ thông I or Ỉ bùø tổn hao trong lõi thép và vuông góc với từ thông Thường I or < 10%I ox nên ta có thể xem I ox ≅I o 01 (0.5% 10% ) dm I I=÷ Page 7 13 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ không tải của máy biến áp 2 1oFe o PP rI=+  Công suất tổn hao không tải Công suất tổn hao không tải P o của MBA là công suất nguồn điện cung cấp cho MBA hoạt động ở chế độ _______________ :suất tổn hao trong thép ở tần số 50Hz và từ cảm 1T [w/kg] B: từ cảm trong lõi thép [T] m Fe : khối lượng thép [kg] 1,3 2 1,0 50 50 Fe Fe f P pB m ⎛⎞ = ⎜⎟ ⎝⎠ 1,0 50 p 14 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ tải của máy biến áp φ I 1 u 1 w 1 w 2 I 2 Z t φ σ1 φ σ2 Sức từ động _________________ Ỉ từ thông trong lõi thép - Một phần lớn từ thông khép kín trong lõi thép móc vòng qua cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp, gọi là ___________________ từ thông chính φ Ỉ sức điện động cảm ứng _______ trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp 1 11 dd ew dt dt ψ φ =− =− 2 22 dd ew dt dt ψ φ =− =− Page 8 15 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ tải của máy biến áp 111 w σ σ ψ φ = ⋅ φ I 1 u 1 w 1 w 2 I 2 Z t φ σ1 φ σ2 - Một phần nhỏ từ thông do sức từ động dây quấn sơ cấp hoặc thứ cấp sinh ra chỉ móc vòng qua chính cuộn dây đó và khép kín qua các vật liệu phi từ tính - gọi là _______________ ________ Từ thông tải φ σ1 vàø φ σ2 chỉ móc vòng riêng lẻ qua dây quấn sơ cấp và thứ cấp nên có từ thông tản móc vòng sơ cấp và thứ cấp tương ứng như sau: 222 w σ σ ψ φ = ⋅ 16 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ tải của máy biến áp 2 2 2 L i σ σ ψ = φ I 1 u 1 w 1 w 2 I 2 Z t φ σ1 φ σ2 ψ σ1 do dòng điện sơ cấp i 1 gây ra ψ σ2 do dòng điện thứ cấp i 2 gây ra Ỉ điện cảm tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp: 1 1 1 L i σ σ ψ = Vì từ thông tản khép mạch qua các vật liệu phi từ tính có độ dẫn từ kém Ỉ từ thông tản rất nhỏ so với từ thông chính Ỉø điện cảm tản L σ1 và L σ2 _________________ vào dòng điện sơ cấp i 1 và i 2 1 1 11 d di eL dt dt σ σσ ψ =− =− 2 2 22 d di eL dt dt σ σσ ψ =− =− Page 9 17 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ tải của máy biến áp 1 111 11 2 22 2 22 di ueL ri dt di ueL ri dt σ σ ⎧ =− + + ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ =− − ⎪ ⎩ φ i 1 u 1 e σ2 i 2 u 2 Z t e 2 e 1 e σ1 phương trình cân bằng điện áp trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp 11111 22 222 ueeri uee ri σ σ =− − + ⎧ ⎨ =+ − ⎩ 11111111 222 22222 () () UErjxIEZI UErjxIEZI ⎧ =− + + =− + ⎪ ⎨ =−+ =− ⎪ ⎩      x 1 = ω L σ 1 : điện kháng tản dây quấn sơ cấp x 2 = ω L σ 2 : điện kháng tản dây quấn thứ cấp Z 1 = r 1 + jx 1 : tổng trở dây quấn sơ cấp. Z 2 = r 2 + jx 2 : tổng trở dây quấn thứ cấp. 18 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ tải của máy biến áp 11111 _ ___() _ UErjxI=− + +    _ _________________→ φ i 1 u 1 e σ1 i 2 u 2 Z t e 1 e 2 e σ2 phương trình cân bằng sức từ động _ _______ φ =→ chế độ không tải, từ thông chính φ do ________________ sinh ra chế độ tải, từ thông chính φ do sức từ động _______________ sinh ra Do φ _____________ nên ta có phương trình cân bằng sức từ động: ______________________ Page 10 19 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ tải của máy biến áp 11122o I wIwIw=+  () ' 2 10 20 2 1 w I IIII w ⎛⎞ − =+ =+− ⎜⎟ ⎝⎠    ' 2 222 1 1 w I II wk ==  Khi MBA có tải thì dòng điện i 1 gồm 2 thành phần: _____ Ỉ từ thông trong mạch từ _____ Ỉ biến đổi thành dòng điện i 2 cung cấp cho tải 20 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V1-5-05 Chế độ tải của máy biến áp () () () 11111 222 22 ' 10 2 UErjxI UErjxI II I ⎧ =− + + ⎪ ⎪ =−+ ⎨ ⎪ =+− ⎪ ⎩       Hệ phương trình mô tả máy biến áp Giản đồ vectơ của máy biến áp θ 2 α : góc tổn hao từ trễ θ 2 : góc giữa I 2 và E 2 [...]... 100 = n 1dm 100 U1dm U1dm BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 32 Page 16 Xác đònh các thông số của máy biến áp rn xn İ1 =- ’2 U’2 U1 U nr % = U nr rI 100 = n 1dm 100 = U1dm U1dm U nx % = BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 33 Các đặc điểm vận hành của máy biến áp Giản đồ năng lượng của máy biến áp khi vận hành ở chế độ tải S1 = P1 + jQ1 pCu 1 + jq1 Công suất máy biến áp nhận được từ nguồn điện S1 = P1 + jQ1 P1 = U1I1cosϕ1... Iox Rm Xm U’2 Z’t Thông thường tổng trở từ hóa , dòng điện I0 _, ta có thể nhánh từ hóa và có sơ đồ thay thế gần đúng xn rn rn = r1 + r’2 là điện trở ngắn mạch của máy biến áp İ1 =- ’2 U1 U’2 Z’t xn = x1 + x’2 là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 26 Page 13 Xác đònh các thông số của máy biến áp Các điện trở và điện kháng trong sơ đồ thay thế của máy biến áp có thể... E1 U = ≈ 1 w 2 E 2 U 20 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 27 Xác đònh các thông số của máy biến áp Sơ đồ thay thế MBA ở chế độ không tải ? Điện trở không tải: thường r0 = r1 + rm = r0 >> r1 nên : rm ≈ r0 Tổng trở không tải Z0 = Zm ≈ Z0 Z 0 >> Z m Điện kháng không tải thường x0 = x1 + xm = _ x0 >> x1 nên : xm ≈ x0 Hệ số công suất không tải cos ϕ0 = BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 28 Page 14 Xác đònh các thông... là các phương trình Kirchhoff 1 và 2 mô tả mạch điện: r1 U1 x1 -E1 x’2 I ’ 1 I ’ 2 r’ 2 I0 rm -E’2 U’2 xm BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 Z’t sơ đồ thay thế của máy biến áp 24 Page 12 Sơ đồ thay thế của máy biến áp (-E1) là điện áp rơi trên nhánh từ hóa có tổng trở Zm đặc trưng cho từ thông chính và tổn hao sắt từ r1 I ’ 1 I ’ 2 r’ 2 x1 I0 rm -E1 U1 x’2 U’2 -E’2 Z’t xm − E1 = Z m I o = (rm + jxm ) I o Z... BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 41 Các đặc điểm vận hành của máy biến áp Hiệu suất máy biến áp η= P2 P2 = P1 P2 + PFe + PCu η= βSdm cos ϕ2 βSdm cos ϕ2 + Po + β2 Pn Nếu cos ϕ2=const thì hiệu suất sẽ cực đại khi: ∂η =0 ∂β β 2 Pn = Po BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 β= Po Pn 42 Page 21 Các đặc điểm vận hành của máy biến áp Sự thay đổi điện áp của máy biến áp Nếu xem dây quấn sơ cấp máy biến áp nối vào nguồn điện. .. Fe 2 I0 rm = điện trở từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt từ xm :là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính φ BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 25 Sơ đồ thay thế của máy biến áp Nhánh từ hóa gồm 2 phần tử nối tiếp rm vàø xm có thể biến đổi tương đương thành nhánh từ hóa gồm 2 phần tử song song Rm và Xm r1 -E1 U1 x’2 I ’ 1 I ’ 2 r’ 2 x1 I0 rm -E’ r1 x1 U’2 2 İ’1 - ’2 r’2 I0 Ior Z’t xm U1 - 1 x’2 Iox Rm... sau : r1 ≈ r2' ≈ rn 2 x 1 ≈ x '2 ≈ xn 2 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 31 Xác đònh các thông số của máy biến áp rn Thí nghiệm ngắn mạch İ1 =- ’2 Un Tam giác điện áp ngắn mạch xn Unx U’2 U1 ϕn Unr Unr = rnI1đm : là thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch Unx = xnI1đm : là thành phần phản kháng của điện áp Điện áp ngắn mạch thường được tính bằng phần trăm so với điện áp đònh mức Un % = Un Z I 100 = n 1dm... dòng điện từ hóa Io _ có thể trong sơ đồ thay thế BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 30 Page 15 Xác đònh các thông số của máy biến áp İ1 =- ’2 Tổng trở ngắn mạch Zn = xn rn Thí nghiệm ngắn mạch U’2 U1 Un U = n I1dm I1dm rn = Điện trở ngắn mạch Điện kháng ngắn mạch Pn I 2 1dm x n = Z 2 − rn2 n Để tính các điện trở và điện kháng trong sơ đồ thay thế máy biến áp người ta thường sử dụng thêm quan... Dùng bộ điều chỉnh điện áp tăng dần điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp tới giá trò Un sao cho dòng điện trong các dây quấn _ _ Un : được gọi là điện áp _ Un = ( 3% + 10% )U1đm BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 29 Xác đònh các thông số của máy biến áp Thí nghiệm ngắn mạch U1=Un A W I n Pn =I1đm V A I 2đm Sơ đồ thay thế của MBA ở chế độ ngắn mạch ? Do Un nhỏ từ thông φ _ dòng điện từ hóa Io ... 2dm − kU 2 U −U2 100 = 100 = 1dm 100 U 2dm kU 2dm U 1dm U1dm 0 A ϕ2 -U’2 -I’2 = I1 ZnI1 ϕn B xnI1 C rnI1 U1đm = OB ≈ OC ' U 1dm − U 2 AC = AB cos(ϕn − ϕ 2 ) = Z n I 1 cos ϕn cos ϕ 2 + Z n I 1 sin ϕn sin ϕ 2 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 44 Page 22 Các đặc điểm vận hành của máy biến áp U1dm Sự thay đổi điện áp của máy biến áp 0 A ϕ2 -U’ -I’2 = I1 ' U 1dm − U 2 ZnI1 xnI1 ϕn 2 B C rnI1 Z n I 1 cos ϕn cos . Page 1 1 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 2 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 Giới thiệu chung về máy biến áp Máy biến áp là thiết bò điện từ tónh làm việc theo nguyên lý ____. hay 60 Hz Các đại lượng khác như số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc, … 6 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 Cấu tạo của máy biến áp Các bộ phận chính: - lõi thép - dây quấn - vỏ. khí: 11 22 wE k wE == Page 6 11 BMTBD-KTĐ1-nxcuong-V 1-5 -0 5 Chế độ không tải của máy biến áp U 1 U 2 I 0 w 1 w 2 i 2 = 0 E 2 E 1 φ E 1 E 2 = U 2 U 1 = -E 1 Phương trình điện áp Nếu bỏ qua điện trở và từ