GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN I - Phần II Máy biến áp - Chương 4 docx

ø Chương 4: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC Ở TẢI ĐỐI XỨNG CỦA MBA § 4.1 Giản đồ lượng máy biến áp Trong lúc truyền tải lượng qua máy biến áp phần công suất tác dụng công suất phản kháng bị tiêu hao máy Ta xét cân công suất tác dụng công suất phản kháng máy biến áp Gọi P1 = U1I1cosϕ1 công suất đưa vào pha Một phần công suất bị tiêu 2 hao điện trở dây quấn 1:Δ p cu1 = I1 r1 lõi thép Δ p Fe = I0rm Phần lại công suất điện từ truyền sang phía thứ cấp Pđt : / / Pđt = P1 − Δpcu1 − ΔpFe = E2I2 cos ψ (4-1) ψ gọi góc lệch pha E'2 I'2 Công suất đầu P2 m.b.a nhỏ công suất điện từ lượng tổ hao đồng dây quấn thứ cấp Δ p cu = I2r2 : P2 = Pñt − Δ p cu = U 2I2 cos ϕ (4-2) Tương tự ta có công suất phản kháng đầu vào : Q1 = U1I1sinϕ1 (Đơn vị : vôn - ampe - phản kháng, VAR varờ ) Q1 tiêu hao phần để thành lập từ trường tản dây quấn sơ cấp Δq1 = I1 x1 từ trường lõi thép Δ qm = I0 x m , lại đưa sang phía thứ cấp : / / Qđt = Q1 − Δq1 − Δqm = E2I2 sin ψ (4-3) Công suất phản kháng đầu : Q2 = Qñt − Δq2 = U2I2 sin ϕ (4-4) Trong Δq2 = I x để thành lập từ trường tản dây quấn thứ cấp 2 Khi tải có tính chất điện cảm (ϕ2 > 0) Q2 > 0, lúc Q1 > 0, công suất phản kháng Q truyền từ phía sơ cấp sang phía thứ cấp Khi tải có tính chất điện dung (ϕ2 < ) Q2 < Công suất phản kháng Q truyền theo chiều ngược lại từ thứ cấp sang sơ cấp Q1 < toàn công suất phản kháng Q từ phía sơ cấp thứ cấp đến dùng để từ hóa mạch từ Q1 > Sự cân công suất tác dụng phản kháng biểu thị: Hình 4.1 Giản đồ lượng máy biến áp 138 § 4.2 Độ thay đổi điện áp m.b.a cách điều chỉnh điện áp Độ thay đổi điện áp máy biến áp: Khi máy biến áp làm việc trị số điện áp đầu U2 thay đổi theo trị số tính chất điện cảm hay điện dung dòng điện tải I2 Hiệu số số học trị số điện áp thứ cấp lúc không tải U20 lúc có tải U2 điều kiện U1đm = Cte gọi độ thay đổi điện áp ∆U máy biến áp hệ đơn vị tương đối ta có : ∆U* = / / / U20 − U2 U20 − U2 U1ñm − U2 / = = = 1− U2* / U20 U20 U1ñm (4-5) Ta tính ∆U dựa vào ∆ đặc tính cạnh ∆ bé nên xác định không xác Thông thường người ta dùng phương pháp giải tích sau : Giả sử MBA làm việc tải với hệ số I2 tải β = hệ số công suất cosϕ2 cho biết, I2đm đồ thị véc tơ tương ứng hình vẽ Các cạnh n tam giác ABC có trị số : BC* = / / / I2rn I2ñmrn I2 = = unr*β / U1ñm U1ñm I2ñm AB* = / / / I2xn I2ñmxn I2 = = unx*β / U1đm U1đm I2đm Từ A ta hạ AP vuông góc U'2, gọi AP = n , CP = m ta coù : / U2* = 1− n2 − m ≈ 1− (vì n U2II = kII kI − − Theâm 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 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 % + I2đmI I2đmII 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 % đmI I2đmII SđmII Thí dụ : Cho ∆k= 1%, UnI% = UnII% = 5,5 SđmI = 100 = 100 = 100 ∞ SñmII 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 áp rơi: / / / ∆ U = U1− U2 = U20 − U2 Ở tất MBA giống : ∆ U = z.I Trong I dòng điện tải chung 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 coù Vì znI* = znIIđm m Un zI z = n ñm = n = zn* Uñm znñmIñm znñm Un* = Ta thu được: znI = zn* Vì Un % = Uñm 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.UñmI UnI % Uñm 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 ñmi 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 đmi 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 : Sđmi 100 100 100 = + + = 71 , 3,5 5,5 ni % ∑U i=1 Do : 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: Sñm I = 180kVA, SñmII = 240kVA, SñmIII = 320kVA; unI % = 5,4 , unII % = , unIII % = 6,6 Hãy xác định tải m.b.a tải chung m.b.a tổng công xuất định mức chúng: S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA tính xem tải tổng tối đa để không m.b.a bị tải bao nhiêu? Giải: Ta có: Sđmi 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 thaáy 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 %∑ đmi i=1 Uni % n =1 S =1 5,4x121,8 hay laø: 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 Maùy 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 moät 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 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 ... z= = 1 + + znI znII znIII n i= 1 ni ∑z Do dòng ? ?i? ??n t? ?i caùc 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... (theo ? ?i? ??u 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 I2 ñmI I2 ñmII = = z nII2 ñmI U ñm ∆k 100 z nIII2 ñmII 100 + I2 ñmI U ñm I2 ñmII ∆k... ñm S S UnI % ∑ U ñmi SñmI i= 1 ni % n = SñmI S S U % ∑ U ñmi 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