BÁO cáo hệ THỐNG điện 1 CHƯƠNG v máy BIẾN áp

BÁO CÁO HỆ THỐNG ĐIỆN1 CHƯƠNG V MÁY BIẾN ÁP CBHD: TS. Trần Trung Tính SVTH: Nguyễn Văn Đạt Nguyễn Trọng Giáp Trịnh Đức Thành Trần Quốc Trung Dư Thành Thật Nguyễn Văn Huế Bộ môn Kỹ thuật điện – Khoa Công nghệ GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU Máy phát của những nhà máy điện lớn có mức điện áp từ 11 đến 30 kV.Để tăng hiệu quả và hiệu suất, giảm tổn thất khâu truyền tải điện năng trên một khoảng cách dài đòi hỏi phải tăng mức điện áp. Để biến đổi từ mức điêên áp này sang mức điêên áp khác thì dùng máy biến áp. Máy biến áp là thiết bị điêên từ loại tĩnh làm viêêc trên nguyên lý cảm ứng điêên từ biến đổi môêt hêê thống dòng điêên xoay chiều ở điêên áp này thành môêt hêê thống dòng điêên xoay chiều ở điêên áp khác với tần số không đổi. GIỚI THIỆU • Ngoài ra, MBA còn được sử dụng để điều chỉnh dòng công suất hoặc dòng công suất dưới những điều kiện vận hành khác nhau.MBA loại này có tỷ lệ biến đổi điện áp nhỏ.Những loại MBA loại này được gọi là MBA điều chỉnh. • Các đại lượng định mức của MBA quy định điều kiện kỹ thuật của máy do nhà chế tạo quy định và thường ghi trên nhãn MBA như sau : GIỚI THIỆU • i. Công suất định mức (Sđm ) là công suất toàn phần đưa ra ở dây quấn thứ cấp của MBA,tính bằng (kVA) hay(VA). • ii. Điện áp dây sơ cấp định mức (U 1đm) là điện áp của đầu dây quấn sơ cấp tính bằng (kV) hay (V).Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu pha phân nhánh. • iii. Điện áp dây thứ cấp định mức (U 2đm) là điện áp dây quấn thứ cấp khi MBA không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức,tính bằng (kV) hay (V). • iv. Dòng điện dây định mức sơ cấp (I1đm) thứ cấp (I2đm) là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức,tính bằng (kA). MÁY BIẾN ÁP 1 PHA MBA có 2 bộ phận chính: Lõi thép  Dây quấn Lõi thép: dùng để dẫn từ thông chính của MBA,được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt. Dây quấn: thường dùng đồng hoặc nhôm có thiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, bên ngoài dây có bọc cách điện Sơ đồ nguyên ký làm việc MBA MÁY BIẾN ÁP 1 PHA Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào lõi thép. Giữa các lớp vòng dây có lớp cách điện. Khi nối cuộn sơ cấp N1 vào nguồn AC có điện áp V1 dòng sơ cấp I1 từ thông chính φm trên 2 cuộn N1 và N2 Ngoài từ thông chính φm trong lõi thép MBA còn có thông tản φl1 và φl 2 Sơ đồ nguyên ký làm việc MBA MÁY BIẾN ÁP 1 PHA Ta giả định máy biến áp là lý tưởng: - Từ thông móc vòng ở 2 cuộn N1, N2 λ1 = N1φ1 λ2 = N 2φ2 - Điện áp đầu dây quấn MBA dφm d λ1 v1 = = N1 dt dt dφm d λ2 v2 = = N2 dt dt (5.1) Sơ đồ nguyên ký làm việc MBA MÁY BIẾN ÁP 1 PHA v1 N1 = =n Từ (5.1) => v2 N 2 Từ (5.2) => (5.2) i2 N1 1 = = =a i1 N 2 n Sơ đồ nguyên ký làm việc MBA n Là tỉ lệ số vòng dây thứ cấp và vòng sơ cấp MÁY BIẾN ÁP 1 PHA Tuy nhiên, MBA trong thực tế không phải là lý tưởng, tức có sinh ra từ thông tản λl1 và λl 2 . Do đó từ thông tổng được xác định như sau: λ1 = λl1 + N1φm λ2 = λl 2 + N 2φm Trong đó: φm λl1 và λl 2 là từ thông chính móc vòng cả 2 cuộn N1,N2 là tổng từ thông tản φl1 và φl 2 tương ứng MÁY BIẾN ÁP 1 PHA Điện áp ở 2 đầu dây quấn MBA được xác định như sau: dφm d λ1 di1 v1 = r1i1 + = r1i1 + Ll1 + N1 dt dt dt ' dφm d λ di ' ' 2 2 v2 = r2i2 + = r2i2 + Ll 2 + N2 dt dt dt (5.8) Biểu thức trên chính là cộng điện trở nối tiếp và điện kháng tản dây quấn mạch sơ và thứ cấp của MBA lý tưởng. MÁY BIẾN ÁP 1 PHA Giả sử i2' = 0 thì dòng điện sơ cấp của MBA lý tưởng bằng 0, nhưng thực tế vẫn còn tồn tại dòng điện (im ) nhỏ chạy trong cuộn sơ cấp và duy trì điện trường. (im ) Được gọi là dòng điện từ hóa sơ cấp và được tính: Rφm im = N1 Mặt khác ta tìm được: Thay sức điện động => (5.9) N2 ' N2 i1 = im − i2 = im + i2 N1 N1 dφm e1 = N1 dt dφm dim e1 = N1 = Lm dt dt (5.10) vào (5.9) (5.11) Trong đó Lm = N12 / R TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • MBA 3 pha có thể được đấu nối theo 4 cách khác nhau cơ bản là hình Y–Y, ∆-∆, Y-∆ và ∆-Y • Hình 5.6 sơ đồ nối dây trong máy biến áp 3 pha TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • Tất cả các cách đấu nối này được trình bày với dây quấn sơ cấp có điện áp thấp (bên trái) và dây quấn thứ cấp có điện áp cao (bên phải).  1. Kiểu: tam giác – sao Thuận lợi Có dây trung tính, có thể nối đất dây trung tính, có ưu điểm tăng điện áp lần, đồng thời 3 gấp mức tăng điện áp theo tỉ lệ số vòng dây quấn của các pha ở phía sơ và thứ cấp Có chức năng hữu ích đối với vận hành trong điều kiện mất cần bằng hoặc dòng điện không theo hình sin hoặc biên dạng sóng của điện áp. TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA  2. Kiểu: sao - tam giác Ngược lại máy biến thế hạ áp thì đấu thành Y∆. Số vòng cuộn dây bên sơ cấp không nhiều có thể đạt được tỉ lệ hạ áp tương đối lớn. Ngoài ra, khi bên thứ cấp của biến thế tăng áp và bên sơ cấp của máy biến thế hạ áp đấu kiểu hình Y đều có thể tiếp đất, điểm trung tính khiến điện áp / 3với đất là điện áp pha, bằng dây tải điện 1đối lần điện áp dây, cũng tức là hạ thấp yêu cầu cách điện của đường dây, hạ giá thành xây dựng TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA  3. kiểu tam giác - tam giác Đấu nối theo hình ∆-∆ đề nghị cho MBA có điều kiện vận hành khẩn cấp cơ bản ít nhất, với điện áp pha được loại bỏ. Đấu nối kiểu này còn được gọi là đấu nối tam giác mở.  4. kiểu sao - sao Đấu nối theo hình Y–Y là sử dụng an toàn bởi vì những sự cố vận hành trong điều kiện không cân bằng. Những thuận lợi và bất lợi từ các cách đấu nối MBA khác nhau đã được thảo luận rất kỷ trong học phần kỹ thuật điện TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA Ngoài ra theo hình dáng của lõi thép mà còn có cách thêm 2 loại nữa  MBA kiểu lõi (kiểu trụ) như trình bày ở Hình 5. 7(a). Dây quấn bao quanh trụ thép. Loại này rất thông dụng và thường dùng cho các MBA một pha hay ba pha có công suất nhỏ và trung bình  MBA kiểu bọc như trình bày ở Hình 5. 7(b). Mạch từ được phân nhánh ra hai bên và bọc lấy dây quấn. Loại này thường chỉ dùng trong vài ngành chuyên môn đặc biệt như MBA dùng trong lò điện luyện kim. • Hình 5.7 cấu tạo máy biến áp ba pha TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • Sơ đồ tổ đấu dây của MBA 3 pha được trình bày chi tiết ở Hình 5. 6. Để thuận tiện hơn có thể dùng biểu đồ như trình bày ở Hình 5. 8. Vẽ chiều của dây quấn sơ cấp thì song song với chiều của dây quấn thứ cấp của cùng pha MBA. Do đó, Va’n’ và Van là cùng trong một pha. Hình 5.8. Biểu đồ đấu dây của MBA 3 pha theo hình YY TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA Chúng ta cũng có thể dùng biểu đồ tổ đấu dây đơn giản cho MBA như trình bày ở Hình 5. 9. Hình 5.9 Biểu đồ tổ đấu dây ∆-Y đơn giản của MBA TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA Trong hình này cuộn dây quấn được vẽ thành một đoạn thẳng đậm. Do đó, sơ đồ tổ đấu dây thường dùng của MBA 3 pha ở Hình 5. 6 có thể được thay thế bằng Hình 5. 10. Hình 5. 10. Biểu đồ tổ đấu dây MBA 3 pha thường dùng TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA Như khảo sát ở phần trước, chúng ta tiếp tục giả định MBA 3 pha được cấu tạo từ 3 MBA một pha lý tưởng. Trong trường hợp tổ đấu dây theo hình Y-Y và ∆-∆, chúng ta xác định mức biến đổi điện áp và dòng điện từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp. Hình 5. 11 Sơ đồ tổ đấu dây ∆-Y đơn tuyến của MBA TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • Từ Hình 5. 10 có thể xác định Va 'b ' = nVab I a' , = I a / n . Trong đó n là tỉ lệ biến đổi điện áp trong mỗi pha của MBA. Trong trường hợp tổ đấu dây Y-∆ thì cần so sánh điện áp dây và điện áp pha. Tổ đấu dây kiểu này có sự thay đổi mức điện áp và dòng điện. Giả định chiều dương tuần tự của điện áp là Van, Vbn và jπ / 6 Vcn,Vchúng ta có = nV = n ( V − V ) = 3 ne Van = K1Van a 'n ' ab an bn K1 = 3ne jπ / 6 Va 'n ' = K1Van Vb 'n ' = K1Vbn Vc 'n ' = K1Vcn TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • Ta nhận xét rằng, nếu tổ đấu dây của MBA 3 pha 3 × náp là theo hình ∆ -Y thì độ lớn biến đổi điện lần và điện áp dây quấn thứ cấp sớm pha một góc 300 so với điện áp dây quấn sơ cấp. • Tương tự như trên, chúng ta xác định quan hệ dòng điện giữa cuộn sơ và thứ cấp của MBA 3 pha I = Ia / K ' a I = Ib / K ' b I = Ic / K ' c ∗ 1 ∗ 1 ∗ 1 TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • Vậy độ lớn biến đổi của dòng điện đối với tổ đấu −1 ( 3 × n ) dây theo hình ∆ -Y là lần và góc lệch dòng điện giữa dây quấn sơ và thứ cấp cũng là 300 • Chú ý rằng công suất biểu kiến biến đổi trong MBA 3 pha là đồng nhất. Giả sử S’ và S là công suất phức của đầu ra và đầu vào của MBA, tương ∗ ứng   Ia ∗   S = Va 'n ' ( I ) = K1Van  ∗  = Van I a = S  K1  ' ' ∗ a NHỮNG HỆ THỐNG THÔNG THƯỜNG Bộ môn Kỹ thuật điện BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI Hầu hết các đại lượng của HTĐ được tính toán bằng các đại lượng tương đối hơn là các đại lượng thực tế Các đại lượng trong HTĐ như điện áp, công suất và tổng trở thì thường được biểu diễn bằng hệ đơn vị tương đối hoặc bằng phần trăm của số đơn vị căn bản xác định Ví dụ: nếu chỉ số căn bản xác định là 20 kV, thì điện áp là 18 kV được biểu diễn bằng hệ đơn vị tương đối là 18/20 = 0,9 hoăc 90% BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI Những chỉ số căn bản xác định như mạch Sử dụng hệ đơn vị tương đương của MBA có thể được đơntương giản hóa.Như đối có điện áp, dòng điện, tổng trở trong và tổng trở phía những thuậnsơ lợicấp đến phía thứ cấp có thể được biểu diễn trong gì?hệ đơn vị tương đối mà kết quả tính toán giữa chúng không thay đổi. Giá trị tổng trở tương đối của nhiều thiết bị điện cùng loại thường nằm trong khoảng sai khác nhỏ khi những giá trị tỉ lệ thiết bị được dùng như trị số căn bản.Điều này dữ liệu tổng trở tương đối có thể được kiểm tra nhanh cho toàn bộ sai sót với những đại lượng tương đối BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI  Thêm vào đó nhà sản xuất thường xác định tổng trở của máy điện và MBA bằng hệ đơn vị tương đối. Những đại lượng tương đối được tính như sau: Đại lượng thực tế Đại lượng tương đối = Trị số căn bản Một điểm rất quan trọng là chỉ số căn bản được xác định thỏa mãn điều kiện đồng dạng với đại lượng thực tế V = ZI (5.18) Chúng ta có biểu thức cho đại lượng cơ bản là: VB = Z B I B (5.19) Chia (5.18) cho (5.19) ta được : V Z I = (5.20) VB Z B I B BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI Hoặc: V p.u = Z p.u I p.u Biểu thức (5.20) đồng dạng với biểu thức (5.18), điều này nói rằng chúng ta có thể phân tích mạch điện sử dụng biểu thức (5.20) chính xác giống như phân tích với biểu thức (5.18) CÁM ƠN THẦY CÙNG CÁC BẠN ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI! [...]...MÁY BIẾN ÁP 1 PHA Điện áp ở 2 đầu dây quấn MBA được xác định như sau: dφm d 1 di1 v1 = r1i1 + = r1i1 + Ll1 + N1 dt dt dt ' dφm d λ di ' ' 2 2 v2 = r2i2 + = r2i2 + Ll 2 + N2 dt dt dt (5.8) Biểu thức trên chính là cộng điện trở nối tiếp v điện kháng tản dây quấn mạch sơ v thứ cấp của MBA lý tưởng MÁY BIẾN ÁP 1 PHA Giả sử i2' = 0 thì dòng điện sơ cấp của MBA lý tưởng... đổi mức điện áp và dòng điện Giả định chiều dương tuần tự của điện áp là Van, Vbn và jπ / 6 Vcn,Vchúng ta có = nV = n ( V − V ) = 3 ne Van = K1Van a 'n ' ab an bn K1 = 3ne jπ / 6 Va 'n ' = K1Van Vb 'n ' = K1Vbn Vc 'n ' = K1Vcn TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • Ta nhận xét rằng, nếu tổ đấu dây của MBA 3 pha 3 × náp là theo hình ∆ -Y thì độ lớn biến đổi điện lần và điện áp dây quấn... như điện áp, công suất v tổng trở thì thường được biểu diễn bằng hệ đơn v tương đối hoặc bằng phần trăm của số đơn v căn bản xác định V dụ: nếu chỉ số căn bản xác định là 20 kV, thì điện áp là 18 kV được biểu diễn bằng hệ đơn v tương đối là 18 /20 = 0,9 hoăc 90% BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG HỆ ĐƠN V TƯƠNG ĐỐI Những chỉ số căn bản xác định như mạch Sử dụng hệ đơn v tương... của MBA lý tưởng bằng 0, nhưng thực tế v n còn tồn tại dòng điện (im ) nhỏ chạy trong cuộn sơ cấp v duy trì điện trường (im ) Được gọi là dòng điện từ hóa sơ cấp v được tính: Rφm im = N1 Mặt khác ta tìm được: Thay sức điện động => (5.9) N2 ' N2 i1 = im − i2 = im + i2 N1 N1 dφm e1 = N1 dt dφm dim e1 = N1 = Lm dt dt (5 .10 ) v o (5.9) (5 .11 ) Trong đó Lm = N12 / R TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • MBA 3 pha... điều kiện đồng dạng v ́i đại lượng thực tế V = ZI (5 .18 ) Chúng ta có biểu thức cho đại lượng cơ bản là: VB = Z B I B (5 .19 ) Chia (5 .18 ) cho (5 .19 ) ta được : V Z I = (5.20) VB Z B I B BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG HỆ ĐƠN V TƯƠNG ĐỐI Hoặc: V p.u = Z p.u I p.u Biểu thức (5.20) đồng dạng v ́i biểu thức (5 .18 ), điều này nói rằng chúng ta có thể phân tích mạch điện sử dụng biểu thức... S’ và S là công suất phức của đầu ra và đầu vào của MBA, tương ∗ ứng   Ia ∗   S = Va 'n ' ( I ) = K1Van  ∗  = Van I a = S  K1  ' ' ∗ a NHỮNG HỆ THỐNG THÔNG THƯỜNG Bộ môn Kỹ thuật điện BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG HỆ ĐƠN V TƯƠNG ĐỐI Hầu hết các đại lượng của HTĐ được tính toán bằng các đại lượng tương đối hơn là các đại lượng thực tế Các đại lượng trong HTĐ như điện. .. một góc 300 so v ́i điện áp dây quấn sơ cấp • Tương tự như trên, chúng ta xác định quan hệ dòng điện giữa cuộn sơ và thứ cấp của MBA 3 pha I = Ia / K ' a I = Ib / K ' b I = Ic / K ' c ∗ 1 ∗ 1 ∗ 1 TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • V ̣y độ lớn biến đổi của dòng điện đối v ́i tổ đấu 1 ( 3 × n ) dây theo hình ∆ -Y là lần và góc lệch dòng điện giữa dây quấn sơ và thứ cấp cũng... trị số căn bản.Điều này dữ liệu tổng trở tương đối có thể được kiểm tra nhanh cho toàn bộ sai sót v ́i những đại lượng tương đối BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG HỆ ĐƠN V TƯƠNG ĐỐI  Thêm vào đó nhà sản xuất thường xác định tổng trở của máy điện và MBA bằng hệ đơn vị tương đối Những đại lượng tương đối được tính như sau: Đại lượng thực tế Đại lượng tương... dụng hệ đơn v tương đương của MBA có thể được đơntương giản hóa.Như đối có điện áp, dòng điện, tổng trở trong v tổng trở phía những thuậnsơ lợicấp đến phía thứ cấp có thể được biểu diễn trong gì ?hệ đơn v tương đối mà kết quả tính toán giữa chúng không thay đổi Giá trị tổng trở tương đối của nhiều thiết bị điện cùng loại thường nằm trong khoảng sai khác nhỏ khi những giá trị tỉ lệ... có thể được đấu nối theo 4 cách khác nhau cơ bản là hình Y–Y, ∆-∆, Y-∆ và ∆-Y • Hình 5.6 sơ đồ nối dây trong máy biến áp 3 pha TỔ NỐI DÂY MBA 3 PHA • Tất cả các cách đấu nối này được trình bày v ́i dây quấn sơ cấp có điện áp thấp (bên trái) và dây quấn thứ cấp có điện áp cao (bên phải)  1 Kiểu: tam giác – sao Thuận lợi Có dây trung tính, có thể nối đất dây ... cuộn N1, N2 1 = N1 1 λ2 = N 2φ2 - Điện áp đầu dây quấn MBA dφm d 1 v1 = = N1 dt dt dφm d λ2 v2 = = N2 dt dt (5 .1) Sơ đồ nguyên ký làm việc MBA MÁY BIẾN ÁP PHA v1 N1 = =n Từ (5 .1) => v2 N Từ... áp và dòng điện Giả định chiều dương tuần tự của điện áp là Van, Vbn và jπ / Vcn,Vchúng ta có = nV = n ( V − V ) = ne Van = K1Van a 'n ' ab an bn K1 = 3ne jπ / Va 'n ' = K1Van Vb... cách điện Sơ đồ nguyên ký làm việc MBA MÁY BIẾN ÁP PHA Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng v o lõi thép Giữa lớp vòng dây có lớp cách điện Khi nối cuộn sơ cấp N1 v o nguồn AC có điện áp V1  dòng