giáo trình máy điện, phần một máy biến áp

Phần I.Máy biến áp I.Quá trình biến đổi điện từ máy biến áp 1.Nguyên lý làm việc máy biến áp pha -Khi nối cuộn dây sơ cấp với điện áp bên U1 cuộn sơ cấp xuất dòng điện chạy cuộn dây sinh từ thông khép kín mạch từ máy biến áp Cảm ứng cuộn sơ cấp, thứ cấp sdd e 1, e2 Theo định luật cảm ứng điện từ nối thứ cấp Z t sinh dpngf điện I2 sinh từ thông Từ trờg tổng là: = i1 + i2 = msinwt theo định luật cảm ứng điện từ ta có: d d e1 = dt = W dt = -wW1.msin(wt - /2) e2 = d dt = W Có E1 = W1.w E2 = W2.w m d dt m = -wW2msin(wt - /2) = 2f.W1 = 2fW2 m m = 4,44fW1m = 4,44fW2m e1 = -E1 sin(wt - /2) e2 = -E2 sin(wt - /2) Nếu ta coi điện áp rơi dây quấn máy biến áp nhỏ ta có: U1 E1, U2 E2 E1 E2 = => hệ số máy biến áp hay => số vôn cảm ứng cuộn sơ cấp= số vôn cảm ứng cuộn thứ cấp Các loại từ trờng máy biến áp Hoạt động máy biến áp: Năng lợng điện=> lợng từ trờng => lợng điện -Từ trờng : từ trờng trực tiếp tham gia vào trình buến đổi lợng (khép kín mạch từ ) - Từ trờng tản ;ko tham gia vào trình bién đổi lợng ,chạy bên cuộn dây 3.Các phơng trình máy biến áp Giả thiết dồng điện điêni dung chạy qua lớp cách điện vòng dêy cuộn dây đất nhỏ ( tần số làm việc lới điện nhỏ ) - Tải máy biến áp đối xứng , cần xét pha - Mạch từ ko có bão hoà , độ từ thẩm loĩo thép lớn - ko tính đến tổn hao dòng xoáy từ trễ sinh * Ký hiệu L11 ,L22 lần lợt điện cảm dây sơ cấp thứ cấp L12=L21 =M : hỗ cảm cuộn thứ cấp cuộn sơ cấp L1,L2 lần lợt điện cảm tản cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp a.Hệ phơng trình cân điện áp máy biến áp luồng từ thông móc vòng sinh suất điện động cảm ứng e , e2 sinh ; d d e = e = dt ; dt mà ta có 1= i1L11+i2L21 1 di di L 21 dt dt e1 = L 11 tơng tự di di L 12 dt dt e = L 22 Luồng từ thông tản , móc vòng với cuộn dây W ,W2 tạo thành suất điện động e = d di1 = L dt dt e = L di dt Viết phơng trình KI, KII ta có: U1+e1+e1=i1r1 e2+e2=U2+i2r2 Phơng trình thuện tiện xét trình độ Gọi: L1=L11+L1 , L2=L22+L2 điện cảm toàn phần W1 ,W2 chế độ xác lập: U1= -E1+E1+i1r1 U2=E2+E2-i2r2 b Hệ phơng trình cân dòng điện Do từ thông = const => U1~E1~ , U2~E2~ (vì U1, U2=const => =const) có dòng i1,i2 = sinh sức từ động i11 , i22 => tạo sức từ động tổng => sinh => i1w1+i2w2=i0w0 i = i1 + i K i0 dòng từ hoá máy biến áp đặc trng cho công suất phản kháng cần thiết để biến đổi nl sang trờng khác (điện trờng sang từ trờng ) Nếu ko xét đến bão hoà mạch từ từ trễ dòng xoáy có thẻ coi số hạng phơng trình biến thiên theo hình sin dới dạng phức i1 = i i K Nh dòng điện I1 chạy cuộnn sơ cáp gồm hai thành phần I tạo nên từ thông chạy lõi thép , (-I2/K) để bù klại tác dụng cuộn thứ cấp có tải I2 thuộc vào tải máy biến áp I0=I1 hở mạch Sơ đồ thay máy biến áp từ phơngtrình cânbằng điện áp , sức từ động mô tả máy biến áp nh mạch điện vơi quan hệ điện từ dẫn đến xác định sơ đồ thay cho máy biến áp a.Quy đổi máy biến áp Vì W1 W2 , E1E2 gây khó khăn cho việc khảo sát máy biến áp nên ta quy đổi với cuộn dây W1W2 ,thành W1=W2' * Quy đổi cuộn dây W2 -> W1 k=W1/W2 => W2'= kW2 = W1 ->E2'=E1=kE2 , U2' =kU2 I2' quy đổi cho công suất toàn phần cuộn thứ cấp ko thay đổi E2I2=E2'I2' => E2I2/E2'= I2/k * quy đổi r2'; nguyên tắc tổn hao dây cuộn sơ cáp ko đổi I2'2r1'=I12r2 =>r2'=r2k2 X2' : nguyên tắc điện kháng tỷ lệ với bình phơng số vòng W 2' =kW2 => X2'= k2X2 ta có Z2'= r2' +jX2'= k2(r2+jX2) Z2'=k2Z2 => Zt'=k2Zt b Hệ phơng trình máy biến áp sau quy đổi nh sau ; U1=-E1 +I1Z1, Z1= R1+jX1 U2'= E2-I2'Z2 I0=I1+I2' =>I1=I0-I2' c Sơ đồ mạch điện thay nh sau Tơng ứng với phơng trình máy biến áp đợc quy đổi Sơ đồ máy biến áp quy đổi có dạng sau : Mỗi cuộn dây sơ cáp thứ cấpgồm hai cuộn dây nhỏ mắc nối tiếp cuộn lõi thép ko có luồg từ thông tản ko có tổn hao dòng xoáy từ trễ, cuộn lại ko có lõi thép , gồm có điện trở điện kháng tơng ứng với điện trở cuộn dây điện khánh tản cuộn dây Vì W1=W2', E1=E2' => hai cuộn dây chập làm dòng cuộn dây I0=I1+I2' Quan hệ E1=f(I9) -E1=I0Zm=I0(rm+jXm) zm ,rm Xm : mạch từ hoá Xm=(M+L11) Z1=r1+jX1 , Z2'=r2'+jX2' Do Zm >>Z1,Z2'=> I0->0 d.Đồ thị véc tơ máy biến áp: Đợc xác định hệ phơng trình cân giá trị quy đổi cho phép phân tích trạng thái làm việc máy biến áp nh góc lệch pha đại lợng U, I, E, , *Tải tính chất điện cảm R+L Đặt véc tơ m theo chiều dơng trục hoành, dòng điện không tải I sinh vợt trớc góc suất điện động E1 E2' = E1 m sinh chậm sau 900 Vì tải có tính chất điện cảm I2 chậm pha sau suất điện động E2' góc với = arctg[(xt'+x2')/(rt'+r2)] Ta có I0 = I1 + I2'; U2' = E2 - (r2+jx2').I2' -> trờng hợp I2' chậm pha sau U2' góc *Tải điện dung: 5.Phơng pháp xác định tham số máy biến áp a.Thí nghiệm không tải(sơ đồ véc tơ giống I2' = ); Z0=U1/I0; r0=P0/I02; x0= (z2-r02); K = U10/U20; i0%=I0/I1đm.100%; Tổn hao không tải tiêu quan trọng thiết kế nh vận hành( thờng Z1 Mc n>0 s giảm dần, roto quay nhanh dần Khi Mq = Mc n = nđm *Khi tải tăng Mc tăng, Mđt - Mc < n quay chậm lại hệ số trợt s tăng E2s, I2 tăng làm cho mđt tăng tăng mômen giảm vận tốc quay n tiếp tục M = Mc *Khi giảm tải Mđt - Mc > quay nhanh s giảm E2S, I2, giảm Mđt giảm theo Sự tăng giảm diễn M = Mc Điều kiện làm việc ổn định động 1, 2, chế độ xác lập động Điểm 1: tác nhân gây nên làm cho roto quay nhanh hơn, n tăng lúc s giảm sMđt gia tốc động âm buộc phải quay chậm lại trở vânj tốc ban đầu ngợc lại (tăng tải n giảm s tăng McMc quay nhanh trở -Nếu n giảm s tăng M