Giáo trình bài tập bdnldc baigiang2

Biến đổi lượng điện -Máy biến áp Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Giới thiệu  Biến đổi lượng điện từ mạch điện sang mạch điện khác thông qua từ trường biến thiên  Ứng dụng: lĩnh vực điện thông tin  Trong truyền tải, phân phối ứng dụng lượng điện: tăng áp hay giảm áp với tần số không đổi (50/60Hz), từ vài trăm W tới hàng trăm MW  Trong thông tin, MBA dùng để phối hợp trở kháng, cách ly DC, thay đổi mức điện áp công suất nhỏ với dải tần số rộng  Nội dung môn học đề cập đến máy biến áp (MBA) công suất Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện MBA lý tưởng  Xét lõi thép có quấn cuộn dây hình vẽ Bỏ qua tổn hao, từ thông tản  i1 + v1 – i2 + N1 N2  Độ thẩm từ vô hay từ trở d v1 t   N dt d v t   N dt  v1 t  N1  a v2 t  N a gọi tỉ số dây quấn  Tổng stđ mmf mmf  N1i1  N i2  R  i1 t  N2    i2 t  N1 a Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện v2 – MBA lý tưởng (tt) v1 N1  a v2 N i1 i1 N2   i2 N1 a v1 t i1 t   v2 t i2 t   v1 N1  a v2 N Ideal + + v1 v2 – – N1:N2 i1 i1 N   i2 N a v1 t i1 t   v2 t i2 t  Ideal + v1 v2 – – N1:N2 Biến đổi lượng điện  i2 +  Với MBA lý tưởng L2 i1 v2 k 1    i2 v1 a L1 i2 L1 N 22  L2 N 12 Bộ môn Thiết bị điện Đặc tính thay đổi trở kháng MBA lý tưởng  Xét MBA lý tưởng với tải trở mắc cuộn dây v2  Theo định luật Ohm,  RL i2  Thay v  v1 a i2  ai1 i1 +  N2  v1  RL  a R L   i1  N1  Lý tưởng i2 + v1 v2 – – N1:N2  Mở rộng cho trường hợp tải tổng quát 2 V1  N  V2  N    Z L  a Z L     I1  N1  I  N1  Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện RL Phối hợp trở kháng  Tính chất thay đổi trở kháng dùng để tối ưu công suất truyền cuộn dây, hay gọi phối hợp trở kháng  Một MBA lý tưởng đặt nguồn điện (trở kháng Zo) tải (trở kháng ZL) Tỉ số vòng dây chọn cho Z o  N N  Z L  VD 3.7: Hai MBA lý tưởng (mỗi MBA có tỉ số 2:1) điện trở R dùng để tối ưu công suất truyền đi, Tìm R Tải trở  kết hợp với R qui phía đầu vào (R + 4(2)2)(2)2 Để tối ưu công suất, Biến đổi lượng điện 100   R  16   R9  Bộ môn Thiết bị điện MBA công suất  Hai cuộn dây quấn lõi từ, để cực tiểu từ thông tản Cuộn sơ cấp có N1 vòng nối với nguồn điện, cuộn thứ cấp có N2 vòng nối với tải  Trường hợp MBA lý tưởng: từ thông tản, bỏ qua điện trở cuộn dây, lõi từ có độ thẩm từ vô cùng, tổn hao  Cho v1(t) = Vm1cost điện áp đưa cuộn sơ cấp, ta Vm1  2fN 1 max Biến đổi lượng điện hay V1  4.44 fN 1 max Bộ môn Thiết bị điện Một số hình ảnh MBA MBA loại nhỏ Điều khiển 10 kV, MBA dầu Biến đổi lượng điện pha loại nhỏ Đúc nhựa tổng hợp 110 kV, dầu 500 kV, dầu Bộ môn Thiết bị điện Ví dụ  VD 3.8: Cho N1, N2, tiết diện lõi, chiều dài trung bình lõi, đường cong B-H, điện áp vào Tìm mật độ từ thông cực đại, dòng từ hóa cần thiết V1  4.44 fN 1 max Ta được,  max V1  230 V, f  60 Hz, N  200 230   4.32  10 3 webers 4.44  60  200 3 32  10 Suy ra, Bm   0.864 webers/m 0.005 Ta H m  0.864  300  259 At/m , giá trị đỉnh dòng từ hóa (259)(0.5)/200 = 0.6475 A Dó đó, Irms = 0.46 A dòng từ hóa phía sơ cấp Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Mạch điện tương đương MBA có lõi tuyến tính  Trường hợp MBA có xét từ thông tản điện trở cuộn dây Thông số phía thứ cấp nhân với hệ số a (= N1/N2) i2 thay i2/a, Mạch tương đương MBA, i1 R1 i2 + + v1 v2 – – N1:N2 L1 – aM a2R2 a L2 – aM + RL v1 + i1 aM i2/a – av2 a RL –  L1 – aM điện cảm tản cuộn dây 1, a2L2 – aM điện cảm tản cuộn qui phía cuộn aM điện cảm từ hóa, dòng điện qua gọi dòng từ hóa Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Mạch điện tương đương MBA có lõi tuyến tính (tt)  Tổn hao lõi từ gây tượng từ trễ dòng điện xóay Những tổn hao khó để phân tích tính toán, chúng phụ thuộc vào giá trị Bm Một điện trở đặt song song với điện cảm từ hóa aM để đại diện cho tổn hao i1 R1 L1 – aM a2R2 a L2 – aM + v1 Ideal + Rc1 – (aM)1 i2 + av2 v2 – – RL N1:N2  Tải RL, điện áp dòng tải qui đổi phía thứ cấp để dạng MBA lý tưởng Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện MBA trạng thái xác lập  Ở xác lập, trở kháng vector pha dùng mạch tương đương jxl1 R1 + V1 a2R2 I1 I2 a Rc1 – jXm1 ja2xl2 + I2 + aV V2 – – Ideal ZL N1:N2 Trong  L1  aM   xl1   aM   X m1   L2  M a   xl   a L2  aM   a xl  Biến đổi lượng điện Điện kháng tản cuộn Điện kháng từ hóa qui đổi cuộn Điện kháng tản cuộn Điện kháng tản cuộn qui đổi phía Bộ môn Thiết bị điện MBA trạng thái xác lập (tt)  Tất đại lượng qui đổi phía cuộn jxl1 R1 + I1 + I2 a Rc1 V1 ja2xl2 a2R2 a ZL jXm1 – aV –  Hoặc chúng qui đổi phía cuộn jxl1/a2 R1/a2 + V1 a – Biến đổi lượng điện a I1 jxl2 R2 + I2 Rc1/a2 jXm1/a2 ZL V2 – Bộ môn Thiết bị điện Mạch điện tương đương  Nhánh từ hóa làm việc tính toán trở nên khó khăn hơn, nhánh di chuyển phía cuộn 1, ta mạch tương đương gần R1 + jxl1 a2R2 I1 a 2ZL jXm1 – I1 – Biến đổi lượng điện aV2 – R1eq V1 Rc1 + I2 a V1 Rc1 + ja2xl2 jx1eq I2 a jXm1 a 2ZL + aV2 – R1eq  R1  a R2 x1eq  xl1  a xl Bộ môn Thiết bị điện Thí nghiệm không tải ngắn mạch MBA  Các thông số mạch tương đương xác định thí nghiệm đơn giản: thí nghiệm không tải thí nghiệm ngắn mạch  Với MBA công suất, cuộn dây gọi cuộn cao áp HV hạ áp LV A I oc W Voc Voc V Rc LV Thí nghiệm không tải Biến đổi lượng điện IR IX Xm HV Mạch tương đương không tải Bộ môn Thiết bị điện Thí nghiệm không tải  Thiết bị đo đặt phía hạ áp, cuộn cao áp hở mạch Điện áp định mức cấp cho cuộn hạ áp Đo Voc, Ioc, Poc Voc2 Rc  Poc Ta được, Voc IR  Rc I oc  I R  I X I X  I oc2  I R2 Voc Xm  IX I oc Voc IR Rc  Rc Xm giá trị qui đổi hạ áp Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện IX Xm Thí nghiệm ngắn mạch  Thiết bị đo đặt phía cao áp Dòng định mức cấp cho cuộn cao áp Đo Vsc, Isc, Psc A I sc W Req Xeq Vsc Vsc V HV Psc Req  I sc Z eq LV Vsc  I sc X eq  Z eq2  Req2  Req Xeq qui đổi phía cao áp Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Ví dụ  VD 3.9: Cho thông số thí nghiệm không tải ngắn mạch Tìm thông số mạch tương đương qui đổi phía cao áp Từ thí nghiệm không tải Rc  220   50 I X  12  0.227  0.974 A 220  0.227 A  968  I R  968 220 Xm   225.9  0.974 Từ thí nghiệm ngắn mạch 60 Req   0.2076  17  15 Z eq   0.882  17 X eq  0.882  0.2076  0.8576  Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Hiệu suất độ thay đổi điện áp  Hiệu suất định nghĩa tỉ số công suất với công suất vào Pout Pout Pout   100%  100% Pout  Pc  Pi Pin Pout  losses Các tổn hao gồm tổn hao đồng Pc tổn hao sắt Pi  Nếu biết công suất vào, Pin  Pc  Pi   100% Pin  Độ thay đổi điện áp Vno load  Vload % voltage regulation  100% Vload Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Bài tập  Bài tập 3.22 3.23 Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện [...]... và tổn hao sắt Pi  Nếu biết công suất vào, Pin  Pc  Pi   100% Pin  Độ thay đổi điện áp Vno load  Vload % voltage regulation  100% Vload Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Bài tập  Bài tập 3.22 và 3.23 Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện ... load  Vload % voltage regulation  100% Vload Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Bài tập  Bài tập 3.22 3.23 Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện ... Thiết bị điện Ví dụ  VD 3.8: Cho N1, N2, tiết diện lõi, chiều dài trung bình lõi, đường cong B-H, điện áp vào Tìm mật độ từ thông cực đại, dòng từ hóa cần thiết V1  4.44 fN 1 max Ta được,