Tóm tắt lý thuyết Máy điện PHẦN MÁY BIẾN ÁP Chương I: Cấu tạo, nguyên lý làm việc máy biến áp Định nghĩa: Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp (còn gọi hệ thống sơ cấp) thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác (còn gọi hệ thống thứ cấp) có tần số *) Vai trò MBA hệ thống điện lực: truyền tải phân phối điện không biến đổi lượng Nguyên lý làm việc: Dựa vào định luật cảm ứng điện từ Khi đặt điện áp xoay chiều u vào dây quấn sơ cấp dây quấn có dịng i1 Dịng i1 sinh từ thơng móc vịng với dây quấn (1) (2) Theo định luật cảm ứng điện từ dây quấn xuất sức điện động e1 e2 Nếu máy biến áp có tải dây quấn thứ cấp có dịng i2 Dịng i1 i2 tạo từ thơng tổng máy biến áp đầu cực cuộn dây thứ cấp xuất điện áp u2 Giả sử: = m.sint e1 = - W1 d = - W1.. m.cost = W1.. m.sin (t - ) = dt Với: E1 = W1 . m 2f1 W1 m Tương tự: e2 = - W2 d = dt Với: E2 = W2 . m = 4,44.W1.f. m E1 sin t (1) 2 (2) E sin t 2 = 4,44.W2.f. m (3) (4) 4,44.W1 f m W1 U I E1 E 4,44.W2 f m W2 U I Các đại lượng định mức Dung lượng định mức Sđm (KVA); Điện áp định mức U1đm/U2đm (KV); Dòng điện định mức I1đm (KA, A); I2đm (KA, A)… Phân loại MBA *) Phân theo công dụng: - Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải phân phối điện hệ thống điện lực - Máy biến áp tự ngẫu: Biến đổi điện áp phạm vi không lớn dùng để mở máy động điện xoay chiều - Máy biến áp chuyên dùng: Là loại máy biến áp dùng lĩnh vực định: máy biến áp hàn, máy biến áp chỉnh lưu, máy biến áp cao tần - Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm áp dòng điện lớn đưa vào dụng cụ đo - Máy biến áp thí nghiệm: Dùng để thí nghiệm điện áp cao *) Phân loại theo phương pháp làm mát: - Máy biến áp kiểu lõi: Có dây quấn bao quanh lõi thép - Máy biến áp kiểu vỏ (bọc): Có phần mạch từ bao quanh phần dây quấn - Máy biến áp dầu: Làm mát dầu - Máy biến áp khơ: Làm mát khơng khí *) Phân loại theo số pha số trụ: - Máy biến áp pha, pha, nhiều pha *) Tỷ số biến đổi: K Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tóm tắt lý thuyết Máy điện - Máy biến áp pha trụ, pha trụ - Máy biến áp dây quấn, dây quấn, nhiều dây quấn Cấu tạo máy biến áp: Gồm phận *) Lõi thép (mạch từ): Chủ yếu ghép từ thép kỹ thuật dày từ (0,3 ÷1) mm, ghép rời ghép xen kẽ Hình dạng thép hình chữ I, U, E, T … Phần mạch từ có quấn dây gọi trụ, phần khơng quấn dây gọi gông, tiết diện trụ gơng thường có dạng hình bậc thang nội tiếp hình trịn *) Dây quấn (mạch điện): Chủ yếu đồng nhơm, có tiết diện trịn hình chữ nhật Có nhiều loại dây quấn như: Dây quấn đồng tâm, dây quấn xen kẽ (Dây quấn hình trụ, dây quấn hình xoắn (dây quấn ghép), dây quấn xoắn ốc liên tục…) *) Vỏ máy phận khác: Gồm vỏ máy, thùng nắp thùng, hệ thống làm mát, sứ đầu Chương II Tổ đấu dây mạch từ máy biến áp Chuyên đề 1: Tổ nối dây máy biến áp Định nghĩa: Tổ nối dây MBA hình thành phối hợp kiểu dây quấn Sơ cấp thứ cấp Nó biểu thị góc lệch pha sức điện động dây dây quấn sơ cấpvà dây quấn thứ cấp tên Các yếu tố ảnh hưởng tới tổ nối dây +Chiều quấn dây + Cách ký hiệu dầu dây +Kiểu đấu dây quấn sơ cấpvà thứ cấp Các quy ước xác định tổ nối dây + Khi vẽ véc tơ sức điện động pha vẽ từ đầu cuối đến đầu đầu + Sử dụng quy tắc kim đồng hồ để xác định tổ nối dây, quy tắc véc tơ sức điện động dây phía sơ cấpcoi kim phút, ln vào số 12, cịn véc tơ sức điện động dây phía thứ cấp coi kim giờ, vào số ta số tổ nối dây Cách xác định tổ nối dây *) Bài toán thuận + Vẽ hệ thống véc tơ sức điện động phía sơ cấp + Căn vào cách ký hiệu đầu dây MBA, vẽ hệ thống véc tơ sức điện động phía thứ cấp + Xác định cặp véc tơ s.đ.đ dây phía sơ cấp thứ cấp + Tịnh tiến véc tơ s.đ.đ dây phía thứ cấp gốc với véc tơ sức điện động dây phía sơ cấp + Dùng quy tắc kim đồng hồ, xác định tổ nối dây *) Bài tốn ngược + Căn vào kiểu đấu dây phía sơ cấp, vẽ h.thống véc tơ sức điện động sơ đồ đấu dây phía sơ cấp + Căn vào tổ đấu dây, xác định cặp véc tơ sức điện động dây phía sơ cấp thứ cấp + Tịnh tiến véc tơ sức điện động dây phía thứ cấp điểm gốc riêng, xác định đầu mút véc tơ sức điện động pha phía thứ cấp + Căn vào kiểu đấu dây phía thứ cấp, xác định véc tơ sức điện động pha phía thứ cấp + Dựa vào hệ thống véc tơ vẽ sơ đồ đấu dây phía thứ cấp Chuyên đề 2: Mạch từ máy biến áp Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tóm tắt lý thuyết Máy điện Các dạng mạch từ máy biến áp: Hệ thống mạch từ riêng (tổ máy biến áp pha), hệ thống mạch từ chung; mạch từ kiểu lõi, mạch từ kiều bọc… Các tượng xảy từ hóa mạch từ a) Xét máy biến áp pha - Khi có điện áp hình sin u1 đặt vào dây quấn sơ cấp sinh dịng khơng tải i0 chạy i0 sinh từ thông chạy lõi thép Nếu bỏ qua điện áp rơi điện trở dây quấn ta có: u = - e = W d Nghĩa từ thơng sinh biến thiên hình sin theo thời gian: dt = m.sint - Dịng khơng tải gồm hai thành phần: + I0x thành phần phản kháng để từ hoá lõi thép tạo nên chiều với + I0r vuông góc với I0x gây nên tổn hao sắt từ lõi thép: I0 = I 20 x I 20 r Thực tế nhỏ I0x I0 *) Nếu khơng kể đến tổn hao lõi thép dịng i0 dịng phản kháng để từ hố lõi thép i0= i0X Do quan hệ = f(i0) quan hệ từ hố B = f(H) Do tượng bão hoà lõi thép hình sin i0 khơng sin mà có dạng nhọn đầu trùng pha với Ta phân tích i0=i01+ i03+ i 05+ i 07+… i01+ i03 *) Nếu kể đến tổn hao lõi thép quan hệ (i0) quan hệ từ trễ B(H) Khi i0 có dạng nhọn đầu vượt trước góc gọi góc tổn hao từ trễ, phụ thuộc vào tổn hao từ trễ lõi thép b) Xét Máy biến áp pha - Khi không tải xét pha riêng lẻ dịng bậc pha: i03A = I03m sin3t i03B = I03m sin3(t – 120 0) = I03m sin3t i03C = I03m sin3(t – 240 0) = I03m sin3t Trùng pha thời gian, song dạng sóng phụ thuộc vào kết cấu mạch từ cách đấu dây quấn *) Trường hợp máy biến áp nối Y/Y: Vì dây quấn sơ cấp nối Y nên thành phần dịng bậc khơng tồn i0 có dạng hình sin từ thơng sinh có dạng vạt đầu: = + + + +… + - Đối với tổ máy biến áp pha MBA pha trụ: Vì mạch từ pha riêng rẽ nên 3 pha dễ dàng khép mạch 1 Trong dây quấn sơ cấp thứ cấp sức điện động e1 sinh chậm sau 1 900 cịn có e3 tạo chậm sau 90 Sức điện động tổng pha: e = e1 + e3 có dạng nhọn đầu (biên độ tăng vọt lên) gây nguy hiểm cho cách điện dây quấn hư hỏng thiết bị đo lường Vì thực tế người ta không dùng kiểu đấu Y/Y cho tổ máy biến áp pha - Đối với máy biến áp pha trụ: Từ thông chiều trụ thép thời điểm nên chúng khép mạch từ trụ sang trụ mà bị đẩy khép mạch từ gông sang gông qua không khí dầu mơi trường có từ trở lớn 3 không lớn mạch từ hình sin, nghĩa sức điện động pha thực tế hình sin Tuy nhiên đập mạch với tần số 3f qua vách thùng, gây nên tổn hao phụ làm hiệu suất máy biến áp giảm Phương pháp đấu Y/Y áp dụng cho máy biến áp pha trụ với dung lượng 5600KVA *) Máy biến áp pha nối /Y: Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tóm tắt lý thuyết Máy điện Dây quấn sơ cấp nối nên dịng i03 khép kín tam giác đó, dịng từ hố có dạng nhọn đầu e1, e2 hình sin nên khơng có bất lợi trường hợp *) Máy biến áp pha nối Y/: 3Y Do dây quấn sơ cấp nối Y nên dịng từ hố khơng có thành phần bậc có dạng vạt đầu nghĩa tồn thành phần 3Y Từ thông cảm ứng dây quấn thứ cấp '3 E 23 sức điện động bậc e23 chậm sau 3Y góc 900 e23 gây dịng bậc mạch vòng thứ cấp nối i23 Vì điện kháng dây quấn lớn nên i23 chậm sau e23 góc 90 i23 sinh từ thông thứ cấp 3 gần trùng pha với i23 I ( 3) 23 gần ngược pha với 3Y từ thông tổng bậc lõi thép 3 = 3Y + 3 sức điện động pha gần hình sin Tóm lại: Khi máy biến áp làm việc không tải cách đấu Y/ hay /Y tránh tác hại từ thông sức điện động điều hoà bậc Chương III Các quan hệ điện từ máy biến áp Hệ phương trình cân MBA sau quy đổi Các đại lượng quy đổi Do tiến hành quy đổi dây quấn sơ cấp nên ta có: W2' U1 E1 I1 (r1 jx1 ) = W1 E1 = E '2 + E 2' K E ; U 2' K U + I 2' I K ' + r2 K r2 ; x2' K x2 ; Z 2' K Z U 2' E 2' I2' (r2' jx2' ) I1 I0 ( I2' ) E1 E 2' Mạch điện thay hình T MBA E1 Đồ thị véc tơ MBA *) Ý nghĩa đồ thị véc tơ: Cho thấy rõ quan hệ dòng, áp mạch sơ thứ cấp MBA trị số, góc pha, đồng thời thấy thay đổi chúng với phụ tải khác *) Cơ sở: Dựa vào mạch điện thay hệ phương trình cân sau quy đổi MBA *) Cách vẽ đồ thị véc tơ sau: theo chiều dương trục hồnh - Đặt véc tơ từ thơng góc nhỏ - Vẽ véc tơ dịng khơng tải I0 vượt trước Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tóm tắt lý thuyết Máy điện góc 900 - Vẽ véc tơ sức điện động E E 2' chậm sau - Căn vào tính chất tải xác định góc pha I2' U 2' - Dựa vào phương trình vẽ nốt véc tơ lại *) Đồ thị véc tơ Trường hợp tải dung (R-C) Trường hợp tải cảm (R-L) Xác định tham số MBA thí nghiệm *) Thí nghiệm khơng tải : + Phía sơ cấp đặt điện áp U1= U1đm + Phía thứ cấp hở mạch (i2=0) - Bằng thí nghiệm không tải ta xác định thông số giản đồ thay máy biến áp không tải: Z0 = Z1 + Zm ; r0 = r1 + rm ; x0 = x1 + xm - Thông thường máy biến áp điện lực: r1 x1