Giáo trình giới thiệu tới người đọc các nội dung: Khái niệm chung về máy biến áp, cấu tạo máy biến áp, nguyên lý làm việc của máy biến áp, tổ nối dây máy biến áp, mạch từ của máy biến áp, chế độ không tải của máy biến áp. Mời các bạn cùng tham khảo.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP MÁY ĐIỆN 2008 Chương NGUYÊN LÝ MÁY BIẾN ÁP 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 2.1.1 Vai trị cơng dụng Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 2-1) Thơng thường khoảng cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, vấn đề đặt việc truyền tải điện xa cho đảm bảo chất lượng điện áp kinh tế Máy phát điện MBA tăng áp Đường dây tải điện MBA gỉam áp Hộ tiêu thụ điện Hình 2-1 Sơ đồ cung cấp điện đơn giản Giả sử hộ tiêu thụ có cơng suất P, hệ số cơng suất cos, điện áp đường dây truyền tải U, dịng điện truyền tải đường dây : P I U cos Và tổn hao công suất đường dây: P2 P R d I R d U cos2 Trong đó: Rd điện trở đường dây tải điện cos hệ số cơng suất lưới điện, cịn góc lệch pha dòng điện I điện áp U Từ công thức cho ta thấy, công suất truyền tải đường dây, điện áp truyền tải cao dịng điện chạy đường dây bé, trọng lượng chi phí dây dẫn giảm xuống, tiết kiệm kim loại màu, đồng thời tổn hao lượng đường dây giảm xuống Mặt khác để đảm bảo chất lượng điện hệ thống điện, với đường dây dài khơng thể truyền dẫn điện áp thấp Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn xa người ta phải dùng điện áp cao, thường 35, 110, 220, 500kV Trên thực tê, máy phát điện phát điện áp từ 21kV, phải có thiết bị tăng điện áp đầu đường dây Mặt khác hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0.4 10kV, cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống Thiết bị dùng để tăng điện áp đầu đường dây giảm điện áp cuối đường dây gọi máy biến áp (MBA) Như MBA dùng để truyền tải phân phối điện Nguyên lý làm việc máy biến áp dựa cơng trình Michael Faraday Ông phát tượng cảm ứng điện từ, thể chỗ cho hai cuộn dây có liên hệ từ, thay đổi dịng điện cuộn cuộn xuất sđđ cảm ứng Sđđ cảm ứng gọi sđđ biến áp cuộn dây bố trí kiểu gọi máy biến áp 2.1.2 Định nghĩa Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp nầy thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số không thay đổi 2.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Cấu tạo MBA gồm ba phận (hình 2-2): lõi thép, dây quấn vỏ máy 2.2.1 Lõi thép máy biến áp Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông, chế tạo vật liệu dẫn từ tốt, thường thép kỹ thuật điện, có bề dày từ 0,35 1 mm, mặt ngồi thép có phủ sơn cách điện ghép lại với thành lõi thép Lõi thép gồm hai phần: Trụ Gông Trụ T phần để đặt dây quấn cịn gơng G phần nối liền trụ để tạo thành mạch từ kín G T G Dây quấn cao áp T G G G T G G G Dây quấn hạ áp (a) (b) Hình 2-2 Mạch từ MBA pha a) kiểu trụ b) kiểu bọc 2.2.2 Dây quấn MBA Nhiệm vụ dây quấn MBA nhận lượng vào truyền lượng Dây quấn MBA thường làm dây dẫn đồng nhơm, tiết diện trịn hay chữ nhật, bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ thép Giữa vòng dây, dây quấn dây quấn lõi thép có cách điện Máy biến áp thường có hai nhiều dây quấn Khi dây quấn đặt trụ dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép dây quấn điện áp cao đặt bên Làm giảm vật liệu cách điện (a) (b) Hình 2-3 Dây quấn Máy biến áp (c) (d) DDây quấn MBA có hai loại : a Dây quấn đồng tâm : dây quấn đồng tâm tiết diện ngang vòng tròn đồng tâm Những kiểu dây quấn đồng tâm gồm : Dây quấn hình trụ (hình 2-3a,b), dùng cho dây quấn hạ áp cao áp; Dây quấn hình xoắn (hình 23c), dùng cho dây quấn hạ áp có nhiều sợi chập; dây quấn hình xốy ốc liên tục (hình 2-3d), dùng cho dây quấn cao áp, tiết diện dây dẫn chữ nhật b Dây quấn xem kẻ : Các bámh dây cao áp hạ áp xen kẻ dọc theo trụ thép 2.2.3 Vỏ MBA Vỏ MBA làm thép gồm hai phận : thùng nắp thùng a Thùng MBA: Trong thùng MBA (hình 2-4) đặt lõi thép, dây quấn dầu biến áp Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện tản nhiệt Lúc MBA làm việc, phần lượng tiêu hao thoát dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép phận khác nóng lên Nhờ đối lưu dầu truyền nhiệt từ phận bên MBA sang dầu từ dầu qua vách thùng môi trường xung quanh b Nắp thùngMBA: Dùng để đậy thùng có phận quan trọng sau: + Sứ dây quấn cao áp dây quấn hạ áp + Bình dãn dầu (bình dầu phụ) có ống thủy tinh để xem mức dầu + Ống bảo hiểm : làm thép, thường làm thành hình trụ nghiêng, đầu nối thông với thùng, đầu bịt đĩa thuỷ tinh Nếu lý đó, áp suất thùng tăng lên đột ngột, đĩa thuỷ tinh vỡ, khí chứa máy biến áp theo ngồi để máy biến áp khơng bị hỏng + Lỗ nhỏ đặt nhiệt kế + Rơle dùng để bảo vệ MBA + Bộ truyền động cầu dao đổi nối đầu điều chỉnh điện áp dây quấn cao áp Để hiểu rõ máy biến áp ta xem hình dáng bên ngồi máy biến áp ba pha hai dây quấn công suất 250kVA, điện áp 22/0.4kV nhà máy Thiết bị điện (hình 2-5) Hình 2-4 Máy biến áp dầu ba pha 16000kVA/110kV móc vận chuyển; 2- Sứ cao áp 110kV; Sứ trung áp 38.5kV; Sứ hạ áp 10.5kV; Ơng phịng nổ; Bình giãn dầu; 10 Thước dầu; 12- Xà ép gơng; 13 Bình hút ẩm; 16 Dây quấn cao áp; 18 Bộ lọc đối lưu; 22- Võ thùng; 23.Bộ tản nhiệt; 24 Cáp cấp điện cho động cơ; 25 Động qụat gió làm mát 26 Bộ truyền động chuyển mạch 2.2.4 Các đại lượng định mức MBA Các đại lượng định mức MBA qui định điều kiện kỹ thuật máy Các đại lượng nầy nhà máy chế tạo qui định ghi nhãn MBA Dung lượng (công suất định mức) Sđm [VA hay kVA] cơng suất tồn phần hay biểu kiến đưa dây quấn thứ cấp MBA 2- Điện áp sơ cấp định mức U1đm [V hay kV] điện áp dây quấn sơ cấp 3 Điện áp thứ cấp định mức U2đm [V hay kV] điện áp dây quấn thứ cấp MBA đầy tải điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức Chú ý: Ở Việt Nam qui định, điện áp thứ cấp định mức U2đm điện áp dây quấn thứ cấp MBA không tải điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức Có số MBA vận hành trạm chế tạo Dòng điện sơ cấp thứ cấp định mức I1đm, I2đm [A hay kA] dòng điện dây quấn sơ cấp thứ cấp ứng với công suất điện áp định mức Sâm S ; I 2âm âm U1âm U 2âm Sâm Sâm ; I 2âm 3U1âm 3U 2âm Đối với MBA pha: I1âm (2-1) Đối với MBA ba pha: I1âm (2-2) Chú ý : Nếu MBA ba pha dịng điện điện áp định mức ghi nhãn MBA dòng điện điện áp dây Tần số định mức fđm[Hz] Các MBA điện lực có tần số cơng nghiệp 50Hz Ngồi nhãn MBA cịn ghi số liệu khác : số pha m, sơ ni dõy v t ni dõy Hỗnh 2-5 MBA dáöu ba pha, hai dáy quáún 2.2.5 Các loại máy biến áp MBA điện lực dùng để truyền tải phân phối công suất hệ thống điện lực 2- MBA chuyên dùng cho lò luyện kim, cho thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn MBA tự ngẫu dùng để liên lạc hệ thống điện, mở máy động không đồng công suất lớn MBA đo lường dùng để giảm điện áp dòng điện lớn đưa vào dụng cụ đo tiêu chuẩn để điều khiển MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao MBA có nhiều loại song thực chất tượng xảy chúng giống Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, sau ta xét MBA điện lực pha hai dây quấn 2.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP Ta xét làm việc máy biến áp lí tưởng, máy biến áp có tính chất sau: - Cuộn dây khơng có điện trở - Từ thơng chạy lõi thép móc vịng với hai dây quấn, khơng có từ thơng tản khơng có tổn hao lõi thép - Độ từ thẩm thép lớn, nên dòng từ hố cần phải có để sinh từ thơng lõi thép nhỏ, bỏ qua Do stđ cần để sinh từ thông lõi thép cho không M i1 + + u1 _ i2 e1 e2 u2 _ Phụ tải Hình 2-6 Nguyên lý làm việc máy biến áp có hai dây quấn Hình 2-6 vẽ sơ đồ nguyên lý MBA pha gồm lõi thép hai dây quấn Dây quấn sơ cấp có số vịng dây N1 nối với nguồn điện áp xoay chiều đại lượng phía dây quấn sơ cấp thường ký hiệu có số kèm theo u1, i1, e1, Dây quấn thứ cấp có N2 vịng dây, cung cấp điện cho phụ tải Zt đại lượng phía dây quấn thứ cấp có số kèm theo u2, i2 , e2, Khi đặt điện áp u1 lên dây quấn sơ cấp, dây quấn sơ cấp có dòng điện i1 chảy qua, lõi thép sinh từ thơng móc vịng với hai dây quấn Từ thông cảm ứng dây quấn sơ thứ cấp sđđ e1 e2- Dây quấn thứ cấp có tải sinh dịng điện i2 đưa tải với điện áp u2- Như lượng dòng điện xoay chiều truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp Giả thử điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp hình sin, từ thơng sinh hàm số hình sin có dạng : (2-3) max sin t Theo định luật cảm ứng điện từ, sđđ cảm ứng e1, e2 sinh dây quấn sơ cấp thứ cấp MBA là: d e1 N1 N1 max sin(t 90 ) 2E1 sin(t 90 ) (2-4) dt d e2 N2 N max sin(t 90 ) 2E sin(t 90 ) (2-5) dt đó, E1, E2 trị số hiệu dụng sđđ sơ cấp thứ cấp, cho bởi: N1 max (2-6) E1 2fN1 max 4,44fN1 max N max (2-7) E2 2fN max 4,44fN max Tỉ số biến áp a MBA: E N a (2-8) E2 N2 Do giả thiết MBA lý tưởng, nên bỏ qua sụt áp gây điện trở từ thơng tản dây quấn, E1 = U1 E2 = U2 : E N U (2-9) a E2 N2 U2 Và cơng suất MBA thì: U1 I = U I Như vậy, ta có: U1 I (2-10) a U I1 Nếu số nịng N2 > N1 điện áp U2 > U1 I2 < I1 : MBA tăng áp Nếu số vịng N2 < N1 điện áp U2 < U1 I2 > I1 : MBA giảm áp Điện áp tải dòng điện thứ cấp nhân với tổng trở tải Zt: I Z U 2 t (2-11) Nên tổng trở vào ZV máy biến áp lý tưởng là: N1 U U (2-12) ZV a 2Zt I N2 I2 Mạch điện thay máy biến áp lý tưởng trường hợp trình bày hình 2-7a,b I1 U I U I Zt U a2Zt VÍ DỤ 2-1 Một máy biến áp pha có cơng suất Sđm = 15kVA, U1đm = 2400V, U2đm = 240V, f = 60Hz, tiết diện ngang lõi thép chiều dài trung bình mạch từ tương ứng 50cm2 66,7cm Khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp 2400V cường độ từ trường 450At/m từ cảm cực đại 1,5 T Xác định : a Tỉ số biến áp b Số vòng dây dây quấn c Dịng điện từ hố để sinh từ thơng lõi thép Bài giải a Tỉ số biến áp (vòng) a E1 N1 U1 2400 10 E2 N2 U2 240 b Số vòng dây dây quấn Từ thông cực đại lõi thép : max Bmax S 1,5 50.10 4 7,5.10 3 Wb Số vòng dây quấn sơ dây quấn thứ : E1 4,44fN1 max N1 N1 E1 4,44f max 2400 1201 vòng 4,44.60.7,5.10 3 N2 = N1/10 = 1201/10 = 120 vịng c Dịng điện từ hố để sinh từ thơng lõi thép Ta có cơng thức : N1I M l H cường độ từ trường N1 số vòng dây dây quấn sơ IM dịng điện từ hố l chiều dài trung bình lõi thép H Trong : Thế thơng số vào, ta dịng điện từ hố : IM H.l 450 0,667 0,25 A N1 1201 2.4 TỔ NỐI DÂY MÁY BIẾN ÁP Để MBA ba pha làm việc dây quấn pha sơ cấp thứ cấp phải nối với theo qui luật định Ngoài ra, phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp với kiểu nối dây quấn thứ cấp hình thành tổ nối dây quấn khác Hơn thiết kế MBA, việc định dùng tổ nối dây quấn phải thích ứng với kết cấu mạch từ để tránh tượng không tốt : sđđ pha không sin, tổn hao phụ tăng, 2.4.1 Cách ký hiệu đầu dây Một cuộn dây có hai đầu tận cùng: đầu gọi đầu đầu; đầu gọi đầu cuối Đối với dây quấn MBA pha : Đầu đầu đầu cuối chọn tùy ý Đối với dây quấn MBA ba pha, đầu đầu đầu cuối chọn cách thống theo chiều định Giả sử dây quấn pha A chọn đầu đầu đến đầu cuối theo chiều kim đồng hồ (hình 2-8a) dây quấn pha B C lại phải chọn Điều quan trọng không điện áp ba pha khơng đối xứng Trên hình 2-8b cho ta thấy điện áp dây pha MBA ba pha pha A ký hiệu ngược C A B C UCA A X Y A UCA Z UAB B (a) (b) Hình 2-8 Đánh dấu đầu dây MBA Để đơn giản thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta thường đánh dấu đầu tận lên sơ đồ dây quấn MBA với qui ước sau dây : Đầu tận Đầu đầu Đầu cuối Cao áp A,B,C X,Y,Z Hạ áp a,b,c x,y,z Trung áp Am,Bm,Cm Xm,Ym,Zm Trung tính hay N o hay n Om 2.4.2 Các kiểu đấu dây quấn a) Đấu hình (Y) : Đấu ba điểm cuối X,Y,Z lại với (Hình 2-9) A B B C A B C B C C A X Y X Z Y Z A Hình 2-10 Đấu tam giác Hình 2-9 Đấu hình b) Đấu hình tam giác () : Đấu điểm đầu pha nối với điểm cuối pha (Hình 2-10) c) Đấu zíc-zắc (Z) : Mỗi pha dây quấn MBA gồm hai nửa cuộn dây hai trụ khác mắc nối tiếp đấu ngược chiều (Hình 2-11) Kiểu dây quấn dùng tốn đồng nhiều hơn, loại chủ yếu gặp MBA dùng cho thiết bị chỉnh lưu A B C C c A -b a b B X Y Z Hình 2-11 Đấu Zic- Zắc 2.4.3 Tổ nối dây MBA Tổ nối dây MBA hình thành phối hợp kiểu đấu dây quấn sơ cấp so với kiểu đấu dây quấn thứ cấp Nó biểu thị góc lệch pha sđđ dây dây quấn sơ cấp sđđ dây dây quấn thứ cấp góc lệch pha phụ thuộc vào yếu tố sau : + Chiều quấn dây, + Cách ký hiệu đầu dây ra, + Kiểu đấu dây quấn sơ cấp thứ cấp Ta xét MBA pha có hai dây quấn (hình 2-12): sơ cấp AX thứ cấp ax sau Nếu hai dây quấn quấn chiều trụ thép, ký hiệu đầu dây (hai dây quấn chiều kí hiệu tương ứng hình 2-12a) sđđ cảm ứng chúng có từ thơng biến thiên qua hồn tồn trùng pha Khi đổi chiều quấn dây hai dây quấn, ví dụ dây quấn thứ cấp ax (hình 2-12b) đổi kí hiệu đầu dây hai dây quấn, ví dụ dây quấn thứ cấp ax (hình 2-12c) thí sđđ cảm ứng chúng hồn toàn ngược pha A A X E AX X a x A E AX a x E ax E AX X x a 180o 180o (a) 360o (b) E ax (c) E ax Hình 2-12 Sự lệch pha MBA pha Như tổ nối dây MBA pha: kể từ vector sđđ sơ cấp đến vector sđđ thứ cấp theo chiều kim đồng hồ: + Trường hợp hình 2-12a : góc lệch pha 360o hay 0o + Trường hợp hình 2-12b, c : góc lệch pha 180o Tổ nối dây MBA ba pha : MBA ba pha, nối Y & với thứ tự khác mà góc lệch pha sđđ dây sơ cấp thứ cấp 30o, 60o, 90o, , 360o Thực tế khơng dùng độ để góc lệch pha mà dùng kim đồng hồ (hình 2-13) để biểu thị gọi tên tổ nối dây MBA, cách biểu thị sau: + Kim dài cố định số 12, sđđ sơ cấp + Kim ngắn 1, 2, , 12 ứng 30o, 60o, , 360o sđđ thứ cấp Trường hợp MBA pha : + Trường hợp hình 2-12a : I/I-12 + Trường hợp hình 2-12b,c : I/I-6 Trường hợp MBA ba pha : + MBA ba pha nối Y/Y: Hình 2-13 Biểu thị góc lệch pha A B C EAB B EAB C a Eab c b Eab b 360o A c x a z y Y/Y -12 Hình 2-14 Tìm tổ nối dây Ví dụ MBA ba pha có dây quấn sơ dây quấn thứ nối hình sao, chiều quấn dây ký hiệu đầu dây (hình 2- 14) vector sđđ pha hai dây quấn hồn tồn trùng góc lệch pha hai điện áp dây 360o hay 0o Ta nói MBA thuộc tổ nối dây 12 ký hiệu Y/Y-12 hay Y/Y-0 Để nguyên dây quấn sơ, dịch ký hiệu dây quấn thứ ab, bc, ca ta có tổ đấu dây Y/Y-4, dịch tiếp lần ta có tổ đấu dây Y/Y-8 Nếu đổi chiều dây quấn thứ ta có tổ đấu dây Y/Y-6,10,2- Như MBA nối Y/Y có tổ nối dây số chẵn + MBA ba pha nối Y/ : A B C EAB B EAB C a b Eab c A Eab x y b c a z 330o Y/Y -11 Hình 2-15 Tìm tổ nối dây MBA nối Y/ Ví dụ MBA ba pha có dây quấn sơ nối hình dây quấn thứ nối hình tam giác, chiều quấn dây ký hiệu đầu dây (hình 2- 15) vector sđđ pha hai dây quấn hồn tồn trùng góc lệch pha hai điện áp dây 330o Ta nói MBA thuộc tổ nối dây 11 ký hiệu Y/-11 Để nguyên dây quấn sơ, dịch kí hiệu dây quấn thứ a b, b c, c a ta có tổ đấu dây Y/-3, dịch tiếp lần ta có tổ đấu dây Y/-7 Nếu đổi chiều dây quấn thứ ta có tổ đấu dây Y/-5,9,1 Như MBA nối Y/, ta có tổ nối dây số lẽ 2.5 MẠCH TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP Theo cấu tạo lõi thép người ta chia mạch từ máy biến áp thành hai loại: máy biến áp có mạch từ chung máy biến áp có mạch từ riêng Hệ thống mạch từ riêng hệ thống mạch từ mà từ thông ba pha khép mạch lõi thép riêng biệt, độc lập với Một hệ thống ba máy biến áp pha ghép lại thành máy biến áp ba pha (tổ máy biến áp ba pha) máy biến áp có hệ thống mạch từ riêng Hệ thống mạch từ chung hệ thống mạch từ mà từ thơng ba pha có đoạn chung nhau, ví dụ máy biến áp ba pha ba trụ Kết cấu hệ thống mạch từ chung kết biến đổi hệ thống mạch từ riêng Thật giả sử ta có tổ máy biến áp ba pha hình 2-6a A C B (a) (b) (c) Hình 2-16 Kết cấu hệ thống mạch từ MBA Do điện áp đưa vào máy biến áp điện áp ba pha đối xứng nên : U U 0 U A B C (2-13) Do từ thông ba pha 0 A B C (2-14) Như trụ chung trở nên khơng cần thiết ta cắt bỏ để tạo thành hệ mạch từ khơng gian (hình 2-16b) Kết cấu dùng số loại máy biến áp Để đơn giản cho việc chế tạo ta giảm bớt chiều dài gông pha có hệ thống mạch từ chung (hình 2-16c) Kết cấu mạch từ kiểu hình 2-16c khơng đối xứng Ta xét mạch từ hình 2-17a Quan niệm mạch từ mạch điện, từ thông đoạn DEda từ áp rơi đoạn A (RT + RG) với RT , RG từ trở trụ phần gông gông Tương tự từ áp rơi DbcE C (RT + RG) trụ B từ áp rơi BRT Theo định luật Kirchhoff ta có : - đoạn mạch từ DEdaD: R 2R R F F A T G B T A B (2-15) - đoạn mạch từ DbcED: R 2R R F F C T G B T C B (2-16) FA FB FC (2-17) Mặt khác: nên: 2R FA R T 2R G A G B 2R FB R T B G B 2R FC R T 2R G C G B (2-18a) (2-18b) (2-18c) B a b D C B A E d F B c FC FA C A (a) (b) Hình 2-17 nên trùng pha với Như theo (2-18b), stđ F B phụ thuộc vào B Ngược lại stđ FA FC tổng hai stđ nên không trùng pha với từ thông tương ứng (hình 2-17b), nghĩa chúng khơng đối xứng Các dòng điện tạo stđ (dòng điện từ hóa) khơng đối xứng Sự khơng đối xứng dòng điện thể rõ máy biến áp có dung lượng bé Khi cơng suất tăng khơng đối xứng giảm rõ rệt Dịng điện khơng tải trung bình số học dịng điện khơng tải pha Do dịng điện khơng tải thường (1 6)%Iđm nên không đối xứng dịng điện khơng tải thể phụ tải nhỏ 2.6 CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP Khi máy biến áp làm việc không tải, phía sơ cấp đặt vào u1, phía thứ cấp để hở mạch (hình 2-18a) Dịng điện đưa vào phía sơ cấp dịng khơng tải I0 (dịng điện kích thích) đủ để tạo ta từ thông cần cho máy biến áp làm việc bù với tổn hao từ trễ dịng điện xốy lõi thép Dịng điện khơng tải có độ lớn khoảng (1 6)%Iđm Dịng điện khơng tải gồm có hai thành phần: thành phần lõi thép cung cấp lượng bù với tổn hao lõi thép thành phần từ hóa dùng để tạo từ thông hỗ cảm M lõi thép Trong điều kiện này, máy biến áp làm việc cuộn kháng Các thành phần vẽ hình 2-18b,c Máp làm việc khơng tải tạo nên mơ hình mạch máy biến i1 = i0 K u1 ES ET Zt F1 (a) I fe I I fe + U I M Rfe _ U o jXM I M I (c) (b) Hình 2-18 Chế độ làm việc khơng tải MBA Từ mơ hình mạch ta có: I U1 Fe R fe I U1 M jX M I I I fe M (2-19) Trong đó: I – dịng điện khơng tải I – Thành phần tổn hao lõi thép fe I – Thành phần sinh từ thông M XM – điện kháng từ hố đặt trưng cho dịng điện từ hoá Rfe – điện trở đặt trưng cho tổn hao sắt lõi thép điện áp nguồn cung cấp U STĐ không tải thành phần Theo cơng thức (2-19), ta có stđ không tải: N1 I = N1 I fe + N1 I M (2-20) Thành phần stđ N1I fe không tạo từ thông hỗ cảm lõi thép Nó dùng để tạo cơng suất bù với tổn hao dịng điện xốy từ trễ lõi thép Nếu khơng có tổn hao lõi thép, thành phần N1I fe không tồn Thành phần N I gọi stđ từ hóa, dùng để tạo từ thơng hỗ cảm M lõi thép Ta tính từ thơng theo: NI M M R (2-21) Trong đó: IM – dịng điện từ hố M – từ thơng sinh thành phần từ hố dịng khơng tải R – từ trở lõi thép MBA Áp dụng định luật Kirchhoff cuộn dây sơ cấp hình 2-18a ý i1 = i0 không tải: I R E U (2-22) 1 S E U S I1 (2-23) R1 Trong đó: - điện áp nguồn đặt vào cuộn dây sơ cấp U I - dòng điện sơ cấp E S - sđđ cảm ứng cuộn dây sơ cấp R1 điện trở dây quấn sơ cấp Các tượng xẩy máy biến áp không tải phức tạp Ta xét cụ thể tượng xảy máy biến áp pha ba pha io io(t) t io Hỗnh 2-19 Doỡng tổỡ hoùa coï täøn hao Trước hết ta xét máy biến áp pha Ta đưa điện áp xoay chiều hình sin u1 = U1msint vào cuộn sơ cấp máy biến áp Trong lõi thép xuất từ thông hỗ cảm Ta có: d u1 e1 N1 (2-24) dt nên từ thơng biến thiên hình sin chậm sau điện áp u1 góc /2: (2-25) m sin(t 90 ) Quan hệ (io) quan hệ B(H) B io H Vì từ (io) (t) ta xác định io(t) hình 2-19 Như vậy, tính chất phi tuyến mạch từ, từ thơng biến thiên hình sin, dịng điện khơng tải có dạng nhọn đầu Ta phân tích dịng điện thành thành phần điều hịa bậc bậc cao: io(t) = io1(t) + io3(t) + Trong thành phần bậc cao thành phần bậc lớn Do ta nói dịng điện khơng tải khơng hình sin tồn thành phần io3 Bây ta xét trường hợp máy biến áp ba pha Khi không tải dòng điện bậc ba pha máy biến áp ba pha : io3A = Io3msin3t (2-26a) io3B = Io3msin3(t - 120 ) = Io3msin3t (2-26b) io3C = Io3msin3(t - 240 ) = Io3msin3t (2-26c) Như dịng điện khơng tải bậc ba ba pha trùng pha thời gian nghĩa thời điểm chúng chạy dây quấn pha theo chiều giống nhau, ví dụ từ đầu đến cuối dây quấn Chúng khơng tồn số cách nối dây a Máy biến áp nối Y/Y: Do dây quấn sơ cấp nối Y nên thành phần bậc ba không tồn Như ta nói dịng điện khơng tải có dạng hình sin Theo quan hệ (io) io(t) ta thấy (t) có dạng khơng sin(bằng đầu) Từ thơng khơng sin phân tích thành thành 1 phần bậc thành phần bậc cao khác 3 thành phần bậc ba lớn Trong tổ máy biến áp ba pha từ thông bậc ba khép mạch mạch từ riêng biệt nên có trị số tương đối lớn, tới (15 e=e1+e3 20)%đm Từ thông bậc e3 e1 bậc ba cảm ứng s.đ.đ vượt trước chúng góc /2 (hình 2-20) Trị số s.đ.đ bậc ba lớn tới (45 60)%E1 Như s.đ.đ tổng máy có dạng nhọn đầu Sự tăng s.đ.đ khơng có li v nhiu trng hp gõy Hỗnh 2-20 Tổỡ thäng vaì sââ nguy hiểm cho cách điện täø mba ba pha näúi Y/Y máy biến áp Vì tổ máy biến áp ba pha không dùng phương pháp nối Y/Y Mặc dù điện áp pha biến đổi nhiều điện áp dây hình sin nối Y s.đ.đ dây bậc ba bị triệt tiêu Trong máy biến áp ba pha ba trụ tượng có khác Từ thông bậc ba pha pha nên khép mạch qua lõi thép máy biến áp mà phải khép mạch qua vách thùng dầu có từ trở lớn nên trị số tương i nh (hỡnh 221) Hỗnh 2-21 Tổỡ thọng bỏỷc ba li thẹp mba näúi Y/Y Kết từ thơng coi hình sin nghĩa sđđ pha hình sin Tuy nhiên từ thơng bậc ba có tần số 3f sinh dịng điện xốy có tần số 3f thùng máy biến áp, bu lông ghép tổn hao công suất máy biến áp tăng Ngồi dịng điện bậc gây nhiễu cho đường dây thông tin b Máy biến áp nối /Y Khi dây quấn sơ cấp nối dịng điện bậc ba có chiều nên khép kín tam giác Như dịng điện khơng tải khơng sin từ thơng hình sin nghĩa tránh tượng bất lợi nối Y/Y c Máy biến áp nối Y/ Ở tình trạng khác với nối /Y Do dây quấn sơ cấp nối Y nên dịng điện khơng có thành phần bậc ba đường cong từ thơng có dạng đầu Thành phần từ thơng bậc ba 3 cảm ứng pha dây quấn thứ cấp s.đ.đ bậc ba e23 Do dây quấn thứ cấp nối tam giác kín mạch nên pha có dịng điện bậc ba i23 chạy qua Dịng điện tạo từ thông chống lại nguyên nhân sinh từ thơng 3 máy giảm Vậy nối Y/ nối /Y bảo đảm cho máy tránh tượng bất lợi sinh từ thông s.đ.đ bậc ba Sau ta mở rộng kết luận cho trường hợp máy biến áp làm việc với phụ tải Trong số trường hợp người ta muốn dùng cách nối Y/Y mà khơng muốn có tượng bất lợi người ta đặt thêm máy cuộn dây thứ ba nối tam giác Cuộn dây triệt tiêu tượng bất lợi máy biến áp nối Y/Y .. .Chương NGUYÊN LÝ MÁY BIẾN ÁP 2 .1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 2 .1. 1 Vai trị cơng dụng Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 2 -1 ) Thơng... Như vậy, ta có: U1 I (2 -1 0 ) a U I1 Nếu số nịng N2 > N1 điện áp U2 > U1 I2 < I1 : MBA tăng áp Nếu số vịng N2 < N1 điện áp U2 < U1 I2 > I1 : MBA giảm áp Điện áp tải dòng điện thứ cấp nhân với... 2 t (2 -1 1 ) Nên tổng trở vào ZV máy biến áp lý tưởng là: N1 U U (2 -1 2 ) ZV a 2Zt I N2 I2 Mạch điện thay máy biến áp lý tưởng trường hợp trình bày hình 2-7 a,b I? ?1 U