Bài giảng Kỹ thuật điện B: Chương 4 cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm, cấu tạo máy biến áp, nguyên lý làm việc của máy biến áp, máy biến áp 3 pha tổ nối dây, các phương trình cơ bản của MBA,... Mời các bạn cùng tham khảo.
CHƯƠNG MÁY BIEN MAY BIẾN Á AP P 4.1 KHÁI NIỆM 1/ Đònh nghóa Máy biến áp thiết bò từ tónh, làm việc theo nguyên lý cảm ưng cam ứng điện tư, từ dung dùng đe để bien biến đoi đổi hệ thong thống dong dòng điện xoay chiều điện áp (U1, I1, f) thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác(U2, I2, f), với tần số không thay đổi Cuộn dây (1) có số vòng W1, nối với lưới có điện áp u1, gọi dây quan day quấn sơ cap cấp φ i1 u1 Hai cn d©y cïng đợc quấn lõi sắt (3) i2 W1 W2 u2 Cuộn dây (2) có số vòng ò W2 l cuộn ộ dây thứ cấp Zt Zt l phụ tải biÕn ¸p 4.1 KHÁI NIỆM 2/ Cac Các đạ đaii lượ lương ng đònh mưc mức Các đại lượng đònh mức máy biến áp nhà sản xuất qui đònh cho may máy co có kha khả nang lam làm việc lau lâu dà daii va tot tốt nhat Ba đạ đaii lượng đònh mức : a)) Điệän áp đònh ò mức : - Điện áp sơ cấp đònh mức U1đm (V,KV): điện áp qui đònh cho dây quấn sơ cấp - Điện áp thứ cấp đònh mức U2đm (V,KV): điện áp đo cực dây quấn thứ cấp dây quấn thứ cấp hở mạch (chưa đấáu tải) điện áp đặt vào dây quấán sơ cấáp đònh mức Với : Máy biến áp pha : điện áp đònh mức điện áp pha Máy biến áp pha : điện áp đònh mức điện áp dây 4.1 KHÁI NIỆM 2/ Cac Các đạ đaii lượ lương ng đònh mưc mức Các đại lượng đònh mức máy biến áp nhà sản xuất qui đònh cho may máy co có kha khả nang lam làm việc lau lâu dà daii va tot tốt nhat Ba đạ đaii lượng đònh mức : b)) Dòng điệän đònh ò mức : Dòng điện đònh mức sơ cấp I1đm (A) thứ cấp I2đm (A) dòng điện qui đònh cho dây quấn, ứng với công suất đònh mức điện áp đònh mức Với máy pha, dòng điện đònh mức dòng điện dây c) Công suất đònh mức Sđm : Là công suất biểu kiến thứ cấp (phát ra) chế độ đònh mức - Máy pha : Sđm = U2đm I2đm = U1đm I1đm - Máy pha : Sđm = 3.U ñm I ñm = 3.U1ñm I1ñm 4.1 KHÁI NIỆM 3/ Cong Công dụ dung ng cua may máy bien biến ap áp - Máy biến áp dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dâ đương day y tai tải điện xa xa, va giam giảm điện ap pơ cuoi cuối đương đường day dây đe để cung cấp cho tải Đường dây tải điện - Các má~y biến có công suất nhỏ hơn,, máy biếPhụ n átải p ((ổn áp) dùng để ổn đònh điện áp nhà, hay looại biến thế, cục MFĐ MBA MBA xạc, dùng cho cátăng c thiế t bò điệ n , điệ n tử vớ i hiệ áp giảm áp u điện nhỏ (230 V sang 24 V, 12 V, V, )) - Ngoài máy biến áp sử dụng thiết bò lò nung (má ( ùy bi biếán áùp llòø), ttrong h hàøn điệ än ((máùy bi biếán áùp h hàøn), ) biế bi án áùp khởi động động cơ, đo lường v.v… 4.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP May Má y bien biến ap áp gom gồm phận la : loi lõi thep thép va day dây quan quấn 1/ Lõi thép Lõi thep Loi thép dung dùng đe để dan dẫn tư từ thong thông Đe Để giam giảm ton tổn hao dong dòng điện xoáy, lõi thép gồm nhiều thép mỏng 0,35 -> 0,5 mm có sơn cách điệän g ghép laiï g gồm hai p phần: trụ để đặët dây q quấn g gông để khép kín mạch từ trụ G G T T T T G T G Lõi thép loại trụ pha pha G T G G Tiết diện trụ dạng bậc thang (MBA điện lực) hình vuông G G G T G T T Lõi thép loại bọc pha pha G 4.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP May Má y bien biến ap áp gom gồm phận la : loi lõi thep thép va day dây quan quấn 2/ Dây quấn Dây quan Day quấn may máy bien biến ap áp thương thường bang đong đồng nhom, nhôm tiet tiết diện tròn hay chữ nhật; bên dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn g q gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ lõi thép Giữa vòng dây, dây quấn dây quấn với lõi thép có cách điện Dây quấn bố trí theo kiểu đồng tâm hay xen kẽ Máy biến áHA p công suất nhỏ thường làm mát không khí Máy lớn đặt thùng dầàu, vỏ thùng có HAcánh tản nhiệt CAi, phận điều Ngoài có sứ để nối đầu dây ngoà chỉnh điện ap, áp rơle bao bảo vệ… CA Đồng tâm Xen kẽ 4.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Sứ cao ap Sư áp Nhãn máy Lõi thép Cánh tản nhiệt Dây quấn 4.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP Xét má Xet may y bien biến ap áp pha hình vẽ ve Đặët điệ Đ än ap ù xoay chieu hi hình hì h sin i u1 len l â day d â quan sô ô cap nen â tư từ thông sinh hàm hình sin : φ = Φmsinωt Theo đònh luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng e1 ,e e2 sinh cuộn sơ cấ cap p va thư thứ cap cấp la : π π dφ e1 = −W1 = W1Φ mω sin(ωt − ) = E1 sin(ωt − ) dt 2 π π dφ e2 = −W2 = W2 Φ mω sin(ωt − ) = E2 sin(ωt − ) dt 2 4.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP Trong đo : W1Φ mω = 2πfW1Φ m = 4,44 fW1Φ m WΦ ω E2 = m = 2πfW2 Φ m = 4,44 fW2 Φ m E1 = Tỉ số biến áp hay hệ số biến áp : k = E1 W1 = E2 W2 Nếu bỏ qua sụt áp gây điện trở dây quấn từ thông tản ngoai tan khong không khí, khí co có the thể coi gan gần đung E1≈ U1 va E2≈ U2 U1 E1 W1 ≈ = =k U E2 W2 Nếu bỏ qua tổn hao máy biến áp xem : U1 I1 = U I hoaëc U1 = I = k U2 I1 4.6 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 1/ Q Qui đổi đạïi lượïng thứ cấp sơ cấp a) Sức điện động điện áp thứ cấp qui đổi : Sức điện động qui đổi : tương tự tư,, điện ap áp qui đoi đổi : W1 E '2 = E1 = E2 = k E2 W2 U’2 = kU2 U 4.6 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 1/ Q Qui đổi đạïi lượïng thứ cấp sơ cấp b) Dòng điện thứ cấp qui đổi : E2 W2 I '2 = I2 = I2 = I2 E '2 W1 k c) Điện trơ, trở, điện khang, kháng, tổ tong ng trở trơ thư thứ cap cấp qui đổ đoii : ⎛ I2 ⎞ Z’2 = k2Z2 ; r ' = ⎜⎜ ⎟⎟ r2 = k r2 ; xx’2 = k2x2 ; Z ⎝ I '2 ⎠ Z’ Z t = k2Zt 4.6 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 1/ Q Qui đổi đạïi lượïng thứ cấp sơ cấp d) Các phương trình qui ñoåi U = E + Z1 I U '2 = E '2 − Z '2 I '2 = I&'2 Z 't I = I + I '2 4.6 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 2/ Mạ Mach ch điện thay the may máy bien biến ap áp Thay nhánh E1 = E’2 điện áp rơi tổng trở Zm đặc trưng cho tư từ thong thông va sư ton tổn hao sưc sức tư từ loi lõi thep, thép biểu thò tổn hao điện trở từ hóa rm đặt nối tiếp với điện kháng từ hóa xm Vì từ thông dòng điện không tải I0 sinh nên ta có thể viết : E = E ' = I (rm + jx m ) = I Z m với Z m = rm + jjxm : tổng trở nhánh từ hóa Mạch thay hình T máy biến áp Như ta thay y máy biến áp thực g gồm mạch điện sơ cấp, thứ cấp riêng biệt mạch từ mạch điện thống nhấtù gọi mạch điện thay hình T máy biến áp 4.6 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 3/ Mạ Mach ch điện thay the đơn giả gian n cua may máy bien biến ap áp Trong thực tế Zm lớn so với tổng trở sơ cấp thứ cấp, dòng I0 nho dong nhỏ đo ta co có the thể xem Zm = ∞, co có the thể xem hở mạch nhánh từ hóa Như máy biến áp thay mạïch điện đơn g giản hình vẽ Trong đo : rn = r1 + r’2 : điện trở ngắn mạch xn = x1 + xx’2 : điện khang ng ngan ngắn mạ mach ch Zn= rn + jxn : tổng trở ngắn mạch 4.7 THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI MÁY BIẾN ÁP Thí nghiệm khô khong ng tai tải dung dùng đe để : - Xác đònh tỷ số biến áp k - Xac X ù đònh đò h ton t å hao h satét từ tư - Xác đònh thông số máy chế độ không tải Sơ đồ đ thí nghiệ hi äm Đieu Điề u kiện : - Hở mạch thứ cấp - Cho U1 = U1đm Đo đượ đươcc - Điện áp thứ cấp không tải U20 - Ton Tổn hao khong không tai tải p0 - Dòng không tải I0 4.7 THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI MÁY BIẾN ÁP Xacc đònh đượ Xá đươcc cac thong thông so số sau : a) Tỉ số biến áp : W1 E1 U1 k= W2 = E2 ≈ U 20 U1ñm = U ñm b) Dòng điện không tải phần trăm : I0 % = I0 I1ủm ì 100% = 3% ữ 10% c)) ẹieọ Đi än trởû khô kh âng tảûi : R = p0 ≈ R m I0 d) Tổång trởû không tảûi : Z = U1đm I0 e) Điện kháng không tải : X = Z 02 − R02 ≈ X m f) Hệ số công suất không tải : cos ϕ = p0 U1đm I = 0,1 ÷ 0,3 4.8 THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH MÁY BIẾN ÁP Thí nghiệm ngan ngắn mach mạch dung dùng đe để : - Điện áp ngắn mạch phần trăm Un% - Điệ Đi än trơ t điệ än khang kh ù ngan é mạch Rn Xn cua û mạch tương đương - Ton Tổn hao đong đồng đònh mứ mưcc pCm Sơ đồ thí nghiệm Điều kiện : - I1 = I1đm ; I2 = I2đm Đo - Điện áp ngắn mạch : Un - Tổn hao đồng đònh mức : Pn 4.8 THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH MÁY BIẾN ÁP Xacc đònh đượ Xá đươcc cac thong thông so số sau : a) Điện áp ngắn mạch phần trăm : Un % = Un 100 % U1đm b) Tổ T ån hao h đồ đ àng đònh đò h mứ ức : 2 2 pCuñ = P = I R = I R = I R + I Cuñm n n n 1ñ ñm n 1ñ ñm 2đ đm R2 c) Tổng trở, điện trở điện kháng ngắn mạch : Pn Un X n = Z n2 − Rn2 Rn = Zn = In In đểå đơn giản, có thểå tính gầàn : R1 = R’2 = Rn/2; X1 = X’2 = Xn/2 suy : R'2 X '2 R2 = ; X = k k 4.9 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP Hệ số tải : kt = S2 I I = ≈ S2 ñm I ñm I1ñm (S S2 = St ; I2 = It) 1.8.1 Độ bien biến thien thiên điện ap áp thư thứ cap cấp theo tai tải : - Khi U1 = U1đm I2 = (không tải) U2 = U2đm - Khi có co tai tải : I2 ≠ (co (có tai) tải) U2 thay đổ đoii theo tai tải - Độ biến thiên điện áp thứ cấp : ΔU2 = U2đm – U2 - Độ bien biến thiê thien n điện ap p thư thứ cap cấp phan phần tră tram m: U đm − U U1đm − U 2′ ΔU % = × 100% = × 100% U đm U1đm 4.9 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP Từ mạ Tư mach ch tương đương va đo đồ thò vectơ có co tai tải Ta có công thức tính ΔU2% sau : ⎛ Rn I1ñm ⎞ X n I1ñm ΔU % = kt ⎜⎜ cosϕ t + sin ϕ t ⎟⎟100% U1đm ⎝ U1đm ⎠ Nếu biết U2, I2, cosϕ2; ta suy U’2=kU2; I’2=I2/k=I1 tính U1 từ công thức xác : U1 = (U ' ′ cos ϕ + rn I ) + (U ' ′ sin ϕ + xn I ) 4.9 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 1.8.2 Đặ Đặc tuyế tuyến ngoai : Đường đặc tuyến biểu diễn quan hệ U2 = f(I2) U1=U U1đm va cosϕ2 =const const 4.9 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 1.8.3 Cá Cacc ton tổn hao : Khi máy biến áp làm việc, có tổn hao sau : a) Ton Tổn hao tren điện trơ trở day dây quan quấn sơ va thư thứ cap cấp gọ goii la ton tổn hao đồng pCu : Tổn hao đồng p phụï thuộäc vào dòng taûi pCu = pCu1 + pCu = I12 R1 + I 22 R2 = I12 R1 + I 2′2 R2′ = I12 (R1 + R2′ ) = I12 Rn = kt2 I12đm Rn = kt2 Pn Pn đượ đươcc xac xác đònh thí nghiệm ngan ngắn mạ mach ch b) Tổn hao sắt từ (tổn hao lõi thép) pFe: Do dong dòng điện xoay xoáy va tượ tương ng tư từ tre trễ sinh ra, khong không phụ phu thuộc tải xác đònh thí nghiệm không tải pFe = P0 4.9 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 1.8.4 Hiệu suat suất : P2 = Pt = Stcosϕt = ktSđmcosϕt : công suất phát cho tải P1 = P2 + pCu công suat suất nhận tư từ nguon nguồn C + pFe F : cong Hiệu suat suất : η= P2 kt Sñm cosϕ = P1 kt Sñm cos ϕ + P0 + kt2 Pn dη Khi cosϕt khong không đoi, đổi hiệu suat suất đạ đatt cự cưcc đạ đaii =0 dkt suy hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại : kt = P0 Pn Vơii may Vớ máy trung bình lơn, lớn thương thường kt=0,5 kt=0 ÷ 0,7 hiệu suất cực đại 4.10 10 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC SONG SONG MÁY BIẾN ÁP Các điều kiện làm việc song song: -Điệ Đi än áùp đònh đò h mứ ức b bằèng h o đấ đau u dâ day y giố g o ng au -Tổ -Tỷ số biến áp giống -Điện áp ngắn mạch % không lệch 10% -Cong Công ssuat ất khacc nha khong không q quaá laà lan n ... hở mạch (chưa đấáu tải) điện áp đặt vào dây quấán sơ c áp đònh mức Với : Máy biến áp pha : điện áp đònh mức điện áp pha Máy biến áp pha : điện áp đònh mức điện áp dây 4. 1 KHÁI NIỆM 2/ Cac Các... T máy biến áp Như ta thay y máy biến áp thực g gồm mạch điện sơ cấp, thứ cấp riêng biệt mạch từ mạch điện thống nhấtù gọi mạch điện thay hình T máy biến áp 4. 6 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY BIẾN... VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP Trong đo : W1Φ mω = 2πfW1Φ m = 4, 44 fW1Φ m WΦ ω E2 = m = 2πfW2 Φ m = 4, 44 fW2 Φ m E1 = Tỉ số biến áp hay hệ số biến áp : k = E1 W1 = E2 W2 Nếu bỏ qua sụt áp gây điện trở