đây là tài liệu chi tiết về máy biến áp Giải thích đầy đủ theo sách vở thì Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ, với mục đích là biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Hoặc có thể giải thích ngắn gọn hơn như sau : Máy biến áp là thiết bị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định. Cấu tạo chung của Máy biến áp: Cấu tạo chung của mọi máy biến áp gồm 3 thành phần chính : Lõi thép, dây quấn và vỏ. Lõi thép của máy biến áp : Lõi thép gồm có Trụ và Gông. Trụ là phần để đặt dây quấn còn Gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín. Lõi thép của máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau và thường được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt. Dây quấn ( Cuộn dây ) của máy biến áp : Phần dây quấn này thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm bên ngoài bọc cách điện. Nó có nhiệm vụ nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào ( nối với mạch điện xoay chiều ) được gọi là cuộn dây sơ cấp, còn phần có nhiệm vụ truyền năng lượng ra ( nối với tải tiêu thụ ) được gọi là cuộn dây thứ cấp. Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại. Vỏ của máy biến áp : Phần vỏ này tùy theo từng loại máy biến áp mà thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm : nắp thùng và thùng.
CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP 2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP MF MBA Bài giảng môn máy điện MBA Hộ tiêu thụ CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP 2.1.1 Vai trò tầm quan trọng máy biến áp - Dòng điện truyền tải đường dây: P I= U.cosϕ - Tổn hao công suất đường dây: R P ∆P = Rd.I = d U cos ϕ Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP - Biện pháp giảm tổn hao công suất đường dây: Tốn + Cách 1: Giảm Rd ρ.l + R= s + Khi S R Tốn + Cách 2: Tăng U + ∆P = Rd.I = Hiệu Rd.P2 U 2.cos2 ϕ + Khi U lên n lần ∆P giảm Bài giảng môn máy điện n2 Hiệu CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP - Vậy máy biến áp chủ yếu sử dụng điện lực để nâng cao điện áp mạng điện truyền tải điện xa - Khi đến hộ tiêu thụ, máy biến áp làm giảm điện Máyphù biến hợp áp chủ yếu sửcần dụngsử dụng áp xuống mức với phụ tải điện lực để nMáy biến áp chủ yếu sử dụng điện lực để nâng cao điện áp mạng điện truyền tải điện xa Khi đến hộ tiêu thụ, máy biến áp làm giảm điện áp xuống mức phù hợp với phụ tải cần sử dụngâng cao điện áp mạng điện truyền tải điện xa Khi đến hộ tiêu thụ, máy biến áp làm giảm điện áp xuống mức phù hợp với phụ tải cần sử dụng Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP 2.1.2 Định nghĩa phân loại máy biến áp a, Định nghĩa: - Là thiết bị điện từ tĩnh - Làm việc nguyên lý cảm ứng điện từ - Dùng để chuyển đổi điện áp mạng điện xoay chiều từ cấp sang cấp khác giữ nguyên tần số Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Phía nối với nguồn gọi sơ cấp (SC), đại lượng liên quan đến sơ cấp ký hiệu số Phía nối với tải gọi thứ cấp (TC), đại lượng liên quan đến thứ cấp ký hiệu số Nếu U1 > U2 : MBA giảm áp Nếu U1 < U2 : MBA tăng áp Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP b, Phân loại: - MBA điện lực để truyền tải phân phối công suất hệ thống điện - MBA chuyên dùng sử dụng lò luyện kim, 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 - MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP MBA điện lực pha MBA Hàn Bài giảng môn máy điện MBA đo lường MBA tự ngẫu pha MBA điện lực 3pha CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP 2.1.3 Các đại lượng định mức + U1đm (V, kV): Điện áp SC định mức + U2đm (V, kV): Điện áp TC định mức điện áp dây bên TC máy biến áp không tải + Sđm (VA, kVA): Công suất định mức công suất biểu kiến bên TC + I1đm (A): Dòng điện dây SC định mức tương ứng với công suất điện áp dây định mức bên SC Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP + I2đm (A): Dòng điện dây TC định mức tương ứng với công suất điện áp dây định mức bên TC + fđm (Hz): Tần số nguồn điện đặt vào SC + Un%: Điện áp ngắn mạch phần trăm + ����2: Hệ số công suất tải + Tổ nối dây máy biến áp: cho biết kiểu nối dây SC TC, đồng thời cho biết góc lệch pha Sđđ dây SC Sđđ dây TC Ví dụ: Y/Δ-11(330 ) ͦ Bài giảng mơn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Bài tập 10: Máy biến áp pha có R1 = 0,35 Ω; X1= 3,93 Ω; R2=0,037 Ω; X2= 0,42 Ω; U10 = 20210 V; U20 = 6600 V; I0 = 12,3 A; P0 = 26600 W Tính tham số mạch điện tương đương ( R0, X0, R’2, X’2) hệ số công suất lúc thí nghiệm khơng tải ? Bài làm: - Tổng trở lúc không tải: U 6600 Zm = Z0 = = = 1643,1 (Ω) I 12,3 - Điện trở lúc không tải: P0 26600 Rm = R0 = = = 175,82 (Ω) I 12,3 Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP - Điện kháng lúc không tải: X m = X = Z20 − R20 = 1643,12 − 175,822 = 1633,7 (Ω) - Tỷ số máy biến áp là: E1 U10 20210 ku = = = = 3,06 E2 U 20 6600 - Điện trở phía thứ cấp quy đổi là: R'2 = k2u.R2 = 3,062.0,037 = 0,35 (Ω) - Điện kháng phía thứ cấp quy đổi là: X '2 = k2u.X = 3,062.0,42 = 3,93 (Ω) - Hệ số công suất lúc không tải: P0 R 175,82 2600 Cosϕ0 = = = 0,107 hoaë c Cosϕ0 = = = 0,107 U10.I 20210.12,3 Z0 1633,67 Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Bài tập 11: Một MBA pha có thơng số 25 kVA, 480/240 V qua thí nghiệm ngắn mạch thu số liệu sau: Un = 37,2 V; In = 51,9 A; Pn = 750 W Hãy xác định: Điện trở R1, R2, điện kháng X1, X2 hệ số công suất ? Bài làm: Pn - Điện trở ngắn mạch: 750 Rn = = = 0,28 (Ω) I n 51,9 - Tổng trở ngắn mạch: U n 37,2 Zn = = = 0,72 (Ω) I n 51,9 - Điện kháng ngắn mạch: X n = Z2n − R2n = 0,722 − 0,282 = 0,66 (Ω) Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP - Hệ số máy biến áp là: - Điện trở phía sơ cấp là: U1 480 ku = = =2 U 240 R n 0,28 R1 = R = = = 0,14 (Ω) 2 ' - Điện trở phía thứ cấp là: - Từbiể u thứ c: R'2 = k2u.R2 R'2 0,14 ⇒ R2 = = = 0,035 (Ω) ku - Điện kháng phía sơ cấp là: X n 0,66 ' X1 = X = = = 0,33 (Ω) 2 Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP - Điện kháng phía thứ cấp là: - Từbiể u thứ c: X '2 = k2u.X X '2 0,33 ⇒ X = = = 0,0825 (Ω) ku - Hệ số công suất lúc thí nghiệm ngắn mạch: Pn 750 Cosϕn = = = 0,39 U n.I n 37,2.51,9 R n 0,28 Hoaë c : Cosϕn = = = 0,388 Zn 0,72 Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Bài tập 12: Một MBA pha 15 kVA, 2400/240 V, 60Hz có tham số mạch tương đương sau: R1= 2,5 Ω; R2= 0,025 Ω; X1= Ω; R2= 0,070 Ω; Rm= 32 kΩ; Xm= 11,5 Ω; MBA cung cấp cho phụ tải 10 kW, hệ số công suất cosφ= 0,8 trễ điện áp định mức Hãy tính a, Dòng điện phía sơ cấp I1 ? b, Điện áp phía sơ cấp U1 ? c, Hệ số cơng suất phía sơ cấp Cosφ1 ? d, Tính hiệu suất MBA phụ tải ? Bài làm: - Dòng điện thứ cấp phụ tải 10 kW, Cosφ= 0,8, trễ điện P2 10000 áp định mức: I2 = = = 52 (A) U.Cosϕ2 240.0,8 Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Chọn điệ n p U m gố c nê nU = 2400∠00 V VaøI = 52∠ − cos−1(0,8) = 52∠ − 36,870 A - Ta có sơ đồ tương đương MBA sau: Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP U1 2400 ku = = = 10 U 240 - Quy đổi đại lượng sơ cấp: + U'2 = U 2.ku = 240.10 = 2400 (V) +R'2 = R2.ku = 0,025.100 = 2,5 (Ω) +X '2 = X 2.ku = 0,07.100 = (Ω) I 52 ' +I = = = 5,2 (A) ku 10 - Từ sơ đồ tương đương ta có: - Tỷ số máy biến áp là: ' E = U + I (R'2 + jX '2 ) = 2400∠00 + 5,2∠ − 36,870(2,5+ j7) ' ' ⇔ E'2 = 2432,33∠0,50 (V) Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Ta cóE1 = E'2 - Dòng khơng tải: E1 2432,33∠0,50 I0 = = = 0,072∠ − 19,260 (A) R m + jX m 32000 + j11500 a, Dòng điện sơ cấp MBA: ' I = I + I = 0,072∠ − 19,260 + 5,2∠ − 36,870 = 5,268∠ − 36,630 (A) b, Điện áp sơ cấp MBA: U1 = E1+ I 1(R1 + jX1) U1 = 2432∠0,50 + 5,268∠ − 36,63.(2,5+ j7) U1 = 2464,85∠10 (V) Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP c, Tính hệsốcô ng suấ t phía sơ cấ p ϕ1 = (U1,I 1) = (1− (−36,63)) = 37,63 Vaä y Cosϕ1 = Cos(37,63) = 0,792 d, Hiệu suất máy biến áp: - Công suất đầu vào máy biến áp là: P1 = U1.I 1.cosϕ1 = 2464,85.5,268.0,0792 P1 = 10,284 (kW) - Hiệu suất MBA là: P2 10 η= = = 97,238% P1 10,284 Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Bài tập 13: Một MBA ba pha có thơng số: Sđm = 400 kVA; đấu ∆/Yn-11; U1đm/U2đm = 15 kV/0,4 kV Tỉ số biến áp ku ? Bài Làm: - MBA đấu ∆/Yn tức phía sơ cấp đấu tam giác, thứ cấp đấu hình sao, chữ n có nghĩa thứ cấp có dây trung tính Để tính tỷ số MBA ta tìm điện áp pha SC TC - Do phía SC đấu hình tam giác nên điện áp pha điện áp dây: U1p = U1d = 15 kV - Do phía TC đấu hình nên điện áp pha điện áp dây U 2d 0,4 U 2p = = = 0,23 kV chia ba: 3 Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Vậy tỷ số biến áp cần tìm là: ku = U1p U 2p 15 = = 65,21 0,23 Bài tập 14: MBA ba pha có thơng số: Sđm = 400 kVA; đấu ∆/Yn-12; U1/U2 = 22kV/0,4 kV Hỏi a, Công suất định mức, điện áp định mức SC TC ? b, Dòng điện SC, TC bỏ qua tổn hao MBA ? Bài làm: a, Công suất định mức tức công suất ghi nhãn máy, Sđm = 400 kVA - Điện áp định mức sơ cấp, giá trị dây U1d = 22 kV, điện áp định mức thứ cấp, giá trị dây U2d = 0,4 kV Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP b, Dòng điện định mức sơ cấp: Sñm 400 I 1ñm = = = 10,5 (A) 3.U1đm 3.22 - Dòng điện định mức thứ cấp: Sđm 400 I 2ñm = = = 577,36 (A) 3.U 2ñm 3.0.4 Bài tập 15: MBA ba pha có cơng suất định mức là: 560 kVA, U1đm/U2đm = 15 kV/0,4 kV, đấu ∆/Yn - 11; I0% = 2%; U0%= 4,5%; P0 = 1300 W; Pn= 6500 W, hệ số công suất tải cosφ2 = 0,8 Tính giá trị R0, X0, Z0, Rm, Xm, Zm, cosφ0 ? Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP Bài làm: - Dòng điện dây định mức phía sơ cấp là: Sđm 560 I 1dñm = = = 21,55 (A) 3.U1ñm 3.15 - Dòng điện pha định mức phía sơ cấp là: I 1pđm = I 1dđm = 21,55 3 - Dòng điện khơng tải là: = 12,44 (A) Theo đềbà i: I = 2%.I 1pñm = 12,44 = 0.25 (A) 100 ∆P0 1300 - Điện trở không tải là: R0 = = = 6933,3 (Ω) 3.I 0P 3.0,25 Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP - Tổng trở khơng tải là: U U1Pđm 15.103 Z0 = = = ≈ 60000 (Ω) I0 I 0P 0,25 - Điện kháng lúc không tải là: X = Z20 − R20 = 600002 − 6933,32 ≈ 59598 (Ω) - Do R1 « Rm nên R0 = R1 + Rm = Rm = 60000 (Ω) - Do X1 « Xm nên X0 = X1 + Xm = Xm = 59598 (Ω) - Hệ số công suất lúc không tải là: ∆P0 ∆P0 1300 cosϕ0 = = = = 0,232 3.U 0.I 3.U1d.I 0d 3.15000.21,55 R 6933,3 Hoaë c cosϕ0 = = = 0,2 Z0 34641 Bài giảng môn máy điện ... giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP c, Điệ n trở , điệ n ng vàtổ ng trởthứcấ p quổ i: I2 2r2 = ' I '2 r 2 ⇒ r2' x '2 = k2.X 2; I = '2 ÷ r2 = k2r2 I ÷ 2 Z '2 = k2.Z2; Z't = k2.Zt d, Hệphương... I2W2 Bài giảng môn máy điện u2 CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP 2. 3 .2 Mơ hình thay máy biến áp a, Quy đổi máy biến áp a, Sứ c điệ n độ ng vàđiệ n p thứcấ p quy ñoå i E '2, U '2 : ' E W E W1 ' ' 1 Ta coù : W2... n sau quổ i: U1 = ' U2 = I = − E1 + I1 Z1 E '2 − I '2 Z '2 ' (− I 2) I 0+ Bài giảng môn máy điện CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP 2. 3.3 Sơ đồ thay máy biến áp: r1 x1 r 2 x 2 a, Mạch điện