GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN DC_MBA

www.WebTaiLieuFree.Com PHẦN: MỞ ĐẦU 1.1 CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN VÀ VAI TRÒ CỦA CHÚNG Điện ngày sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống nhân dân Việc điện khí hóa, tự động hóa công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải ngày đòi hỏi thiết bị điện khác Trong loại máy điện chiếm vai trò chủ yếu để biến thành điện ngược lại để biến đổi dạng điện thành dạng điện khác (xoay chiều đến chiều) Biến đổi thành điện nhờ máy phát điện có động sơ cấp kéo tuốc bin hơi, tuốc bin nước, động đốt Biến đổi điện thành dùng truyền động điện người ta dùng loại động điện Việc truyền tải phân phối điện xoay chiều từ trạm phát điện đến hộ tiêu thụ điện, việc biến đổi điện áp thực nhờ máy biến áp Trong sản xuất thường dùng dòng điện xoay chiều chiều nên người ta chia loại máy điện thành hai loại máy điện xoay chiều máy điện chiều Có thể mô tả sơ đồ tổng quát sau: Ngoài yêu cầu khác ngành sản xuất, giao thông vận tải nên xuất loại máy điện đặc biệt máy điện xoay chiều có vành góp, máy khuếch đại điện từ, máy điện cực nhỏ 1.2 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN Nguyên lý làm việc máy điện dựa sở định luật cảm ứng điện từ (e = d / dt) Sự biến đổi lượng máy điện thực thông qua từ trường Để tạo từ trường mạnh tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ Ở máy biến áp mạch từ lõi thép đứng yên, máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: Một quay đứng yên cách khe hở Theo tính chất thuận nghịch định luật cảm ứng điện từ máy điện làm việc chế độ máy phát điện chế độ động điện Nhưng đặc tính kỹ thuật người ta tính toán thiết kế để làm việc chế độ định Trong máy điện, lượng biến đổi với hiệu suất cao từ 93% đến FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com 95% Khi làm việc tổn hao dòng Fucô (Foucault) lõi thép tác dụng Joule dây quấn nên máy nóng, ta làm nguội máy nhiều cách 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN Như nói biến đổi lượng máy điện thực thông qua từ trường máy Như việc nghiên cứu máy điện xuất phát từ lý thuyết trường điện từ Song cấu trúc vật lý hình học phức tạp phận máy điện, việc xác định cường độ điện trường E cường độ từ trường H khe hở không khí từ hệ phương trình Maxwell gặp nhiều khó khăn Vì nghiên cứu máy điện người ta không dùng trực tiếp lý thuyết trường mà dùng lý thuyết mạch để nghiên cứu 1.4 CÁC ĐƠN VỊ Trong máy điện thường sử dụng hai loại hệ đơn vị - Hệ đơn vị tuyệt đối đơn vị có thứ nguyên Hiện thường sử dụng hai loại đơn vị tuyệt đối CGSvà SI Quan hệ đơn vị hệ MKSA, SI CGS - Trong nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy điện để tiện lợi người ta dùng hệ đơn vị tương đối Trong đó: I: Dòng điện có đơn vị A U: Điện áp có đơn vị V P: Công suất có đơn vị W Iđm, m, Pđm : Là đại lượng định mức dòng điện, điện áp, công suất 1.5 SƠ LƯC VỀ CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN Các vật liệu dùng chế tạo máy điện gồm có: - Vật liệu tác dụng: Bao gồm vật liệu dẫn điện vật liệu dẫn từ dùng chủ yếu để chế tạo dây quấn lõi thép - Vật liệu cách điện dùng để cách điện phận dẫn điện không dẫn điện phận dẫn điện với - Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo chi tiết máy phận chịu lực tác dụng giới trục, vỏ máy, khung máy, ổ bi bao gồm gang, sắt thép kim loại màu, hợp kim chúng Ta xét sơ lược đặc tính vật liệu dẫn từ, dẫn điện cách điện dùng chế tạo máy điện 1.5.1 VẬT LIỆU DẪN TỪ Người ta dùng thép kó thuật điện, thép thông thường thép đúc , thép rèn để chế tạo mạch từ Các thép kó thuật điện (tôn silic) thường dùng có mã hiệu: 11, 12, 13, 21, 22, 32, 310 Trong -  thép kó thuật (lektrotexnik) - Số thứ nhất: Chỉ hàm lượng silic chứa thép, số cao hàm lượng silic nhiều thép dẫn từ tốt, dòn dễ gẫy - Số thứ hai: Chỉ chất lượng thép mặt tổn hao, số cao tổn hao - Số thứ ba: Số thép cán nguội (thép dẫn từ có hướng), thường sử dụng chế tạo máy biến áp FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Ngoài loại thép kỹ thuật điện mang mã hiệu 3404, 3405, , 3408 có chiều dày 0,3 mm, 0,35 mm Để giảm tổn hao dòng điện xoáy, tôn silic thường phủ lớp sơn cách điện mỏng sau ghép chặt lại với nhau, từ sinh hệ số ép chặt Kc: Là tỉ số chiều dài lõi thép thép với chiều dài thực lõi thép kể cách điện sau ghép 1.5.2 VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN Dùng chủ yếu đồng (Cu) nhôm (Al) chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt Tùy theo yêu cầu cách điện độ bền học người ta dùng hợp kim đồng nhôm Có chỗ dùng thép để tăng sức bền học giảm kim loại màu vành trượt 1.5.3 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Vật liệu cách điện dùng máy điện phải đạt yêu cầu: - Cường độ cách điện cao - Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng - Chống ẩm tốt, bền học Các chất cách điện dùng máy điện thể không khí, thể lỏng (dầu máy biến áp) thể rắn Các chất cách điện thể rắn chia làm loại: - Các chất hữu thiên nhiên giấy, vải, lụa - Các chất vô mi ca amiăng, sợi thủy tinh - Các chất tổng hợp - Các chất men, sơn cách điện, chất tẩm sấy từ vật liệu thiên nhiên tổng hợp Tùy theo tính chịu nhiệt, vật liệu cách điện chia thành cấp sau: - Cấp Y: Nhiệt độ giới hạn cho phép 90 C, làm vật liệu sợi xen lu lô hay lụa gỗ, tông không tẩm hay không quét sơn - Cấp A: Nhiệt độ giới hạn cho phép 105 C, làm vật liệu cách điện cấp Y có tẩm sơn cách điện - Cấp E: Nhiệt độ giới hạn cho phép 120 C, làm sợi pô ly me - Cấp B: Nhiệt độ giới hạn cho phép 130 C, làm sản phẩm mi ca, a mi ăng, sợi thủy tinh - Cấp F: Nhiệt độ giới hạn cho phép 155 C, làm vật liệu cấp B dùng kết hợp với chất tẩm sấy tương ứng - Cấp H: Nhiệt độ giới hạn cho phép 180 C, làm vật liệu mi ca không chất độn độn vật liệu vô cơ, vải thủy tinh tẩm sơn - Cấp C: Nhiệt độ giới hạn cho phép 180 C, làm vật liệu gốm mi ca, gốm thủy tinh, thạch anh dùng kết hợp với chất vô Cấp cách ñieän Y A E B F H C 0 t cao cho phép ( C) 90 Độ tăng nhiệt t ( C) 50 Độ tăng nhiệt độ t tính: 65 80 t = t1 – t2 Trong đó: t1: Nhiệt độ máy 105 120 130 15 90 115 140 180 >180 >140 t2: Nhieät độ môi trường FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Theo TCVN: Nhiệt độ môi trường 400c máy điện ta đo bình quân Hiện thường dùng cấp cách điện A, E, B Chú ý: Trên nhiệt độ cho phép 10% tuổi thọ máy giảm 1/2 nên không cho máy làm việc tải thời gian dài 1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 1.6.1 ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ  Trường hợp từ thông biến thiên qua vòng dây Năm 1833 nhà vật lý học người Nga Lenxơ phát qui luật chiều s.đ.đ cảm ứng Định luật cảm ứng điện từ phát biểu sau: Khi từ thông qua vòng dây biến thiên làm xuất s.đ.đ vòng dây, gọi s.đ.đ cảm ứng Sức điện động cảm ứng có chiều cho dòng điện sinh có tác dụng chống lại biến thiên từ thông sinh đường sức từ, chiều quay cán vặn nút chai chiều dương vòng dây Sức điện động cảm ứng vòng dây xác định theo công thức Mắùcxoen d e dt Nếu cuộn dây có W vòng, sức điện động càm ứng cuộn dây là: wd d e  dt dt Trong   W  từ thông móc vòng cuộn dây  tính Wb (vêbe), e tính (V) Hình 1.1: Từ thông biến thiên qua vòng day  Trường hợp dẫn chuyển động thẳng từ trường Khi dẫn chuyển động thẳng từ trường, dẫn cảm ứng s.đ.đ e có trị số e = B.l.v e: S.đ.đ cảm ứng (V); B: Từ cảm (T); l: Chiều dài dẫn từ trường (m) Chiều s.đ.đ xác định qui tắc bàn tay phải: Cho đường sức từ đâm vào lòng bàn tay phải Ngón tay choãi chiều chuyển động dây dẫn, chiều từ cổ tay tới ngón tay chiều s.đ.đ FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Hình 1.2: Qui tắc bàn tay phải 1.6.2 ĐỊNH LUẬT LỰC ĐIỆN TỪ Lực điện từ có ứng dụng rộng rãi kỹ thuật, sở để chế tạo máy điện khí cụ điện Trường hợp đơn giản lực từ trường tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện Nếu dây dẫn thẳng có dòng điện vuông góc với đường sức từ trường, dẫn chịu lực điện từ là: F = B.i.l B: Từ cảm (T); i: Dòng điện chạy dẫn (A); l: Chiều dài dẫn (m) Hình1.3 Qui tắc bàn tay trái Chiều lực điện từ xác định qui tắc bàn tay trái: Ngửa bàn tay trái cho đường sức từ (hoặc véc tơ từ cảm B) xuyên qua lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều dòng điện ngón tay choãi chiều lực điện từ 1.6.3 CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ MẠCH TỪ Các phần tử làm vật liệu sắt từ ghép nối với từ thông khép kín mạch gọi mạch từ Vì thép kỹ thuật điện có từ dẫn nhỏ nhiều so với vật liệu khác, nên từ thông tập trung chủ yếu mạch từ Phần từ thông chạy mạch từ gọi từ thông tản Để tạo từ thông mạch cần có nguồn gây từ, thông thường cuộn dây quấn mạch, gọi cuộn dây từ hoá Khi cuộn dây có dòng điện I qua, tạo s.t.đ F = IW, W số vòng cuộn dây Trong đó:  Hdl   iW + H: cường độ từ trường đo A/ m + l: chiều dài trung bình mạch từ đo m + w: số vòng dây cuộn dây + Dòng điện i tạo từ thông cho mạch từ gọi dòng điện từ hoá + Tích số wi gọi sức từ động + Hl: gọi từ áp rơi mạch từ - Đối với mạch từ có n đoạn m cuộn dây, định luật mạch từ viết dạng: FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com n m k 1 j 1  H k lk   w j i j Trong dòng điện ij có chiều phù hợp với chiều  chọn theo quy tắc vặn nút chai mang dấu dương, không phù hợp mang dấu âm FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com PHẦN 1: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong sản xuất đại máy điện chiều luôn chiếm vị trí quan trọng, có ưu điểm sau: Đối với động điện chiều: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, phẳng chúng dùng nhiều công nghiệp dệt, giấy , cán thép, Máy phát điện chiều dùng làm nguồn điện chiều cho động điện chiều, làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ, dùng công nghiệp mạ điện vv Nhược điểm: Giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp 1.1 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Kết cấu máy điện chiều phân làm hai thành phần phần tónh (Stator) phần quay (Rotor) 1.1.1 Phần tónh - Stator Đây phần đứng yên máy, gồm phận: lõi thép cực từ (chính phụ), dây quấn cực từ (chính phụ) vỏ máy  Cực từ chính: hình 1.1 Hình 1.1 Cực từ 1) Lõi cực 2) Mặt cực 3) Dây quấn kích từ 4) Khung dây 5) Vỏ máy 6) Bu lông bắt chặt cực từ vào vỏ máy Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ.Lõi sắt cực từ 1làm thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0,5 đến 1mm ghép lại đinh tán Lõi mặt cực từ kéo dài (lõm vào) để tăng thêm đường từ trường.Vành cung cực từ thường 2/3 t (t: Bước cực, khoảng cách hai cực từ liên tiếp nhau) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ 3, có dòng chiều chạy qua, dây quấn kích từ quấn dây đồng cuộn cách điện kỹ thành khối, đặt cực từ mắc nối nối tiếp với Cuộn dây quấn vào khung dây 4, thường làm nhựa hoá học hay giấy bakêlit cách điện Các cực từ gắn chặt vào thân máy nhờ bu lông  Cực từ phụ: hình 1.2 FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Hình 1.2 Cực từ phụ 1) Lõi; 2) Cuộn dây Được đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa chổi than Lõi thép cực từ phụ làm thép khối, thân cực từ phụ có đặt dây quấn, có cấu tạo giống dây quấn cực từ Để mạch từ cực từ phụ không bị bão hòa khe hở với rotor lớn khe hở cực từ với rotor  Vỏ máy (Gông từ) Làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ nối liền cực từ Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép để uốn hàn lại Máy có công suất lớn dùng thép đúc có từ (0,2 - 2)% chất than  Các phận khác: hình 1.3 - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi - Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ngược lại 1) Hộp chổi than 2) Chổi than 3) Lò so ép 4) Dây cáp dẫn điện Hình 1.3 Cơ cấu chổi than 1.1.2 Phần quay - Rotor Đây phần quay máy điện chiều, gồm có: lõi thép, dây quấn cổ góp  Lõi sắt phần ứng: 1) Trục máy 2) Lỗ thông gió dọc trục 3) Rãnh 4) Răng Hình 1.4 Lá thép phần ứng Để dẫn từ thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điện hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xóay gây nên Trên thép có dập rãnh để đặt dây quấn Rãnh hình thang, hình lê hình chữ nhật Trong máy lớn lõi thép thường chia thành thếp cách khoảng hở để làm nguội máy, khe hở gọi rãnh thông gió ngang trục Ngoài người ta dập rãnh thông gió dọc trục FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com  Dây quấn phần ứng Là phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, máy điện vừa lớn dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh cho quay bị văng sức ly tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt phần đầu nối dây quấn Nêm dùng tre gỗ ba kê lít  Cổ góp Dây quấn phần ứng nối cổ góp Cổ góp thường làm nhiều phiến đồng mỏng cách điện với mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ép hình chữ V ép chặt lại, vành ép cổ góp có cách điện mi ca hình V Đuôi cổ góp cao để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng 1) Phiến góp 2) Vành ép hình V 3) Mi ca cách điện hình V 4) Ống cách điện 5) Đầu hàn dây Hình 1.5 Hình cắt dọc cổ góp kiểu trụ  Chổi than Máy có cực có nhiêu chổi than Các chổi than dương nối chung với để có cực dương Tương tự chổi than âm 1.1.3 Các phận khác - Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy, có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép bon tốt 1.2 CÁC TRỊ SỐ ĐỊNH MỨC Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà nhà chế tạo qui định Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức  Công suất định mức Được ký hiệu Pđm, đơn vị tính W, KW, MW HP (Horse Power) Ý nghĩa: công suất đầu định mức máy điện  Điện áp định mức: Được ký hiệu Uđm, đơn vị tính V, KV FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Ý nghĩa: laø điện áp định mức cung cấp vào dây quấn Rotor động điện chiều Hoặc điện áp định mức phát từ đầu cực cuûa máy phát điện chiều  Dịng điện định mức: Được ký hiệu Iđm, đơn vị tính A Ý nghĩa: dịng điện định mức cung cấp vào dây quấn Rotor động điện chiều Hoặc dịng điện định mức phát máy phát điện chiều  Tốc độ định mức: Được ký hiệu nđm, đơn vị tính vịng/phút rpm Ý nghĩa: tốc độ quay định mức Rotor  Hiệu suất định mức: Được ký hiệu đm Ý nghĩa: tỉ số cơng suất định mức máy Ngoài ghi kiểu máy, cấp cách điện, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ, chế độ làm việc vv Hình 1.6 Nhãn máy động điện chiều 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Người ta định nghóa máy điện chiều sau: Là thiết bị điện từ quay, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi thành điện chiều (máy phát điện) ngược lại để biến đổi điện chiều thành trục (động điện)  Chế độ Máy phát điện FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com veùc tơ nằm ngang i0 vượt trước  góc  Dòng điện từ hóa i0 phân tích thành thành phần : I0x : dòng điện từ hóa phản kháng để sinh  lõi thép, chiều với  I0r : dòng điện từ hóa tác dụng, vuông góc với i0x dòng điện gây nên tổn hao sắt từ lõi thép Hình2.9 Dòng điện từ hoá thành phần 2.3.2.2 Máy biến áp pha Khi không tải xét pha riêng lẻ dòng điện bậc pha là: I03A = i03msin3t I03B = i03msin3(t – 1200)= i03msin3t I03B = i03msin3(t – 2400)= i03msin3t Doøng điện bậc trùng pha thời gian Nghóa thời điểm chiều dòng điện bậc có pha hướng từ đầu đầu đến đầu cuối dây quấn ngược lại Song chúng tồn hay không dạng sóng chúng phụ thuộc vào kết cấu mạch từ cách đấu dây quấn  Trường hợp máy biến áp nối Y/ Y Hình2.10 Đường biểu diễn từ thông (b) s.đ.đ tổ m.b.a pha nối Y/Y Điện áp dây thành phần điều hòa bội số mặt vật lí, điều giải thích dọc theo mạch vòng làm thành hình s.đ.đ, thành phần điều hòa tác dụng ngược (hình a) Do dòng điện từ hóa io có dạng hình sin từ thông FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com sinh có dạng vạt đầu (hình b) Có thể xem từ thông tổng gồm sóng 1 sóng điều hòa bậc cao 3, 5 thành phần điều hòa lớn nhỏ nên ta bỏ qua vẽ 1 3 (hình b) Đối với tổ máy biến áp pha: mạch từ pha riêng lẻ, từ thông pha chiều thời điểm dễ dàng khép kín 1 Do thép có từ trở bé nên 3 = (1520)% 1, e3 = (4560)%e1 e = e1 + e3 có dạng nhọn đầu (hình c) Nghóa biên độ s.đ.đ pha tăng lên rõ rệt Sự tăng vọt s.đ.đ lên hoàn toàn lợi nhiều trường hợp nguy hiểm chọc thủng cách điện dây quấn, làm hỏng thiết bị đo lường tác hại khác Bởi lí người ta không dùng kiểu đấu Y/Y cho tổ máy biến áp pha Cũng cần phải nói thêm s.đ.đ pha có trị số biên độ biến đổi nhiều s.đ.đ dây hình sin Vì dây quấn nối Y s.đ.đ dây thành phần bậc Đối với máy biến áp pha trụ: thuộc hệ thống mạch từ chung nên tượng khác đi, từ thông chiều trụ thép nên chúng khép mạch từ trụ qua trụ khác mà bị đẩy khép mạch từ gông đến gông qua không khí dầu môi trường có từ trở lớn, 3 không lớn nên coi s.đ.đ pha hình sin Song cần ý 3 đập mạch với tần số 3f qua vách thùng, bu lông ghép gây nên tổn hao phụ làm giảm  máy biến áp Do phương pháp đấu Y/Y máy biến áp pha ba trụ áp dụng cho có dung lượng 5600 kVA Hình2.11 Từ thông điều hoà bậc m.b.a pha trụ  Trường hợp máy biến áp nối /Y Dây quấn sơ cấp đấu  nên i03 khép kín  Do i0 có i03 nên dạng sóng có dạng nhọn đầu Tương tự máy biến áp pha xét  e có dạng hình sin Không có trường hợp bất lợi Cách đấu sử dụng cho loại máy biến áp  Hình2.12 Dòng điện điều hoà bậc dây quấn nối /Y không tải Trường hợp máy biến áp nối Y/ FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Hình2.13 Dòng điện điều hoà bậc dây quấn nối Y/ không tải Do dây quấn sơ cấp nối Y, i03 không tồn nên  có dạng vạt đầu nghóa có từ thông 3 3 cảm ứng dây quấn thứ cấp s.đ.đ bậc e23 chậm sau 3 góc 900 Đến lượt e23 gây dòng điện bậc I23 mạch vòng thứ cấp nối  Vì điện kháng (X) dây quấn lớn nên xem I23 chậm sau e23 góc 900 Rõ ràng I23 sinh từ thông thứ cấp 3 (coi trùng pha với I23) gần ngược pha với 3 Do từ thông tổng bậc : 3 = 3 + 3 gần bị triệt tiêu Ảnh hưởng từ thông bậc không đáng kể, s.đ.đ pha gần hình sin Tóm lại m.b.a làm việc không tải, cách đấu /Y hay Y/ tránh tác hại từ thông s.đ.đ điều hoà bậc Câu hỏi Tổ nối dây máy biến áp gì? Sự cần thiết phải xác định tổ nối dây Vẽ sơ đồ dây quấn ứng với tổ nối dây Y/Y - 2, 4, 8, 10 sơ đồ dây quấn ứng với tổ nối dây Y/ - 1, 3, 7, Dòng điện từ hoá máy biến áp lớn hay bé, sao? Nó phụ thuộc vào yếu tố nào? Các kết cấu mạch từ khác cách đấu dây quấn khác ảnh hưởng với dòng điện điện áp lúc không tải máy biến áp ba pha CHƯƠNG QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP Trong chương nghiên cứu làm việc máy biến áp lúc tải đối xứng Như vấn đề liên quan xét pha máy biến áp pha hay máy biến áp pha 3.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP Để thấy rõ trình lượng máy biến áp ta xét quan hệ điện từ máy 3.1.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SỨC ĐIỆN ĐỘNG Ta xét MBA pha Khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp xoay chiều U có i1 chạy Nếu thứ cấp có tải dây quấn thứ cấp có i2 chạy i1 i2 tạo nên s.t.đ F1 = i1 w1 ; F2 = i 2w2 S.t.ñ F1 , F2 sinh  móc vòng dây quấn 2, gây s.đ.đ: FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Hình 3.1 MBA pha làm việc có tải e1  w1 d d1  dt dt e2  w2 d d2  dt dt Trong ww từ thông móc vòng với dây quấn ứng với từ thông  Còn phần nhỏ từ thông F1, F2 sinh bị tản lõi thép, khép kín mạch qua không khí dầu gọi từ thông tản σ, σ σ i1 sinh móc vòng với dây quấn sơ cấp;  i2 sinh móc vòng với dây quấn thứ cấp Các từ thông tản gây nên s.đ.đ tản tương ứng : d 1 d1 d  d e1  w1  e  w2  dt dt dt dt Trong đó: σwσ σwσ từ thông tản móc vòng với dây quấn sơ cấp thứ cấp Vì từ thông tản chủ yếu qua môi trường không từ tính, có độ từ thẩm  = Cte (như dầu, không khí, đồng ) Nên xem  σ σtỉ lệ với dòng điện tương ứng sinh chúng qua hệ số điện cảm tản L σ ,L σ số: 1  L1i1   L 2i2 Do S.đ.đ tản sơ thứ cấp viết : e   L di1 di2 ; e   L dt dt Theo định luật Kirkhoff ta có phương trình cân s.đ.đ dây quấn sơ cấp : U1 + e1 + e σ = i1 r1 Có thể viết dạng U1 = - e1 - e σ + i1r1 Đối với dây quấn thứ cấp ta có : e2 + e σ = U2 + i2 r2 Hay U2 = e2 + e σ – i2r2 Neáu điện áp, S.đ.đ, dòng điện lượng xoay chiều biến thiên hình sin thời gian ta biểu diễn dạng phức sau : FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Đối với dây quấn sơ : U   E  E   I r1 Đối với dây quấn thứ : U  E  E   I r2 Khi dòng điện biến thiên hình sin theo thời gian trị số tức thời S.đ.đ tản sơ cấp viết :    dI sin t  e1  L1 1m  I1mL1 cost  2I1X1 sin  t    2e1 sin  t   2 2   dt Nghóa e1 biến thiên hình sin theo thời gian chậm pha so với i góc 90o trị số hiệu dụng biểu diễn dạng số phức : E   j I x1 Trong : x1 = L σ gọi điện kháng tản dây quấn sơ cấp Tương tự ta có E   j I x2 Trong : x2 = L σ gọi điện kháng tản dây quấn thứ cấp Thay trị số E , E vào (3-6), (3-7) ta có phương trình cân s.ñ.ñ sau : U   E  E   I r1 =  E1  I (r1  jx1 ) =  E1  I z1 U  E  E   I r2 = E  I (r2  jx2 ) = E  I z Trong Z1  r1  jx1 ; Z  r2  jx2 : Tổng trở dây quấn sơ thứ cấp Các thành phần I z1 ; I z gọi điện áp rơi dây quấn sơ thứ cấp 3.1.2 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SỨC TỪ ĐỘNG Sức từ động số ampe vòng để sinh ra Khi có tải : tổng s.t.đ F = i 1w1 + i 2w2 sinh  Khi khoâng tải s.t.đ F0 = I0 w1sinh  Nếu bỏ qua điện áp rơi xem điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp s.đ.đ cảm ứng từ thông gây nên: U1 = E1 = 4,44fw1m Coi công suất lưới điện vô lớn U1 = Cte dù có tải hay không tải nên E1 , m = Cte Từ ta có phương trình cân s.t.đ: i1 w1 + i2 w2 = i0 w1 Viết dạng số phức (Khi I = f(t) hình sin)    I1 w1  I w  I w1 Chia vế phương trình cho w1 ta có: W I 1 I 2  I0 W1 W I  I  ( I 2 ) W1 I  I  ( I ) (3-10) ' Từ biểu thức (3-10) ta nhận thấy: lúc máy biến áp có tải, dòng điện dây quấn sơ cấp I1 gồm thành phần Một thành phần I0 dùng để tạo nên từ thông loõi FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com thép thành phần -I'2 dùng dể bù lại tác dụng dòng điện thứ cấp Do tải tăng, tức dòng điện thứ cấp I2 tăng thành phần -I'2 tăng nghóa I1 tăng để giữ cho I0 đảm bảo sinh m = Cte 3.2 CÁCH XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP Các tham số máy biến áp xác định thí nghiệm tính toán 3.2.1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THAM SỐ BẰNG THÍ NGHIỆM Có hai thí nghiệm để xác định tham số m.b.a thí nghiệm không tải thí nghiệm ngắn mạch 3.2.1.1 Thí nghiệm không tải: Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm không tải máy biến áp pha Hình 3.3 Mạch điện thay m.b.a lúc không tải Đặt điện áp hình sin vào dây quấn sơ cấp U1 = m, hở mạch dây quấn thứ cấp, nhờ vôn met, am pemet, oát met ta đo U1, U20, I0, P0 Từ số liệu ta xác định tổng trở, điện trở đện kháng m.b.a lúc không tải: P U z  r0  02 x0  z 02  r02 I0 I0 Ngoaøi xác định tỉ số biến đổi m.b.a w U k  w2 U20 Vaø hệ số công suất lúc không tải cos   P0 U I1 Lúc không tải I’2 = nên mạch điện thay m.b.a có dạng hình 3.3 Như tham số z0, r0, x0 là: Z0 = z1 + zm ; r0 = r1 + rm ; x0 = x1 + xm Trong m.b.a điện lực x1 r1 nhỏ neân coi z0 zm, r0 rm, x0 xm ta coi công suất không tải P0 thực tế xem tổn hao sắt PFe : Khi không tải ta có hệ phương trình : Nên người P0 = PFe U   E  I (r1  jx1 ) FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com ' ' U 20  E I1  I 3.2.1.2 Thí nghiệm ngắn mạch: Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiện ngắn mạch m.b.a pha Dây quấn thứ cấp bị nối ngắn mạch điện áp dây quấn sơ cấp phải hạ thấp cho dòng điện dòng điện định mức In = Iđm Từ máy đo ta biết Un, In, Pn : zn  Un In rn  Pn I n2 xn  z n2  rn2 Các ngắn mạch Un bé nên từ thông lúc ngắn mạch bé nghóa Io bé mạch điện thay máy biến áp coi hở mạch từ hóa Hình 3.5 Mạch điện thay m.b.a lúc ngắn mạch Với: zn = z1 + z2’ ; rn = r1 + r2’ ; xn = x1 + x2’ Vì lý dòng điện I0 nhỏ nên ta xem công suất lúc ngắn mạch Pn công suất dùng để bù vào tổn hao đồng dây quấn sơ cấp thứ cấp MBA: Pn = Pcu1 + Pcu2 = I1n2r1 + I’22nr’2 = I21n(r1 + r’2) = I21nrn Từ mạch điện thay hình 3.5 ta thấy điện áp ngắn mạch hoàn toàn cân với điện áp rơi m.b.a, Un gồm thành phần : - Thành phần tác dụng UnR = Inrn điện áp rơi điện trở - Thành phần phản kháng UnX = jInxn điện áp rơi điện kháng Đồ thị véc tơ MBA lúc ngắn mạch : FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Hình 3.6 a Đồ thị véc tơ m.b.a lúc ngắn mạch Tam giác điện áp lúc ngắn mạch Tam giác OAB gọi tam giác điện áp ngắn mạch Cạnh huyền biểu thị điện áp ngắn mạch toàn phần Un, cạnh góc vuông điện áp rơi điện trở điện kháng: UnR = Un cosn ; UnX = Un sinn Với n góc In Un Điện áp ngắn mạch ghi nhãn hiệu máy thường biểu diễn tỉ lệ % so với m : Un% = Un 100 % = 3% ÷ 10% U 1dm Các thành phần điện áp ngắn mạch : - Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm R I UnR% = n 1dm 100 % = Un%cos  n U 1dm - Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm X I UnX% = n 1dm 100 % = Un%sin  n U 1dm Trong đó: Rn Zn X = n Zn + Cos  n = + Sin  n Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng tính sau : I đm rn I ñm I 2ñm rn u nr   100  100 U đm I đm Sđm Chú ý: Ngắn mạch với điện áp đặt vào nhỏ In = Iđm gọi làø ngắn mạch thí nghiệm Trường hợp m.b.a làm việc với điện áp sơ cấp định mức, thứ cấp xẩy ngắn mạch (như hai dây chạm nhau, chạm đất vv) ta gọi ngắn mạch cố Lúc toàn điện áp định mức đặt lên tổng trở ngắn mạch nhỏ m.b.a nên dòng điện ngắn U mạch cố lớn: I n  1dm Zn Vì Zn nhỏ  In = (10 ÷ 25) Iđm  Nguy hiểm  Cần tránh ngắn mạch Thí dụ : Một máy biến áp có un% = 10 In cố : In = 10Iđm FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Dòng điện ngắn mạch lớn gây nên cố hư hỏng m.b.a Do trường hợp phải bố trí thiết bị rơ le bảo vệ để cắt m.b.a khỏi lưới điện 3.2.2 XÁC ĐỊNH THAM SỐ BẰNG TÍNH TOÁN Các tham số mạch từ hoá xác định từ cách tính toán mạch từ MBA p Điện trở từ hoá rm xác định theo biểu thức: rm  Fe I 02 f Trong PFe xác định theo biểu thức: p Fe  p10 / 50 [ Bt2 Gt  Bg2 G g ]( )1,3 50 I0 xác định theo biểu thức: I  I 02r  I 02x Điện kháng từ hoá xm xác định gần theo biểu thức: x m  Trong I0x tính theo biểu thức I ox  F hoaëc I ox  E1 I ox Q0 mU 2w Dưới trình bày cách xác định tham số ngắn mạch 3.2.2.1 Điện trở ngắn mạch: Các điện trở dây quấn sơ cấp thứ cấp tính biết số liệu dây quấn: Tiết diện dây quấn S1 S2, số vòng dây w1 w2 chiều dài trung bình vòng dây Itb1, Itb2: Và: w1 I tb1 () S1 w I r2  k r  75 tb () S2 r1  k r  75 Trong kr = 1,03  1,05 hệ số kể đến tổn hao gây nên từ trường tản 1 điện trở suất đồng 75 (đối với nhôm  75  )  75  47 29 w  Do điện trở ngắn mạch: rn  r1    r2  w2  3.2.2.2 Điện kháng ngắn mạch: Việc xác định x1 x’2 liên quan đến phân bố từ trường tản dây quấn Nhưng việc xác định cách xác phân bố từ trườn g phức tạp, x x’ tính toán gần với giả thiết đơn giản (thí dụ trường hợp dây quấn hình trụ) Điện kháng ngắn mạch tính: Dtb k r    2' a  a2 x n  x1  x 2'  2f  2 fw12 (a12  ) i1 i Trong đó: Dtb đường kính trung bình hai ống dây KR = 0,93 0,98 hệ số qui đổi từ trường tản lý tưởng từ trường tản thực tế Các trị số a1, a2, a12 hình vẽ FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Thí dụ: Cho m.b.a ba pha có số liệu sau: Sđm = 5600kVA; U1/U2 = 35000/66000V; I2/I1 = 92,5/490A; P0 = 18,5 kW; I0% = 4,5; Un% = 7,5; Pn = 57 kW; f = 50 Hz; Y/-11 Hãy xác định: a Các tham số lúc không tải z0, r0 x0? b Các tham số zn, rn, xn thành phần điện áp ngắn mạch phần trăm? Giải a Điện áp pha sơ cấp U1f  U1 35000   20200V 3 Dòng điện pha không tải I 0f = I0%.Iđm = 0,045x92,5 = 4,16A Các tham số không tải U 1f 20200   4857,6Ω I 0f 416 P 18500 r0  02   356 3I0f 3x4,162 z0  x  z 20  r02  4850  356  4844,5Ω b Điện áp pha ngắn mạch tính từ phía sơ cấp U1n  U1fun  20200x0,075  1520V Các tham số ngắn maïch U1n 1520   16,4 I1f 92,5 P 57000 rn  n2   2,22 3I1f 3x92,52 zn  x n  z 2n  rn2  164  2222  1625Ω Các thành phần điện áp ngắn maïch unr %  unx %  I1frn 92,5x2,22 100  100  1,01 U1f 20200 I1f xn 92,5x16,3 100  100  7,45 U1f 20200 Câu hỏi Tại tăng dòng điện thứ cấp dòng điện sơ cấp lại tăng lên? Lúc từ thông máy biến áp có hay đổi hay không? Làm để xác định tham số từ hoá máy biến áp? Thực chất dòng điện không tải, tổn hao không tải gì? Tại dung lượng máy biến áp nhỏ dòng điện không tải lại lớn? Khi không tải, tăng điện áp đặt vào máy biến áp cos máy biến áp thay ñoåi sao? FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Làm để xác định tổng trở sơ thứ cấp máy biến áp? Tổn hao ngắn mạch tổn hao gì? Khi thí nghiệm ngắn mạch phải hạ điện áp xuống, thường bao nhiêu? Nếu đặt toàn điện áp định mức vào lúc ngắn mạch sao? Trị số điện áp ngắn mạch có ý nghóa gì? Bài tập Cho m.b.a có dung lượng Sđm = 20000kVA, U1 = 126,8kV, U2 = 11kV, f = 50Hz, diện tích tiết diện lõi thép S = 35,95 cm2, mật độ từ thông B = 1,35T.Tính số vòng dây dây quấn sơ thứ cấp Đáp số: w1 = 117694 vòng W2 = 10210 vòng CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP Để tiện lợi cho việc nghiên cứu, tính toán máy biến áp người ta thay mạch điện mạch từ máy biến áp mạch điện tương đương gồm điện trở điện kháng đặc trưng cho máy biến áp gọi mạch điện thay máy biến áp Để nối trực tiếp mạch sơ cấp thứ cấp với thành mạch điện, dây quấn sơ thứ cấp phải có điện áp Trên thực tế điện áp dây quấn lại khác (U1 khác U2) Vì phải qui đổi hai dây quấn dây quấn chúng có chung cấp điện áp Muốn hai dây quấn phải có số vòng dây Thường người ta qui đổi dây quấn thứ cấp dây quấn sơ cấp, nghóa coi dây quấn thứ cấp có số vòng dây số vòng dây quấn sơ cấp (w2 = w1) Việc qui đổi thuận lợi cho việc tính toán không làm thay đổi trình vật lý lượng xảy máy biến áp 4.1 QUI ĐỔI MÁY BIẾN ÁP Trước tiên tất lượng qui đổi từ thứ cấp sơ cấp gọi lượng qui đổi kí hiệu thêm dấu phẩy đầu Thí dụ sức điện động thứ cấp qui đổi 4.1.1 S.đ.đ điện áp thứ cấp qui đổi E'2 U'2 : Do qui đổi dây quấn thứ cấp dây quấn sơ cấp w2 = w1 nên E'2 = E1 Ta biết : W1 E1 W  ; E1  E W2 E W2 W E 2'  E  kE W2 k Tương tự ta có : U'2 = k.U2 4.1.2 Dòng điện thứ cấp qui đổi I'2 : Việc qui đổi phải đảm bảo cho P = Cte trước sau qui đổi, nghóa : E2 I  E2' I 2' E neân I 2'  2' I  I k E2 4.1.3 Điện trở, điện kháng, tổng trở thứ cấp qui đổi r'2, x'2, z'2 : FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Khi qui đổi P = Cte nên tổn hao đồng dây quấn thứ cấp trước sau qui đổi phải nhau, nghóa : I 22 r2  I 2'2 r2' I  r   2/  r2  k 2r2  I2  Tương tự có điện kháng thứ cấp qui đổi / x2'  k x2 Tổng trở thứ cấp qui ñoåi z 2'  r2'  jx2'  k (r2  jx2 ) Tổng trở phụ tải qui ñoåi z1'  k z1 ; z1  r1  jx1 : Tổng trở tải lúc chưa qui đổi 4.1.4 Các phương trình qui đổi : Thay lượng qui đổi vào phương trình cân s.đ.đ s.t.đ ta có hệ thống phương trình viết dạng qui đổi : ' ' U   E  I z1 ' U  E  I z 2' ' I1  I 0 I 4.2 Mạch điện thay máy biến áp: Dựa vào phương trình s.đ.đ s.t.đ dạng qui đổi, ta suy mạch điện tương ứng gọi mạch điện thay máy biến áp: Với Hình 4.1 Mạch điện thay hình T m.b.a zm = rm + jxm : tổng trở từ hóa Mạch điện thay đơn giản : Trong thực tế zm >> z1 z'2 ; zm = 10  50 z1* » z'2* = 0,025  0,01 nên coi zm =  Nghóa coi I0 = 0, I1 = - I'2 Như máy biến áp thay mạch điện đơn giản sau : Hình 4.2 Mạch điện thay đơn giản m.b.a Với : zn = rn + jxn : Tổng trở ngắn mạch rn = r1 + r'2 : Điện trở ngắn mạch FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com xn = x1 + x'2 : Điện kháng ngắn mạch 4.3 CHẾ ĐỘ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 4.3.1 Độ biến thiên điện áp thứ cấp U  U 2dm  U - Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm: U U2 100 % U % = dm U dm - Nhân tử mẫu với hệ số biến áp k, ta có: U % = = kU dm  kU 100 % kU dm U 1dm  kU 100% U 1dm - Đồ thị véctơ máy biến áp ứng với sơ đồ thay gần đúng: - Từ đồ thị ta có: U % = kt (UnR%cos t + UnX%sin t ) Trong đó: +  t  arctg + kt = Xt Rt I1 I 1dm 4.3.2 Đường đặc tính - Đường đặc tính máy biến áp biểu diễn quan hệ U2 = f (I2) U1 = Udm vaø cos t  const - Từ đồ thị ta thấy, tải dung I2 tăng U2 tăng Khi tải cảm hay trở, I tăng U giảm 4.4 TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT MBA 4.4.1 Tổn hao đồng: Pd  k t2 Pn Trong đó: + Pn: công suất đo thí nghiệm ngắn mạch I + kt = I 1dm 4.4.2 Tổn hao sắt từ: FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Pst  P0 Trong đó: P0 công suất đo thí nghiệm không tải 4.4.3 Hiệu suất máy biến áp: P P2 =  P1 P2  Pst  Pd k t S dm cos  t = k t S dm cos t  P0  k t2 Pn FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE ... từ phụ; Phương trình (8-1) gọi phương trình đặc tính tốc độ động cơ: n = f (Iư) Vì: M = CMIư nên: n Rư U   C E Φ δ C E C M Φ 2δ (21.4) Phương trình (21.4) gọi phương trình đặc tính động... p  P  p P2 P2 100 100  100  100   1 P1 P2   p P1 P1   2.3.2 Quá trình lượng máy điện chiều phương trình cân :  Chế độ Máy phát điện: phần nhỏ cơng suất cung cấp vào máy phát P1... thích chiều để từ thông kích thích chiều với dư - Rt < Rth - n = nđm Phương trình dòng điện: Iư = I + Ikt Phương trình cân điện áp: Mạch phần ứng: U = – RưIư Mạch kích từ : Ukt = Ikt (Rkt +