Thí nghiệm máy điện- bài thực hành số 1- máy biến áp 3 pha

Thê nghiãûm khäng taíi laì âãø xaïc âënh hãû säú biãún aïp k, täøn hao sàõt tæì trong loîi theïp p Fe , vaì caïc thäng säú cuía mba åí chãú âäü khäng taíi... IV.CÁU HOÍI KIÃØM TRA.[r]

Thí nghiệm Máy điện Trang BI THÍ NGHIỆM SỐ

MÁY BIẾN ÁP BA PHA

I MỤC ĐÍCH V U CẦU THÍ NGHIỆM: 1 Mục đích:

- Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý làm việc máy biến áp pha.(tổ mba pha) - Xác định thông số máy biến áp pha

- Xác định vài đường đặc tính máy biến áp 2 Yêu cầu :

- Xem kỹ phần phụ lục để biết thiết bị, cách ghép nối, từ thuật ngữ cần thiết cho thí nghiệm

- Xem lại đặc điểm mạch điện 3pha II TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Nguyên lý làm việc MBA

Hình 1.1 vẽ sơ đồ nguyên lý mba pha hai dây quấn Dây quấn có W1 vịng dây nối với nguồn điện áp xoay chiều u1, gọi dây quấn sơ cấp Dây quấn có W2 vòng dây cung cấp điện cho phụ tải Zt, gọi dây quấn thứ cấp

Đặt điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ, dây quấn sơ có dịng i1 Trong lõi thép có từ thơng Φ móc vịng với hai dây quấn gọi từ thơng chính, từ thơng cảm ứng dây quấn sơ sđđ e1 dây quấn thứ sđđ e2 Khi mba có tải, dây quấn thứ có dịng điện i2 đưa tải với điện áp u2

Giả thử điện áp u1 sin nên từ thông Φ biến thiên sin có dạng:

t sin

m ω

Φ =

Φ

Sđđ cảm ứng e1, e2 sinh dây quấn sơ cấp thứ cấp mba là:

) 90 t sin( E ) 90 t sin( N

dt d W

e1 =− 1 Φ =ω 1Φm ω − = 1 ω −

) 90 t sin( E ) 90 t sin( N

dt d W

e2 =− 2 Φ =ω 2Φm ω − = 2 ω −

trong đó, E1, E2 trị số hiệu dụng sđđ sơ cấp thứ cấp, cho bởi: m

1 m

1 m

1

1 2fN 4,44fN

2 N

E =ω Φ =π Φ = Φ

Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý mba pha hai dây quấn

u2

∼ u1

i1 i2

Zt

Φ

m m

2 m

2

2 2fN 4,44fN

2 N

E = ω Φ =π Φ = Φ

Tỉ số biến áp k mba:

2

2

N N E E

k= =

Nếu bỏ qua sụt áp gây điện trở từ thơng tản dây quấn E1≈ U1 E2≈ U2

k

N N E E U U

2

2

2

Thí nghiệm Máy điện Trang 10

2 Phương trình cân

Ngồi từ thơng Φ chạy lõi thép, mba stđ i1N1 i2N2 sinh từ thông tản Φt1 Φt2 Từ thông tản khơng chạy lõi thép mà móc vịng với khơng gian vật liệu sắt từ dầu biến áp, vật liệu cách điện Vật liệu nầy có độ từ thẩm bé, từ thơng tản nhỏ nhiều so với từ thơng từ thơng tản móc vịng với dây quấn sinh Các từ thông tản Φt1 Φt2 biến thiên theo thời gian nên cảm ứng dây quấn sơ cấp sđđ tản et1 thứ cấp sđđ tản et2, mà trị số tức thời là:

dt d dt

d N

et1 =− 1 Φt1 =− Ψt1 ;

dt d dt

d N

et2 =− 2 Φt2 =− Ψt2

Trong đó: Ψt1 = N1Φt1là từ thơng tản móc vịng với dây quấn sơ cấp; Ψt2 =N2Φt2 từ thơng tản móc vịng với dây quấn thứ cấp Do từ thơng tản móc vịng tỉ lệ với dịng điện sinh :

; 1 t t =L i

Ψ Ψt2 =Lt2i2

Trong đó: Lt1 Lt2 điện cảm tản dây quấn sơ cấp thứ cấp Ta có sđđ tản sau từ thơng móc vịng vào:

dt di L

et1 =− t1 ;

dt di L et2 =− t2 Biễu diễn sđđ tản dạng phức số :

1 1

1

1 j L I jx I E&t =− ω t & =− & ;

2 2

2

2 j L I jx I

E&t =− ω t & =− &

trong đó: x1 = ωLt1 điện kháng tản dây quấn sơ cấp, x2 = ωLt2 điện kháng tản dây quấn thứ cấp

Phương trình cân điện áp dây quấn sơ cấp thứ cấp:

Xét mạch điện sơ cấp gồm nguồn điện áp u1, sđđ e1, điện trở dây quấn sơ cấp r1, sđđ tản sơ cấp et1 Mạch điện thứ cấp gồm sđđ e2, điện trở dây quấn thứ cấp r2, sđđ tản thứ cấp et2, điện áp hai đầu dây quấn thứ cấp u2 Áp dụng định luật Kirchhoff ta có phương trình điện áp sơ cấp thứ cấp viết dạng trị số tức thời là:

u1 + e1 + et1 = r1i1; e2 + et2 = u2 + r2i2 u1 = - e1 - et1 + r1i1: u2 = e2 + et2 - r2i2

Biểu diễn dạng số phức thay sđđ tản vào phương trình, ta có:

1 t

1 E E r I

U& =−& − & + & =−E&1+ jx1I&1 +r1&I1

2 t

2 E E r I

U& = & + & − & =E&2 − jx2&I2 −r2&I2

Vậy phương trình điện áp sơ cấp thứ cấp viết dạng phức là:

(1-1)

1 1 1

1 E (r jx )I E Z I

U& =−& + + & =−& + &

2 2 2 2

2 E (r jx )I E Z I

U& = & − + & = & − &

Thí nghiệm Máy điện Trang 11

1I

Z & điện áp rơi dây quấn sơ cấp Z2&I2là điện áp rơi dây quấn thứ cấp

Phương trình cân std

Định luật Ohm từ áp dụng vào mạch từ (hình 1.1) cho ta:

W1i1 + W2i2 = RμΦ (1-2)

Thường Z1I&1<<E&1 nên từ (1-1), ta có E1≈ U1 Vậy từ thông cực đại lõi thép:

1 m

fN 44 ,

U

= Φ

Ở U1 = U1đm ,tức U1 không đổi, từ thông Φm khơng đổi Do vế phải (1-2) khơng phụ thuộc dịng i1 i2, nghĩa khơng phụ thuộc chế độ làm việc mba Đặc biệt chế độ khơng tải, dịng i2 = i1 = i0 dịng điện khơng tải sơ cấp Ta suy ra:

N1i1 + N2i2 = N1i0

Hay: N1&I1+N2I&2 = N1&I0

Chia hai vế cho W1 chuyển vế, ta có:

) I ( I ) N N I ( I

I 0 '2

1 2

1 & & & &

& = + − = + −

trong âoï:

k I I'2 &2

& = dịng điện thứ cấp qui đổi phía sơ cấp, k =

N N

Dòng điện gồm hai thành phần, thành phần dịng điện khơng đổi dùng để tạo từ thơng Φ lõi thép mba, thành phần dịng điện dùng để bù lại dòng điện thứ cấp , tức cung cấp cho tải

1 I

& &I0

2 I

&

−

I

&

Tm li mọ hỗnh ton cuớa mba sau:

(1.3a)

1

1 E Z I

U& =−& + &

(1.3b)

2

2 E Z I

U& = & − & ) I ( I

I1 &0 &'2

& = + − (1.3c)

Mạch điện thay MBA

Để đặc trưng tính tốn trình lượng xảy mba, người ta thay mạch điện mạch từ mba mạch điện tương đương gồm điiện trở điện kháng đặc trưng cho mba gọi mạch điện thay mba

Qui đổi đại lượng thứ cấp sơ cấp.

Nhân phương trình (1.3b) với k, ta có:

k I ) Z k ( k I ) Z k ( E k U

Thí nghiệm Máy điện Trang 12

; ;

2 '

2 k Z

Z = r2' =k2r2 x'2 =k2x2

; ;

t '

t k Z

Z = rt' =k2rt x't =k2xt

Phương trình (1.3b) viết lại thành: ' ' t ' ' ' '

2 E Z I Z I

U& = & − & = &

Trong đó: , , , , tương ứng sđđ, điện áp, dòng điện, tổng trở dây quấn tổng trở tải thứ cấp qui đổi sơ cấp

' 2

E& U&2' I&'2 Z2' Zt'

Tóm lại mơ hình toán mba sau qui đổi :

1 1 E Z I

U& =−& + &

' t ' ' ' '

2 E Z I Z I

U& = & − & = & )

I ( I

I1 &0 &'2

& = + −

Mạch điện thay mba.

Dựa vào hệ phương trình qui đổi, ta suy mạch điện tương ứng gọi mạch điện thay mba (hình 1-2)

Sđđ điện áp rơi

tổng trở Z E& −

m, đặc trưng cho từ thông tổn hao sắt từ Từ thơng dịng điện khơng tải sinh ra, ta viết :

0 m m m

1 (r jx )I Z I

E& = + & = &

−

x’2

r1 r’

2 x1

Z’t

U&

1

E&

rm xm

'

I & −

'

U& −

1

I

& I&o

Hình 1-2 Mạch điện thay máy biến áp

trong đó: Zm = rm + jxm tổng trở từ hóa đặc trưng cho mạch từ • rm điện trở từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt từ pFe = rmI20 • xm điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thơng Φ Mạch điện thay đơn giản mba

Thơng thường tổng trở nhánh từ hóa lớn (Zm >> Z1 Z’2), bỏ qua nhánh từ hóa (Zm = ∞ ) thành lập lại sơ đồ thay gần (Hình 1.3)

1

U&

rn xn ' I

I &

& =− −U& '2 Z’ t

Hình 1-3 Mạch điện thay đơn giản mba Khi bỏ qua tổng trở nhánh từ hóa, ta có:

Zn = Z1 + Z’2 = rn + jxn (1.4) Trong đó: Zn = rn + jxn tổng trở ngắn mạch mba; rn = r1 + r’2 điện trở ngắn mạch mba; xn = x1 + x’2 điện kháng ngắn mạch mba

4 Chế độ không tải MBA

Thí nghiệm Máy điện Trang 13

Phương trình mạch điện thay MBA khơng tải.

Khi khơng tải (Hììình 1.4) dịng điện thứ cấp I2 = 0, ta có phương trình là:

0

1 E I Z

U& =−& +&

hoặc U&1 =I&0(Z1+Zm)=&I0Z0 (1.5)

trong đó: Z0 = Z1 + Zm = r0 + jx0 tổng trở không tải mba

Thí nghiệm khơng tải MBA

Thí nghiệm không tải để xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ lõi thép pFe, thông số mba chế độ không tải

r1

Sơ đồ nối dây thí nghiệm khơng tải (hình 1.4) Đặt điện áp U1 = U1đm vào dây quấn sơ cấp, thứ cấp hở mạch, dụng cụ đo cho ta số liệu sau: P0 công suất tổn hao khơng tải; I0 dịng điện khơng tải; cịn U1đm U20 điện áp sơ cấp thứ cấp Từ ta tính được:

a) Hệ số biến áp k:

20

U U =

k âm

b) Dịng điện khơng tải phần trăm : 100 1% 10% I

I % i

dm

0

0 = = ÷

c) Tổn hao lõi thép : pFe = P0 - r1I0 2≈ P

0 d) Tổng trở không tải

+ Điện trở không tải: r0 = r1 + rm = 0

I P

Do rm >> r1 nên gần lấy bằng: rm = r0 - r1 + Tổng trở không tải :

0 dm

I U

Z =

+ Điện kháng không tải x0 =x1+xm = z02 −r02

Điện kháng từ hóa xm >> x1 nên lấy gần bằng: xm = x0 e) Hệ số công suất không tải.:

0 dm

0

I U

P

cosϕ =

x’ r’2 x1

V W

A V

Hình 1.4 Sơ đồ thay mba không tải Sơ đồ nối dây thí nghiệm khơng tải 1

U&

1

E& −

rm xm 0

1 I

Thí nghiệm Máy điện Trang 24 Bảng

Es U1-6 U4-9 K1 K2 K3 K

120

Góc lệch pha

240

380

Baíng

Số lần Kết đo Kết tính

U1-6 U6-11 U11-1 I1 I7 I3 P1 P3 U0 I0 P0 cosϕ0

1 10

Baíng

Kết đo Kết tính

Số lần

U1-6 U6-11 U11-1 I1 I7 I3 P1 P3 Un In Pn

Thí nghiệm Máy điện Trang 25 Bảng

Kết đo Kết tính

Số lần

U1-6 U6-11 U11-1 I1 I7 I3 P1 P3 I2 U2 Ptc η%

Tải trở R

2

Phuû Ti R-L

2

Phủ Ti R-C

2

IV.CÂU HỎI KIỂM TRA

1 Phân biệt sơ đồ đấu nối MBA, điện áp, dòng điện dây pha cuộn dây sơ đồ đấu nối

3 Phân biệt thí nghiệm ngắn mạch chế độ ngắn mạch Ý nghĩa đường đặc tính máy biến áp

5 Cách xác định thơng số máy biến áp thí nghiệm

6 Cách tạo File cấu hình, bảng số liệu, lưu số liệu vẽ đồì thị phần mềm Lab - Volt