Máy điện 1- chương 4- máy biến áp làm việc ở tải đối xứng

Thay âäøi säú voìng dáy khi maïy âang laìm viãûc (âiãöu aïp dæåïi taíi) Trong hãû thäúng âiãûn læûc cäng suáút låïn, nhiãöu khi cáön phaíi âiãöu chènh âiãûn aïp khi maïy biãún aïp âang[r]

Đại Học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện - Nhóm Chun mơn Điện Cơng Nghiệp

Giáo trình MÁY ĐIỆN

Biên soạn: Bùi Tấn Lợi

Chỉång

M.B.A LM VIỆC Ở TẢI ĐỐI XỨNG

Trong điều kiện làm việc bình thường lưới điện, ta phân phối phụ tải cho ba pha, lúc m.b.a làm việc với điện áp đối xứng dòng điện pha đối xứng Ta xét cân lượng làm việc mba điều kiện điện áp sơ cấp U1 = const, tần số f = const

4.1 GỈAN ĐỒ NĂNG LƯỢNG CỦA M.B.A

Trong trình truyền tải lượng qua MBA, phần công suất tác dụng phản kháng bị tiêu hao máy Xét mba làm việc tải đối xứng, cân lượng dựa sơ đồ thay xác hình 4.1

x’

r1 r’

2

x1

P1±jQ1 Pât± jQât P2± jQ2

pcu1±jq1 pFe± jqm

pcu2±jq2

Hình 4-2Giản đồ lượng mba

1

U& rm

0

I &

I

& '

I &2

−

xm

'

U&

−

1

E&

− Z’t

Hình 4-1Sơ đồ thay máy biến áp

Gọi P1 công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp mba:

P1= m1U1I1cosϕ1 (4.1)

Một phần công suất bù vào :

• Tổn hao đồng điện trở dây quấn sơ: pcu1= m1r1I21 • Tổn hao sắt lõi thép mba : pFe = m1rmIo2

Công suất đầu P2 cuả mba nhỏ công suất điện từ lượng

bằng tổn hao đồng điện trở dây quấn thứ : pcu2= m2r2I22 =m1r’2I’22:

P2 = Pât - pcu2 = m2U2I2cosϕ2 (4.3)

Cũng tương tự vậy, ta có cơng suất phản kháng nhận vào dây quấn sơ cấp: Q1= m1U1I1sinϕ1 (4.4)

Công suất trừ công suất để tạo từ trường tản dây quấn sơ cấp q1=

m1x1I21 từ trường lõi thép qm = m1xmIo2, phần cịn lại cơng suất phản

kháng chuyển sang dây quấn thứ cấp:

Qât = Q1 - (q1 + qm ) = m2E2I2sinΨ2 (4.5)

Công suất phản kháng đưa đến phụ tải:

Q2 = Qât - q2 = m2U2I2sinϕ2 (4.6)

Trong q2= m2x2I22 để tạo từ trường tản dây quấn thứ

Tải có tính chất điện cảm (ϕ2 > 0) Q2 > 0, lúc Q1 > cơng suất phản

kháng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp

Tải có tính chất điện dung (ϕ2 < 0) Q2 < 0, Q1 < 0, công suất phản

kháng truyền từ dây quấn thứ sang dây quấn sơ Q1 > 0, tồn cơng suất

phản kháng từ phía thứ cấp sơ cấp dùng để từ hoá MBA

Sự cân công suất tác dụng phản kháng trình bày hình 4.2

4.2 ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP THỨ CẤP MBA

Độ thay đổi điện áp thứ cấp mba ΔU hiệu số số học trị số điện áp thứ cấp lúc khơng tải U20 (điều kiện U1ì = U1đm) lúc có tải

U2

A

0

I2 U2*

βUrn*

βUnx* U1dm=1 P H

K

2

Hỗnh 4-3Xạc âënh ΔU ca mba

'

20 ' '

20 20

2 20

U U U

U U U

U= − = −

Δ

'2*

âm

' âm

1 '

; âm

U U

U U

U U

U= − = − = −

Δ (4.7)

Xác định ΔU phương pháp giải tích Gọi

' âm

' âm

2 I

I I

I

= =

β : hệ số tải mba cosϕ2: hệ số công suất mba

Ta coï: ' nr*

âm

' âm

' âm n '

âm

' n

U I

I U

I r U

I r

* nx '

âm

' âm

' âm n âm

' n

U I

I U

I x U

I x

AB= = =β

Từ A hạ đường thẳng góc AP xuống 0U’2* gọi AP = n CP = m, ta có:

m n

U'2* = − − m n U

2 '

*

2 ≈ − −

2 n m U

1 U

2 '

*

* = − = +

Δ (4.7)

Tính m n, ta :

m = CK+KB = β(Unr*cosϕ2+Unx*sinϕ2)

n = AH-HP = β(Unx*cosϕ2-Unr*sinϕ2)

Vậy ΔU*= β(Unr*cosϕ2+Unx*sinϕ2) + β2 (Unx*cosϕ2-Unr*sinϕ2)2/2

Số hạng sau nhỏ bỏ qua nên:

ΔU*= β(Unr*cosϕ2 + Unx*sinϕ2) (4.8)

Tính ΔU* theo %, ta viết lại biểu thức trên:

ΔU*% = β(unr%cosϕ2 + unx%sinϕ2) (4.9)

hoặc ΔU*% = βun%(cosϕn.cosϕ2 + sinϕn.sinϕ2) (4.10)

β=1

ΔU%

1

cosϕ2 unx% unr%

-unx%

ϕ2>

cosϕ2=0.8

cosϕ2=0.8

β ΔU%

0

ϕ2<

cosϕ2=1

(b)

Hỗnh 4-4

a.Quan h ΔU=f(β) ⎢cosϕ = const

b Quan hệ ΔU= f(cosϕ2) ⎢β = const

(a)

Hình 4.4 cho biết quan hệ ΔU = f(β) cosϕ2 = Cte ΔU = f(cosϕ2)

4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA M.B.A

Ta thấy ΔU=f(β,cosϕ2) U2 phụ thuộc vào β cosϕ2, để giữ cho U2 =

const tăng tải tỉ số biến áp k phải thay đổi, nghĩa ta phải thay đổi số vòng dây N

Một cuộn dây có hai đầu ra, cuối cuộn dây ta đưa số đầu dây ứng với vòng dây khác để thay đổi điện áp

4.3.1. Thay đổi số vòng dây máy ngừng làm việc:

Dùng cho máy biến áp hạ áp điện áp thứ cấp thay đổi điều chỉnh điện áp theo đồ thị phụ tải hàng năm

Đối với mba cơng suất nhỏ : pha có đầu phân nhánh : ± 5%Uđm

Đối với mba cơng suất lớn : pha có đầu phân nhánh: ±2x 2.5%Uđm

Việc thực đổi nối máy ngừng làm việc, nên thiết bị đổi nối đơn giản, rẻ tiền, đặt thùng dầu tay quay đặt nắp thùng

Các đầu phân áp đưa cuối cuộn dây việc cách điện chúng dễ dàng (hình 4.5a)

Các đầu phân áp đưa cuộn dây lực điện từ đối xứng từ trường tản phân bố (hình 4.5b)

Hình 4-5 Các kiểu điều chỉnh điện áp mba

(a) (b)

K K K

X1 X1

X2

X1

X2 X2

C2

C2 C2

C1 C1

C1

T1

T1

T1

T2 T2

T2

(b)

(a) (c)

Hình 4-6 Thiết bị đổi nối trình điều chỉnh điện áp mba điều chỉnh tải

Việc đổi nối đầu phân áp MBA điều chỉnh tải phức tạp phải có cuộn kháng K (hình 4.6) để hạn chế dòng điện ngắn mạch phận dây quấn bị nối ngắn mạch thao tác đổi nối Hình 4.6 trình bày trình thao tác đổi nối từ đầu nhánh X1 sang đầu nhánh X2, T1, T2 tiếp xúc

trược; C, C2 cơng-tắc-tơ Ở vị trí (a c) dịng qua cuộn kháng K theo hai chiều

ngược nhau, nên từ thông lõi thép gần không, điện kháng X cuộn kháng bé Trong vị trí trung gian (b) dòng ngắn mạch chạy qua K chiều nên có từ thơng φ X lớn, làm giảm dịng ngắn mạch In

Cơng-tắc-tơ C1, C2 đặt riêng thùng dầu phụ gắn vào vách thùng dầu,

q trình đóng cắt cơng-tắc-tơ làm bẩn đầu

Trên hình 4.7 trình bày sơ đồ nguyên lý điều áp tải dùng điện trở R Điện trở R làm chức hạn chế dòng điện ngắn mạch Còn hinh 4.8 cho ta thấy việc bố trí điều áp tải thùng mba

Hình 4-7 Nguyên lý điều áp tải dùng điện trở R

R

A X

4.4 HIỆU SUẤT CỦA M.B.A

Hiệu suất mba tỉ số công suất đầu P2 công suất đầu vào P1:

100 P P %

1

=

∑ = = ni nI nI I Z Z I Z I Z I & &

& (4.19a)

∑ = = ni nII nII II Z Z I Z I Z I & &

& ; (4.19b)

∑ = = ni nIII nIII III Z Z I Z I Z I & &

& (4.19c)

Thường ϕnI≈ϕnII≈ϕnII nên chuyển tính từ số phức sang tính mơđun:

Ta có : đm đm n n I U u z = Từ dòng mba I, ta có :

∑ = ni âmi âmI nI I u I I u I

I2 , (4.20)

nhân hai vế cho

âm âm âm âm âm I U U S U

= , ta có hệ số tải máy : ∑ = β ni đmi nI I u S u S (4.21a) ∑ = β ni đmi nII II u S u S (4.21b) ∑ = β ni đmi nIII III u S u S (4.21c)

Như vậy, từ (4.21a,b c) ta thấy hệ số tải MBA làm việc song song tỉ lệ nghịch với điện áp ngắn mạch chúng :

βI : βII : βIII =

nI u : nII u : nIII u (4.22)

Như vậy, mba làm việc song song, có điện áp ngắn mạch un nhau,

tải phân bố tỉ lệ với công suất máy Nếu un khác MBA có un lớn, β

nhỏ un nhỏ, β lớn Khi máy có un nhỏ làm việc định mức MBA có un lớn

sẽ hụt tải, kết không tận dụng hết công suất thiết kế máy

VÊ DUÛ 4.2

Cho ba MBA có tổ nối dây quấn tỉ số biến đổi với số liệu sau : SđmI =

180kVA, SâmII = 240kVA, SâmIII = 320kVA; unI% = 5,4, unII% = 6,0, unIII% = 6,6

Hãy xác định tải MBA tải chung MBA tổng công suất chúng tính xem tải tối đa MBA để khơng MBA bị q tải ?

Gii

Tổng công suất ba máy :

S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA Hệ số tải máy :

1,125

) , 320 240 , 180 ( , 740 u S u S ni âmi nI I = + + = = β ∑ ∑

1,01

) , 320 240 , 180 ( 740 u S u S ni âmi nII II = + + = = β ∑ ∑ 92 , ) , 320 240 , 180 ( , 740 u S u S ni âmi nIII III = + + × = = β ∑ ∑

Công suất tải máy :

SI = βI.SâmI = 1,125 x 180 = 202,5 kVA

SII = βII.SâmII = 1,01 x 240 = 243 kVA

SIII = βIII.SâmIII = 0,92 x 320 = 294,5 kVA

Ta thấy MBA I có un nhỏ bị tải nhiều, MBA III có un lớn bị

hụt tải Tải tổng tối đa để không MBA bị tải ứng βI = Lúc ta có :

1 ) , 320 240 , 180 ( , S u S u S ni âmi nI I = + + × = = β ∑ ∑

⇒ S = 657,72 kVA

Rõ ràng phần công suất đặt MBA không lợi dụng : 740 - 658 = 82 kVA