Chương 4. Máy biến áp

Khi biến áp không tải bộ dây sơ cấp đóng vai trò như môt cuôn cảm, do đó chúng ta có thể tương đồng sức điện động cảm ứng ở sơ cấp với sức điện động tự cảm sinh ra trong cuôn dây khi dòn[r]

MÁY BIẾN ÁP

•Máy biến áp sử dụng rông

MÁY BIẾN ÁP DÙNG TRONG

MÁY MÓC

MÁY BIẾN ÁP

3.1 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP

Cấu tạo máy biến áp gồm hai bộ phận là: lõi thép dây quấn

a) Lõi thép:

• Lõi thép phần mạch từ máy biến áp

dung để dẫn từ thơng máy, ghép từ thép kỹ thuật điện:

- lá thép có độ dày 0,35 đến 0,5mm;

- là hợp kim sắt Silic.

- Hình dạng: chữ U, chữ E, chữ I

Hình 3-3 thép E, I biến áp pha

•Lõi thép chia thành hai phần: + Trụ là nơi để đặt dây quấn

+ Gơng là phần khép kín mạch từ trụ

b) Dây quấn: dây đồng (hoặc nhơm)

tiết diện trịn (hình chữ nhật), có bọc cách điện.

MBA có hai cuộn dây:

Cuộn sơ cấp:

là cuộn dây nhận lượng vào (cuộn nối với nguồn)

u1; i1; W1; r1; X1; P1

Cuộn thứ cấp:

là cuộn đưa lượng (cuộn nối với tải)

3.2 NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP

3.2 NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP

3.2.1 THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC:

a) Điện áp định mức

▪ Điện áp sơ cấp định mức U1đm: điện áp quy định cho dây quấn sơ cấp.

▪ Điện áp thứ cấp định mức U2đm: điện áp các cực dây quấn thứ cấp.

▪ Quy ước:

b) Dòng điện định mức:

Dòng điện định mức sơ cấp I1đm

Dịng điện định mức phía thứ cấp (ký hiệu I2đm) là dòng điện qui định nhà sản xuất cho phép qua

dây quấn để biến áp vận hành đạt công suất định mức

tương ứng với điện áp định mức Quy ước:

MBA pha: dòng điện định mức dòng điện pha MBA pha: dòng điện định mức dòng điện dây.

c) Công suất định mức:

là công suất biểu kiến thứ cấp chế độ làm việc định mức

MBA pha: Sđm = U2đmI2đm = U1đmI1đm

Điện áp nguồn cấp từ nguồn định mức: U1 = U1đm

Điện áp thứ cấp lúc không tải: U20 = U2đm.

• Điện áp thứ cấp áp đặt ngang qua hai đầu tải: U2 ( U2  U20)

• Tại tải bất kỳ, dịng qua tải dây quấn thứ cấp biến áp là I2 , dòng điện sơ cấp I1

Hệ số tải Kt: biết mức độ tải máy biến áp so với công suất định mức qui định nhà sản xuất.

Trong S2 cơng suất biểu kiến cấp đến tải từ thứ cấp biến áp: S2 = U2I2

Với định nghĩa theo trên, hệ số tải có giá trị

khoảng:  Kt  1 cần ý thêm cách nói sau: Máy biến áp non tải (under load) Kt <

Máy biến áp đầy tải (hay tải định mức – full load) khi Kt = 1

Máy biến áp tải (over load) Kt >1

Máy biến áp mang nửa tải Kt = 0,5

26



Đặt điện áp xoay chiều u1 vào hai đầu cuộn dây sơ cấp N1 sẽ có dịng điện i10 chạy dây quấn sơ cấp

Xung quanh dịng điện có từ trường, hay nói cách khác xung quanh cuộn sơ cấp có từ trường.

Do dịng điện i10 là dịng điện có độ lớn thay đổi theo quy luật hình sin nên từ trường xung quanh cuộn sơ cấp cũng biến đổi theo quy luật hình sin  sinh từ thơng  biến

thiên hình sin chạy lõi thép, từ thơng xuyên qua cả hai dây quấn sơ cấp thứ cấp gọi từ thơng chính.

Từ thơng gây cuộn dây sơ cấp và thứ cấp sức điện động là:

1

d

e N

dt



= − e2 N2 d

dt

1 1

( sin )

e 2 sin( )

2

ma x

d t

N E t

dt

  



= − = −

2 2

( sin )

e 2 sin( )

2

ma x

d t

N E t

dt

  



= − = −

1

E = 4, 44 fN ma x

2

E = 4, 44 fN ma x

Trong đó:

E1; E2 là trị hiệu dụng sức điện động sơ cấp thứ cấp

( ma x sin t)

1 1

2 2

U E N

k U = E = N =

gọi hệ số máy biến áp:

Bỏ qua điện trở dây quấn từ thơng tản ra ngồi khơng khí, coi:

1 2 E N k E N = =

Máy tăng áp: U2 > U1; N2 > N1

Xác định số vòng dây sơ cấp thứ cấp

a Mạch tương đương biến áp chế độ khơng tải

 Ngồi thành phần từ thông , ta cần ý đến đường sức từ trường khơng móc vịng lỏi thép móc vịng qua cuộn dây sơ cấp chạy khơng khí Thành phần gọi từ thơng tản, kí hiệu t1

 Khi xét riêng phía sơ cấp, từ thơng  biến thiên theo thời gian t hình thành sức điện động cảm ứng sơ cấp e1 Khi biến áp không tải dây sơ cấp đóng vai trị mơt cn cảm, tương đồng sức điện động cảm ứng sơ cấp với sức điện động tự cảm sinh cuôn dây dòng điện qua dây quấn biến thiên theo thời gian

b Mạch tương đương biến áp chế độ không tải

Thành phần từ thông tản t1 đặc trưng phần tử điện cảm gọi điện kháng tản từ phía sơ cấp, kí hiệu Xt1

Với N1 vịng dây quấn sơ cấp, ta có điện trở dây quấn phía thứ cấp R1

 Khi xét riêng phía sơ cấp, từ thơng  biến thiên theo thời gian t hình thành sức điện động cảm ứng sơ cấp e1 Khi biến áp không tải dây sơ cấp đóng vai trị mơt cn cảm, tương đồng sức điện động cảm ứng sơ cấp với sức điện động tự cảm sinh cn dây dịng điện qua dây quấn biến thiên theo thời gian

Khi MBA vận hành chế độ khơng tải, từ

thơng lõi thép biến thiên theo thời gian nên tạo dịng điện xốy ( dịng Foucault) trên

các thép Ngồi tùy thuộc vật liệu dẫn từ tạo nên thép ta cịn có tổn hao thép

Các thành phần tổn hao thép phụ thuộc vào độ lớn từ cảm B hay từ thơng  Do có thể xem tổn hao thép tỉ lệ với giá trị hiệu dụng

sức điện động E.1.

Im: thành phần dịng từ hóa I10. IC: thành phần dòng điện I10

b Phương trình cân áp

+ Trường hợp chưa xét đến tổn hao thép

1d 1 10

1 10

( X ).

X

m t

m m

m

U E R j I

E j I

I I

+ = + = −

+ Trường hợp có xét đến tổn hao thép

1d 1 10

1 10

( X ). X

m t

C C m m

C m

U E R j I

E R I j I

I I I

+ = +

= − = −

c Thí nghiệm không tải

Công suất tác dụng tiêu thụ sơ cấp biến áp

Tổn hao không tải bao gồm: tổn hao thép tổn hao

trên điện trở dây quấn sơ cấp R1 do dịng khơng tải.

Thực tế R1 << RC và dịng khơng tải có giá trị thấp

nên (R1I210 ) nhỏ khơng đáng kể Vì coi tổn

hao không tải tổn hao thép (hay tổn hao không tải chủ yếu tổn hao thép:

Hệ số công suất không tải

Với mạch gần MBA không tải, ta có: 1d 1d 2 10 d m C m C C m C m m m U R P U I R

I I I

MỤC TIÊU CỦA THÍ NGHIỆM KHƠNG TẢI

Thơng qua thí nghiệm khơng tải cho phép ta xác định các thông số sau máy biến áp:

Tỉ số biến áp

Dịng khơng tải phần trăm dịng khơng tải Tổn hao thép

Hệ số công suất không tải

Khi thực thí nghiệm khơng tải, tiến hành theo bước sau:

Hở mạch thứ cấp, không nối tải vào thứ cấp Lắp thiết bị đo phía sơ cấp theo mạch

Cấp áp vào sơ cấp biến áp định mức đọc giá trị thiết bị đo

c Phương trình cân áp dịng Tại phía sơ cấp:

1d 1 1

1

( X ).

X

m t

C C m m

U E R j I

E R I j I

+ = + = − = −

Tại phía thứ cấp:

2 2 2

2

( X ).

.

t

t

E U R j I

U Z I

= + + =

Phương trình cân sức từ động:

1. 2. 1. 10

d Mạch tương đương biến áp quy đổi thứ cấp sơ cấp ' 2 ' 2 ' 2 2 ' k t t t t U kU

R k R

X k X

Z Z

= =

= =

2 ( X ).t2

E = U + R + j I

2 ( X ).t2

kE = kU + k R + j I

2 2

2 ( X ).t2

I

kE kU k R jk

k

= + +

2

1 1 ( X ).t2

E = U + k R + jk I

1 2

U E I

k

U E I

= = =

' 2

Chế độ ngắn mạch MBA

Chế độ ngắn mạch biến áp xảy tổng trở tải phía thứ cấp có giá trị Zt =

Chế độ ngắn mạch MBA Trong chế độ ngắn

mạch, tổn hao thép xem như không đáng kể

Zn tổng trở ngắn mạch,

Rn thành phần điện trở ngắn mạch,

3.3 GIÃN ĐỒ PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA MBA

Hiệu suất :

P P

 =

3.3.2 Biểu thức hiệu suất

Tại tải ta có:

Trong cos2 là hệ số cơng suất phía thứ cấp hệ số cơng suất tải