Bài giảng môn Kỹ thuật điện – Chương 6: Máy biến áp

Bài giảng môn Kỹ thuật điện – Chương 6: Máy biến áp gồm có những nội dung chính sau: Khái niệm chung về máy biến áp, nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha, cấu tạo máy biến áp, các phương trình cơ bản trong máy biến áp (mô hình toán học của máy biến áp), phát nóng và làm mát trong máy điện.

Chương VI : MÁY BIẾN ÁP c om 6.1 Khái niệm chung MBA: co TB giảm U ng th an TB tăng U Nguồn ng *) Định nghĩa, ứng dụng: du o Máy biến Xa, áp xa u Cùng công suất truyền tải S: Tải cao S= U I cu - Giảm ∆Ud - Giảm ∆Pd Giảm - Giảm tiết diện dây s => Giảm chi phí đầu tư CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt *) Các đại lượng định mức: Công suất MBA pha: c om Điện áp : U1đm U2đm [VA] ng S®m = 3U ®m I ®m = 3U1®m I1®m I1đm an co [V] U1đm SC ng th Thường ký hiệu: U1đm/U2đm du o Dòng điện : I1đm , I2đm [A] cu u Chú ý: Các đại lượng i, u định mức MBA pha đại lượng dây CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt I2đm TC U2đm 6.2 Nguyên lý làm việc MBA pha φ i1~ => φ móc vịng qua dây quấn i1 c om u1~ W1 u1~ => e1 e2: co an ng du o u e1 = − W1φm ω cos ωt π e1 = 2πfW1φm sin(ωt − ) e1 = 2E1 sin(ωt + ψ e ) cu Thứ cấp th Sơ cấp w1,2 : số vòng dây sơ thứ cấp Giả sử φ = φm sinωt Tải ng dφ e1 = − W1 dt dφ e2 = − W2 dt W2 2πfW1φm E 1= E1 = 4,44fW1 φm ψE = - 90O E CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt φ E2 = 4,44fW2 φm Tương tự => e2 có: Khi nối dây quấn thứ cấp với tải i2 i1 c om => Trong dq TC có i2 W1 u1~ W2 Thứ cấp th ng du o Nếu bỏ qua tổn hao dây quấn => U1≈ E1 ; U2 ≈ E2 => Hệ số MBA cu u W1 U1 E1 ≈ = W =k => U2 E2 k < 1=> MBA tăng áp CuuDuongThanCong.com Tải co an Sơ cấp Cung cấp cho tải u2 ng Năng lượng điện xoay chiều vào w1 Chuyển qua w2 φ k > => MBA hạ áp https://fb.com/tailieudientucntt 6.3 Cấu tạo i1 u1 ng - Trụ W1 c om Lõi thép : làm thép KTĐ ghép lại, gồm phận Trụ i2 W2 Gông ng du o cu - Thùng máy - Nắp máy u Dây quấn : Vỏ máy th an co - Gông TC φ SC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt u2 Trụ cu u du o ng th an co ng c om Ruột máy biến áp CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cu u du o ng th an co ng c om Máy biến áp nhìn từ ngồi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om W1 φC i2 W2 u2 Zt an co ng 6.4 Các phương trình MBA ( mơ hình tốn học MBA) Phương trình cân điện a Phía sơ cấp i1 - ΦC : móc vịng qua dq - Φt1 : i1 sinh móc u1~ vịng w1 với khơng khí ng du o cu dφt1 e t1 = − W1 dt CuuDuongThanCong.com Φt1 R1 u dφC e1 = − W1 dt th => e1 et1 u1 i1 et1 e1 u1 = −e1 − e t1 + R1i1 https://fb.com/tailieudientucntt dψ dφt1 = − t1 dt dt di1 dt u2 Φt2 i i i i i1 ng U1 = − E1 + I1 (R1 + jX1 ) I1 u U1 cu R2 X1 R1 du o X1 L1 E1 E2 b Phía thứ cấp : i i i U = − E − I (R + jX ) Xét TT : CuuDuongThanCong.com e1 th U1 = − E1 + jωL1 I1 + R1 I1 R1 u1 an i i di1 u1 = −e1 + L1 + R1i1 dt L1 Φt1 Dạng số phức: i Zt c om W2 di1 e t1 = − L1 dt => u1 = −e1 − e t1 + R 1i1 ng W1 u1~ dψ t1 di1 i =− co e t1 = i−1 W1 φC https://fb.com/tailieudientucntt X2 I2 U2 φC i1 Phương trình cân từ W1 Có tải : i2 ≠ =>Φ F1 F2 i i i F1 + F2 = W1 I1 − W2 I an U1 th U1 ≈ E1 = 4,44fW1 φm ng i φm = const du o u i i X1 ∆U1 i => F1 + F2 = Fo i i i => W1 I1 − W2 I = W1 Io cu i I2 => I1 − = Io W1 W2 k i R1 co Khi bỏ qua ∆U1: const u2 Tải Chú ý dấu “-” ng i W2 c om Không tải : i2 = =>Φ Fo= W1 Io u1~ i2 CuuDuongThanCong.com i I2 => I1 = Io + k i i https://fb.com/tailieudientucntt E1 Các thành phần điện áp ngắn mạch : u nx % = X n I1®m 100 U1®m c om R n I1®m u nr % = 100 U1®m Rn I1đm U1n ng 6.7 Chế độ làm việc có tải Xn th (1) nhân tử mẫu với k du o ng U 20 − U ∆U % = 100 U 20 an co Độ biến thiên điện áp đặc tính MBA a bin thiờn in áp thứ cấp: (2) Rn cu u U1®m − U ' ∆U % = 100 U1®m Theo SĐTT đơn giản: U ® m = U + R n I1 + jX n I ' CuuDuongThanCong.com U1®m Xn I1 U2’ https://fb.com/tailieudientucntt Zt’ có đồ thị véc tơ : Chọn U ' làm gốc giả sử tải mang t/c điện cảm c om ' thùc tÕ gãc θ rÊt nhá ng ϕ2 ' I1 co U1®m ≅ faU U1®−m U U1® m ∆U% = 100 AU1®m C θ U2 B ' R n I1 jX n I1 th an U1®m - U2’ = AB = AC + CB = RnI1cosϕ2 + XnI1sinϕ2 cu u du o ng R n I1 cos ϕ2 + X n I1 sin ϕ2 ∆U % = 100 U1®m X I I R I ∆U % = [ n 1®m 100 cos ϕ2 + n 1®m 100sin ϕ2 ] I1®m U1®m U1®m β < 1=> non t¶i β hƯ sè t¶i unr% unx% > 1=> tải I I S = = = 1=> tải định mức I1đm I2®m S®m CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ∆U2%= β(unr%cosϕ2+unx%sinϕ2) ∆U2% phơ thc y/tè: c om ∆U2 R an co unr%, unx% thông số MBA R-L ng - Độ lớn tải (β) - TÝnh chÊt cđa t¶i (ϕ2) β th Với Unr ϕ2 = cu - t¶i R-L => ϕ2 > - t¶i R- C => < CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b- Đặc tính U2 =f(β) c om Từ quan hệ: ∆U = U 20 − U U = U 20 − ∆U ng Ta có: U2 th an co Suy đặc tính ngồi: R R-L du o ng Muốn U2 = U2đm cung cấp cho tải β cosφ2 thay đổi U20 R-C => ®iỊu chØnh ®iƯn ¸p cu u β thay đổi W1 W2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Quá trình lượng hiệu suất MBA ∑ ∆P P2 => hiÖu suÊt P2 P2 + ∑ ∆P ng η= P2 P1 c om P1 η= co - Các loại tổn hao: an + Tổn hao đồng ∆P® = R1I1 + R2’ I2’2 = RnI1 =( I1 I1®m ) R n I1®m ng th du o ∆P® = β2Pn cu u + Tỉn hao s¾t: ∆Pst = RthI02 ≈ R0I0 ∑ ∆P = P CuuDuongThanCong.com ∆Pst = P0 + β Pn https://fb.com/tailieudientucntt + P2 = U2I2cosϕ2 β P2 = βS®m cosϕ2 c om I ®m U ®m I ®m cos ϕ2 S®m ng I2 η an βS®m cos ϕ2 η= βS®m cos ϕ2 + β2 Pn + P0 co ≈ du o βk u P0 βk = Pn cu ηmax khi: ng th ηmax Giản đồ lượng: P2 P1 ∆P®1 CuuDuongThanCong.com ∆Pst ∆P®2 https://fb.com/tailieudientucntt β 6.8 Máy biến áp pha 1- Cấu tạo nguyên lý c om Coi pha ®èi xøng Sơ đồ thay PT mô tả thể cho pha, đại lượng pha co ng 2- Tæ nèi dây a Định nghĩa: th u cu U AB Y/Y-12 du o ng Y/∆ - 11 U ab số an cách nối DQSC cách nối DQTC 11x30o = 330o CuuDuongThanCong.com U AB U ab 12x30o = 360o https://fb.com/tailieudientucntt b Cách xác định t ni dõy Y/Y-12 B X C Y A Z c om A C b c X,Y,Z ng a z Y b th cu a 12x30o = 360o A Z u X C U ab b ng B du o A y,x,z B an Y/∆ - 11 y c a co x U AB C U AB X,Y,Z y, a c U ab x,c x y z CuuDuongThanCong.com B z,b 11x30o = 330o https://fb.com/tailieudientucntt U1®m kd = U 2đm Hệ số biến áp kf = U1fđm W1 = U 2f®m W2 th an co ng a Mục đích: - Đảm bảo tính kinh tế - Liên tục cung cấp điện b Điều kiện: - Cùng tổ nối dây c om Sự làm việc song song cña MBA pha ng - Cùng giá trị U1đm, U2m (1) (2) u du o - Điện áp ngắn m¹ch b»ng (3) cu *) Điều kiện (1) (2) để tránh dòng điện quẩn chạy MBA *) Điều kiện (3) để phân bố phụ tải hợp lý MBA CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt VÝ dô : Cho MBA pha cã sè liƯu : S®m = 500 kVA; U1®m /U2®m = 22/0,4 kV; Po = 900 W; th Giải an co ng c om dây quấn nối ∆/Y- 11 Pn = 3600 W; io% = 2; un% = 4; Tìm : - Các thông số sơ ®å thay thÕ - ∆ U% vµ hiƯu st η MBA lµm viƯc víi β = 0,8; hƯ sè cos2 = 0,8 tải điện cảm - Điện áp U2 tải định mức I1đm = I1đmf I1đmf = u Pnf cu Rn = du o ng C¸c thông số sơ đồ thay I1đm Vì dq SC nèi ∆ S®m 500.103 = = 13,12 A 3.22.10 3U1®m CuuDuongThanCong.com I1®mf = 13,12 = 7,58 A https://fb.com/tailieudientucntt U1nf Zn = I1®mf 880 U1nf = = 116 Ω Zn = 7,58 I1®mf Zn − R n X n = 1162 − 20,92 = 114 Ω an Xn = ng = 22.103 = 880 V 100 th R 20,9 R1 ≈ R = n = = 10, 45 Ω 2 du o ng ' X n 114 X1 ≈ X = = = 57 Ω 2 cu u ' un % U1®mf 100 co U1nf U1nf = c om 3600 Rn = = 20,9 Ω 3.7,58 R2 = R2 ' kf X2 ' X2 = kf U1f 22 kf = = = 95, U 2f 0, CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Iof io % 7,58 = 0,152 A I1®mf = = 100 100 c om Pof Ro = Iof U1of 22.103 Zo = = Iof 0,152 th Zo = 144.737 Ω u Zo − R o cu Xo = du o ng R o = 12.985 Ω an co ng 900 Ro = 3.0,1522 Xo = 1447372 −129852 = 144.153 Ω R th ≈ Ro = 12.985 Ω CuuDuongThanCong.com Xth ≈ Xo == 144.153 Ω https://fb.com/tailieudientucntt .c om X1 = 57 Ω ng R1 =10,45 Ω 12.985 = = 0, 09 144.153 th an Chó ý : Ro = Zo co cos ϕo = Po 3U1®m Io Xth ≈ Xo == 144.153 Ω cu u du o ng R th ≈ Ro = 12.985 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tìm U% hiệu suÊt η cosϕ2 = 0,8 ∆U%= β(unr%cosϕ2+unx%sinϕ2) c om => sinϕ2 = 0,6 an 114 =4 = 3,93 116 ng th TT: Xn u nx % = u n % Zn co ng 20,9 Zn I1®m Rn = u % Rn R n I1®m =4 = 0, 72 100 n u nr % = 100 = Zn 116 U1®m Zn U1®m cu u du o ∆U% = 0,8(0,72.0,8+3,93.0,6) = 2,35 βS®m cos ϕ2 0,8.500.0,8 η= = ≈ 0,99 2 βS®m cos ϕ2 + β Pn + P0 0,8.500.0,8 + 0,8 3, + 0,9 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co u du o ng th an 2,35 = (1 − )0, = 0,388 kV 0,8.100 cu T×m U2: ∆U% U = (1 − )U ®m 100 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... du o cu - Thùng máy - Nắp máy u Dây quấn : Vỏ máy th an co - Gông TC φ SC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt u2 Trụ cu u du o ng th an co ng c om Ruột máy biến áp CuuDuongThanCong.com... Xn th (1) nhân tử mẫu với k du o ng U 20 − U ∆U % = 100 U 20 an co Độ biến thiên điện áp đặc tính MBA a bin thiờn điện áp thứ cấp: (2) Rn cu u U1®m − U ' ∆U % = 100 U1®m Theo SĐTT đơn giản:... ng c om Máy biến áp nhìn từ ngồi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om W1 φC i2 W2 u2 Zt an co ng 6.4 Các phương trình MBA ( mơ hình tốn học MBA) Phương trình cân điện a