Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 6 Máy biến áp cung cấp cho người học những kiến thức như: Ứng dụng của máy biến áp; Cấu tạo chung; Nguyên lý làm việc; Hệ thống phương trình đặc trưng; Sơ đồ mạch thay thế; Thông số của MBA qua thí nghiệm. Mời các bạn cùng tham khảo!
Chương Máy biến áp 8/2/2012 BMNL 133 Mỏy biến áp n Ứng dụng máy biến áp n Cấu tạo chung n Nguyên lý làm việc n Hệ thống phương trình đặc trưng n Sơ đồ mạch thay n Thơng số MBA qua thí nghiệm 8/2/2012 BMNL 134 Chương 6: Máy biến áp 6.1 Máy biến áp Định nghĩa: Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều điện áp thành dòng điện xoay chiều điện áp khác tần số Hình 6.1 Sơ đồ truyền tải lượng từ nguồn tới hộ tiêu thụ 8/2/2012 BMNL 135 6.1 Máy biến áp Trên máy biến áp thường ghi giá trị: - Công suất định mức Sđm [VA], [k,VA], [MVA] - Điện áp định mức Uđm [V], [kV] - Dòng điện dây định mức Iđm [A] - Tần số dòng điện [Hz] - Số pha - Sơ đồ tổ đấu dây - Điện áp ngắn mạch - Chế độ làm việc - Phương pháp làm lạnh 8/2/2012 BMNL 136 6.2 Cấu tạo máy biến ¸p M¸y biÕn ¸p gåm ba bé phËn chÝnh: - Lõi thép - Dây quấn - Vỏ máy 8/2/2012 BMNL 137 6.2.1 Lõi thép Lõi thép làm thép kĩ thuật điện dày 0,35 0,5 mm ghép cách điện với Nó dùng làm mạch từ để dẫn từ thông làm khung quấn dân quấn Lõi thép gồm có trụ T gông G Trụ phận có dây quấn Hình 6.2.a Máy biến áp mét pha kiĨu trơ b M¸y biÕn ¸p ba pha kiểu trụ 8/2/2012 Trụ; Gông; Cuộn dây hạ áp; Cuộn dây cao áp BMNL 138 6.2.2 Dây máy biến áp Dây quấn máy biến áp thường dây đồng tiết diện hình tròn hay hình chữ nhật, có bọc chất cách điện sợi vải hay dây cáp Dây quấn thường đồng tâm quanh trục thép, dây thấp áp phía gần trụ thép, dây cao áp phí bọc lấy dây thấp áp 6.2.3 Vỏ máy biến áp Vỏ máy dùng để bảo vệ phân bên máy đựng dầu máy Vỏ máy gồm thùng hình bầu dục, đặt lõi thép, dây quấn đựng dầu Dầu máy biến áp dùng để làm lạnh, tăng cường cách điện cho máy Hình 6.3 Máy biến áp pha 8/2/2012 BMNL 139 6.3 Nguyên lý làm việc máy biến áp Nguyên lý làm việc máy biến áp dựa vào tượng cảm ứng điện từ Đưa vào cuộn sơ cấp điện áp hình sin U1 dây quấn sơ cấp có dòng điện hình sin I1, gây từ thông f chạy lõi thép móc vòng lấy cuộn dây Từ thông f biến thiên hình sin nên cảm ứng dây quấn sơ cấp thứ cấp s.đ.đ tương ứng e1, e2 có giá trị: df e1 = - W1 dt df e = - W2 dt Hình 6.4 Từ thông từ thông tản MBA Trị số hiệu dụng phức sức điện động cảm ứng: f max = - j j4,44.f W1 F max f E = - jwW2 max = - j.BMNL j4,44.f W2 F max E1 = - jwW1 8/2/2012 140 8/2/2012 BMNL 141 Khi máy biến áp không tải (thứ cấp không phụ tải) thì: & E& w U = = = k , hƯ sè gäi lµ hƯ sè biến áp U2 = E2 U1 ằ E1 nên: U & E& w Tæn hao máy biến áp: - tổn hao đồng cuộn dây sơ cấp DPđ1 - tổn hao sắt từ lõi thép DPst -tổn hao đồng cuộn dây thứ cấp DPđ2 Vậy lượng máy đưa phía thứ cấp với công suất là: P2 = P2' - DPd = P1 - DPd1 - DPst - DPd P2 P1 - DPd1 - DPst - DPd = HiÖu suất máy biến áp: h = P1 P1 Thông thường h = 98% cã thÓ coi xÊp xØ nh: 8/2/2012 BMNL U1I1 = U I ® U1 I ằ =k U I1 142 6.5 Các phương trình đặc trưng máy biến áp 6.5.1 Phương trình cân điện áp mạch sơ cấp U1 = -E& + (R1 + jX t1 )&I1 = - E& + Z1&I1 = -E& - E& t1 + R1&I1 = - E& + jx t1.&I1 + R1I&1 = -E& + (R1 + jX t1 )&I1 = -E& + Z1&I1 => U1 = -E& + Z1&I1 Z1 :Tổng trở phức cuộn dây sơ cấp 6.5.2 Phương trình cân điện áp mạch thø cÊp Tỉng trë ë m¹ch thø cÊp: Z = R + jX t Tỉng trë phơ tải nối vào dây thứ cấp: Z pt = R pt + jX pt & &I = E ® &I Z + &I Z pt = E& ® &I Z pt = E& ® &I Z Z + Z pt 8/2/2012 & = Z pt &I ® U & = E& - &I Z U BMNL 144 6.5.3 Phương trình cân sức từ động Khi máy biến áp không tải, dòng điện thứ cấp 0, có dòng điện không tải chạy qua dây quấn sơ cấp, từ thông f sức từ động không tải sinh Khi máy biến áp mang tải, dây quấn thứ cấp có dòng điện &I0 Như từ thông f sức từ động sơ cấp thứ cấp &I sinh Biên ®é tõ th«ng chÝnh fmax kh«ng ®ỉi, ®ã søc từ động máy không tải phải cân với sức từ động máy mang tải Ta cã: &I W1 = &I1W1 + &I W2 & &I1 = &I - &I W2 = &I - I k W1 &I1 = &I - &I '2 Víi 8/2/2012 & &I '2 = I k BMNL 145 6.6 Sơ đồ thay máy biến áp Hình 6.5 a Sơ đồ nguyên lý làm việc máy biến áp b Khi tăng điện áp U2 = U1 8/2/2012 BMNL 146 Sơ đồ thay máy biến áp Hình 6.6 Sơ đồ thay máy biến áp pha hai dây quấn Các thông số sơ đồ thay thế: Ta đặc trưng tượng tiêu tán lượng dây sơ cấp thứ cấp điện trở tương ứng R1, R2 Đặc trưng tượng tích phóng từ trường tản sơ thứ cấp tương ứng điện kháng tản Xt1, Xt2 Các ®iƯn kh¸ng, ®iƯn trë thø cÊp ®·quy ®ỉi theo ®iƯn áp sơ cấp 8/2/2012 BMNL 147 Sơ đồ thay máy biến áp Các điện kháng, điện trở thứ cấp đÃquy đổi theo điện áp sơ cấp U 2p k.E 2 k R = ' I I2 k X 't = k X pt ; R 't = k R pt ; X 't = k X pt R = ' = Ta đặc trưng cho tổn thất không tải lõi thép máy biến áp mạch điện có điện trở R0 nối tiếp với X0 R0 = DPst , I0 Z0 = R 02 + X 02 = E1 U1 = I0 I0 X = Z02 - R 02 8/2/2012 BMNL 148 Sơ đồ thay máy biến áp Hình 6.7 Dòng lượng chảy qua máy biến áp Thực tế rÊt nhá &I = (3 - 5)%.&I1 nªn tính toán để đơn giản bỏ qua nhánh từ hoá Z0 Do ta có sơ đồ thay đơn giản hơn: Rng = R1 + R2 Xng = Xt1 + X’t2 Z ng = 8/2/2012 U ng I1dm , U kz % = U kz 100 U1dm BMNL 149 Sơ đồ thay máy biến áp Hình 6.7 Sơ đồ thay đơn giản máy biÕn ¸p 8/2/2012 BMNL 150 6.8 M¸y biÕn ¸p ba pha Để biến đổi điện áp hệ thống dòng ®iƯn ba pha ta cã thĨ dïng m¸y biÕn ¸p mét pha hc cã thĨ dïng mét m¸y biÕn ¸p pha Lâi thÐp m¸y biÕn ¸p pha gồm trụ, trụ dây sơ cấp thứ cấp pha Các điểm đầu dây dây quấn pha phía điện áp cao kí hiệu A, B, C điểm cuối X, Y, Z đầu cuộn thứ cấp a, b, c đầu cuối cuộn thứ cấp x, y, z Dây quấn pha sơ cấp thứ cấp nối hình hình tam giác Nếu nối hình Y số vòng dây cách điện pha tính theo điện áp pha, tiết diện dây dẫn tính theo dòng điện dây Nếu nối hình tam giác D dây quấn tính theo điện áp dân dòng điện pha: U d = U p ; I d = 3.I p V× vËy điện áp cao, dòng điện nhỏ nối hình lợi nối hình tam giác 8/2/2012 BMNL 151 Máy biến áp ba pha Hình 6.7 a Máy biến áp ba pha ba trụ b Sơ đồ đấu dây Y/D; c Sơ đồ đấu dây Y/Y0 Nguyên lý làm việc máy biến áp ba pha giống máy biến áp pha Khi nghiên cứu làm việc máy biến áp ba pha phụ tải đối xứng, cần nghiên cứu pha Các phương trình sơ đồ thay cho pha tương tự máy biến áp pha 8/2/2012 BMNL 152 M¸y biÕn ¸p ba pha Tuy nhiên vận dụng kết việc nghiên c ứu máy biến áp pha vào máy biến áp ba pha, cần ý số điểm sau: HƯ sè biÕn ¸p cđa m¸y biÕn ¸p ba pha tỷ số điện áp dây sơ cấp thứ cấp Tỷ số phụ thuộc vào tỷ số vòng dây sơ cấp thứ cấp mà phụ thuộc vào cách nối dây quấn Ví dụ dây quấn máy biến áp ba pha nối Y/Y hệ số biến áp là: 3U p1 W1 U d1 k= = = Ud2 3U p W2 Nhưng dây quấn nối Y/D thì: 3U p1 U d1 W1 k= = = Ud2 U p2 W2 8/2/2012 BMNL 153 M¸y biÕn ¸p ba pha máy biến áp ba pha, biển máy danh sách tra cứu người ta ghi điện áp dây, dòng điện dây Công suất định mức Sđm, tổn hao công suất không tải P0 ngắn mạch Png viết cho ba pha 8/2/2012 BMNL 154 M¸y biÕn ¸p ba pha ë m¸y biÕn áp ba pha, nhà sản xuất ghi tổ đấu dây máy Tổ đấu dây rõ góc lệch pha điện áp dây sơ cấp thứ cấp Góc lệch pha phụ thuộc vào chiều quấn dây, cách ký hiệu đầu dây cách nối dây quấn Góc lệch pha điện áp điện dây sơ cấp thứ cấp không ghi trực tiếp độ mà ghi giờ, cách kí hiệu sau: Cho điện áp dây sơ cấp tương ứng với vị trí kim dài đồng hồ số 12, điện áp dây thứ cấp tương ứng kim ngắn đứng vị trí khác mặt đồng hồ tuỳ theo gãc lƯch pha Gãc tÝnh theo chiỊu tõ kim dài đến kim ngắn (theo chiều kim đồng hồ) góc lệch pha hai điện áp dây sơ cấp thứ cấp Ví dụ: Nếu kim ngắn đứng số 11 góc lệch pha điện áp dây sơ cấp thứ cấp 33000 8/2/2012 BMNL 155 Máy biến áp ba pha Hình 6.8 a Xác ®Þnh gãc pha cđa tỉ ®Êu giê b Tỉ đấu dây biến áp pha 8/2/2012 BMNL 156 8/2/2012 BMNL 157 OV cur 8/2/2012 BMNL 158 ... Số pha - Sơ đồ tổ đấu dây - Điện áp ngắn mạch - Chế độ làm việc - Phương pháp làm lạnh 8/2/2012 BMNL 1 36 6.2 Cấu tạo m¸y biÕn ¸p M¸y biÕn ¸p gåm ba bé phËn chính: - Lõi thép - Dây quấn - Vỏ máy... U1 = -E& + (R1 + jX t1 )&I1 = - E& + Z1&I1 = -E& - E& t1 + R1&I1 = - E& + jx t1.&I1 + R1I&1 = -E& + (R1 + jX t1 )&I1 = -E& + Z1&I1 => U1 = -E& + Z1&I1 Z1 :Tổng trở phức cuộn dây sơ cấp 6. 5.2... áp: - tổn hao đồng cuộn dây sơ cấp DPđ1 - tổn hao sắt từ lõi thép DPst -tổn hao đồng cuộn dây thứ cấp DPđ2 Vậy lượng máy đưa phía thứ cấp với công suất là: P2 = P2' - DPd = P1 - DPd1 - DPst - DPd