Tài liệu Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ - Phần 2 ppt

1Lecture 4 BÀI GIẢNG Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ TS. Hồ Phạm Huy Ánh March 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~hphanh/teach.html 2Lecture 4 ¾ Dùng truyền tải năng lượng điện từ sơ qua thứ thông qua mạch từ có thể biến thiên theo thời gian. ¾ Các ứng dụng: được dùng rộng rãi trong viễn thông và điện lực. ¾ Trong truyền tải, phân phối và khai thác năng lượng điện: để tăng hoặc giảm áp xoay chiều ở tần số không đổi (50/60 Hz), với công suất truyền từ vài trăm watts lên đến hàng trăm megawatts. ¾ Trong ngành viễ n thông, biến thế được dùng để phối hợp trở kháng, cách ly DC, và chuyển đổi điện áp ở cấp công suất từ vài watts trong vùng tần số rất rộng. ¾ Giáo trình chỉ tập trung vào các biến thế công suất. Máy Biến Thế –Giới Thiệu Chung 3Lecture 4 ¾ Xét mạch từ gồm 2 cuộn dây quấn như Hình vẽ. Bỏ qua các tổn hao đồng và sắt, bỏ qua điện dung kí sinh và từ rò . ¾ Từ thẩm lõi thép vô cùng lớn (tương đương với từ trỡ lỏi thép bằng zero. Máy Biến Áp Lý Tưởng φ N 1 N 2 i 1 i 2 v 2 v 1 + – + – () dt d Ntv φ 11 = () dt d Ntv φ 22 = ⇒ ( ) () a N N tv tv == 2 1 2 1 Ta gọi a là tỉ số dây quấn. ¾ Sức từ động tổng mmf được tính bởi 0 2211 = = + = φ RiNiNmmf ⇒ () () aN N ti ti 1 1 2 2 1 −=−= 4Lecture 4 ¾ Ta suy ra với MBA Lý Tưởng Ideal N 1 :N 2 + – + – i 1 i 2 v 1 v 2 Ideal N 1 :N 2 + – + – i 1 i 2 v 1 v 2 aN N i i a N N v v 1 1 2 2 1 2 1 2 1 −=−=== aN N i i a N N v v 1 1 2 2 1 2 1 2 1 ==== () () () ( ) 0 2211 = + titvtitv () () () ( ) titvtitv 2211 = av v L L i i k 1 1 1 2 1 2 2 1 −=−=−== ⇒ 2 12 2 21 NLNL = Máy Biến Áp Lý Tưởng (tt) 5Lecture 4 ¾ Khảo sát MBA lý tưởng có tải trở mắc ở cuộn thứ ¾ Định Luật Ohm cho, ¾ Thay và Thuộc tính trở kháng biến đổi của MBA Lý Tưởng R L Ideal N 1 :N 2 + – + – i 1 i 2 v 1 v 2 L R i v = 2 2 avv 12 = 12 aii = LL R N N Ra i v 2 1 2 2 1 1 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ == ¾ Kết quả trên dễ dàng được mở rộng với tổng trỡ phức LL ZaZ N N I V N N I V 2 2 1 2 2 2 2 1 2 1 1 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = 6Lecture 4 ¾ Thuộc tính điện kháng biến đổi có thể được áp dụng để thực hiện phối hợp trở kháng sơ-thứ của MBA, qua đótối ưu hóa công suất truyền tải. ¾ MBA lý tưởng đặt giữa nguồn (có tổng trở Z o ) và tải (có tổng trở Z L ). Tỉ lệ dây quấn vì thế nên được chọn sao cho Tính tương hợp trở kháng ( ) Lo ZNNZ 2 21 ≈ ¾ BT 3.7: Cho 2 MBA lý tưởng (đều có tỉ lệ 2:1) và trở R được dùng thêm nhằm phối hợp trở kháng, qua đó giúp tối ưu công suất truyền tải. Xác định R. Giải: Trở tải4 Ω nốivới R và qui về sơ cấpbằng (R + 4(2) 2 )(2) 2 . Nhằmtối đa công suất truyền tải ta cần, 64410 = + R ⇒ Ω = 5.13R 7Lecture 4 ¾ Hai cuộn dây quấn mắc trên mạch từ sao cho từ rò được giảm thiểu nhỏ nhất. ¾ Cuộn sơ “Primary”gồm N 1 vòng nối với nguồn, cuộn thứ “Secondary”gồm N 2 vòng nối với Tải. MBA Công Suất ¾ Khi khảo sát MBA lý tưởng: ta bỏ qua từ rò, điện trở dây quấn sơ & thứ; đồng thời mạch từ xem như dẫn từ vô hạn và không có tổn hao. ¾ Cho v 1 (t) = V m1 cos ω t là điện áp cung cấp cho dây quấn sơ cấp, ta có quan hệ max11 2 φ π fNV m = hay max11 44.4 φ fNV = 8Lecture 4 Các hình ảnh minh họa các loại MBA một pha và ba pha MBA cách ly MBA CS bé MBA 3 pha CS bé MBA khô 10 kV, MBA dầu 110 kV, MBA dầu 500 kV, MBA dầu 9Lecture 4 ¾ BT 3.8: Cho N 1 , N 2 , tiết diện mặt cắt lỏi thép, chiều dài đường sức trung bình, đường cong từ hóa B-H, và giá trị áp cung cấp. Hãy tìm mật độ từ cực đại cũng như dòng từ hóa cần cung cấp. Bài Tập: max11 44.4 φ fNV = với 200 Hz, 60 V, 230 11 = = = NfV webers1032.4 2006044.4 230 3 max − ×= ×× = φ Vì thế, 2 3 webers/m864.0 005.0 1032.4 = × = − m B Suy ra, Như vậy ta có , suy ra giá trị max của dòng từ hóa bằng (259)(0.5)/200 = 0.6475 A. Tức, I rms = 0.46 A là dòng từ hóa cần cung cấpphía sơ cấp. At/m 259300864.0 = × = m H 10Lecture 4 ¾ Khảo sát MBA thực có xét đến từ rò và điện trở dây quấn sơ & thứ. Mạch tương đương suy từ MBA thực tế tỏ ra cồng kềnh và không tiện dụng. Ta cải tiến bằng cách qui đổi thông số dây quấn thứ về sơ cấp thông qua tỉ số BA a (= N 1 /N 2 ) .Từ đó i 2 được thay bởi i 2 /a, ta có được mạch tương đương chính xác qui về sơ cấp. R L N 1 :N 2 + – + – i 1 i 2 v 1 v 2 a 2 R L a 2 R 2 aM i 1 i 2 /a R 1 L 1 –aM a 2 L 2 –aM v 1 av 2 – + – + ¾ (L 1 –aM)dùng thể hiện điện kháng rò của dây quấn sơ, a 2 L 2 –aMdùng thể hiện điện kháng rò của dây quấn thứ qui về sơ cấp. aM là điện kháng từ hóa và dòng Im qua nó được gọi là dòng từ hóa lỏi thép Mạch tương đương của MBA với lỏi thép chưa bảo hòa [...]... thể hiện trên mạch tương đương jxl1 R1 + V1 a2R2 I1 ja2xl2 I2 a Rc1 jXm1 + Ideal I2 + V2 – – aV2 ZL – N1:N2 Trong đó ω (L1 − aM ) = xl1 = ω (aM ) = X m1 = ω ( L2 − M a ) = x l 2 = ω (a 2 L2 − aM ) = a 2 xl 2 = Điện kháng rò của dây quấn sơ Điện kháng từ hóa qui về sơ cấp Điện kháng rò của dây quấn thứ Điện kháng rò của dây quấn thứ qui về sơ cấp Lecture 4 12 MBA vận hành xác lập (tt.) Các thông số mạch... Vsc V HV Psc Req = 2 I sc Z eq LV Vsc = I sc 2 2 X eq = Z eq − Req Req và Xeq thể hiện trên mạch tương đương qui về sơ cấp (HV) MBA Lecture 4 17 Ví Dụ: BT 3.9: Dùng số đo TNKT và TNNM Hãy xác định thông số mạch tương đương MBA qui về sơ cấp Các kết quả suy ra được từ số liệu Thí Nghiệm Không Tải (TNKT) Rc (22 0 )2 = I X = 12 − (0 .22 7) 2 220 IR = = 0 .22 7 A = 968 Ω 968 50 22 0 Xm = = 22 5.9 Ω = 0.974 A 0.974... I2 a Rc1 V1 ja2xl2 a2R2 a2ZL jXm1 – aV2 – Hoặc được qui về phía cuộn thứ cấp jxl1/a2 R1/a2 + V1 a jxl2 R2 aI1 + I2 Rc1/a2 jXm1/a2 – ZL V2 – Lecture 4 13 Mạch tương đương gần đúng của MBA Thông số nhánh từ hóa ở mạch tương đương chính xác thường được tính rất khó khăn, thực tế nhánh này thường được dời về phía đầu cuộn sơ cho ta Mạch tương đương gần đúng, gây sai số rất bé có thể bỏ qua R1 + jxl1 a2R2... thực tế nhánh này thường được dời về phía đầu cuộn sơ cho ta Mạch tương đương gần đúng, gây sai số rất bé có thể bỏ qua R1 + jxl1 a2R2 I1 a2ZL jXm1 – aV2 – R1eq I1 V1 Rc1 + I2 a V1 Rc1 + ja2xl2 jx1eq I2 a jXm1 a2ZL – + aV2 – Lecture 4 R1eq = R1 + a 2 R2 x1eq = xl1 + a 2 xl 2 14 Thí Nghiệm Không Tải (TNKT) & Ngắn Mạch (TNNM) cho MBA Thông số mạch tương MBA có thể dễ dàng xác định nhờ hai thí nghiệm đơn... Bm Thể hiện qua trở Rc1 trên mạch tương đương Điện trở này được đấu song song với thành phần điện kháng từ hóa aM i1 R1 L1 – aM 2 a2R2 a L2 – aM + v1 + Rc1 Ideal i2 + – av2 v2 – (aM)1 RL – N1:N2 Giá trị thực của dòng và áp qua tải RL có thể dễ dàng phục hồi bằng cách qui lại về phía thứ cấp Lecture 4 11 MBA vận hành xác lập Khi vận hành xác lập, các thành phần dòng, áp, tổng trở dây quấn sơ, thứ cũng... (0 .22 7) 2 220 IR = = 0 .22 7 A = 968 Ω 968 50 22 0 Xm = = 22 5.9 Ω = 0.974 A 0.974 Các kết quả suy ra được từ số liệu Thí Nghiệm Ngắn Mạch (TNNM) Req = Z eq 60 (17 ) 2 = 0 .20 76 Ω 15 = = 0.8 82 Ω 17 X eq = 0.8 82 2 − 0 .20 76 2 = 0.8576 Ω Lecture 4 18 Tính Hiệu Suất và Xác Định Phần Trăm Biến Thiên Điện Áp Hiệu suất MBA được tính bằng tỉ số công suất ra chia cho công suất vào Pout Pout Pout η= = ×100% = ×100%... tổn hao đồng Pc và tổn hao thép Pi Từ đó, hiệu suất MBA còn có thể biểu diễn như sau, η= Pin − Pc − Pi × 100% Pin Công thức xác định Phần Trăm Biến Thiên Điện Áp % voltage regulation = Vno load − Vload ×100% Vload Lecture 4 19 BT Trong Lớp Giải BT 3 .22 and 3 .23 Lecture 4 20 ... được cấp trong TNKT Các số liệu Voc, Ioc, và Poc được thu thập khi tiến hành TN 2 Voc Rc = Poc Từ đó, Voc IR = Rc I oc = I R + I X I oc 2 2 I X = I oc − I R Voc Voc Xm = IX IR Rc IX Xm Rc và Xm thể hiện trên mạch tương đương được qui về sơ cấp (HV) MBA Lecture 4 16 Thí Nghiệm Ngắn Mạch (TNNM) Các đồng hồ đo đều được gắn phía sơ cấp Dòng ngắn mạch bằng dòng định mức được thử Số liệu Vsc, Isc, và Psc được . đương. Z L Ideal N 1 :N 2 + – + – + – R 1 jx l1 R c1 jX m1 a 2 R 2 ja 2 x l2 Trong đó 1 I 2 I 2 V 1 V 2 Va aI 2 () () () () ==− ==− == = =− 2 2 2 2 22 1 11 l l m l xaaMLa xaML XaM xaML ω ω ω ω Điện. (tt.) a 2 Z L + – + – R 1 jx l1 R c1 jX m1 a 2 R 2 ja 2 x l2 1 I 1 V 2 Va aI 2 Z L + – + – R 1 /a 2 jx l1 /a 2 R c1 /a 2 jX m1 /a 2 R 2 jx l2 1 Ia aV 1 2 V 2 I ¾