Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Kỹ thuật điện: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Máy điện đồng bộ; máy phát điện; Phương trình cân bằng điện áp máy phát điện;...Mời các bạn cùng tham khảo!
MẠY BIÃÚN ẠP CHỈÅNG : 06 TIÃÚT THỈÏ : 20 § 6.1 Khại niãûm chung vãư mạy biãún ạp 6.1.1 Âënh nghéa: - Nhàõc lải kiãún thỉïc â hc (viãút lãn bng åí pháưn vê dủ): MBA=Mạy âiãûn ténh = Mạy âiãûn + tỉì trỉåìng cạc cün dáy khäng chuøn âäüng tæång âäúi Âàûc âiãøm: Biãún âäøi thäng säú, khäng biãún âäøi nàng læåüng - Âæa âënh nghéa (viãút lãn bng): L thiãút bë âiãûn ténh, lm viãûc theo ngun l cm ỉïng âiãûn tỉì, dng âãø biãún âäøi thäng säú âiãûn ạp ca hãû thäúng âiãûn xoay chiãưu våïi táön säú khäng thay âäøi Phêa cuäün dáy näúi våïi ngưn âiãûn gi l så cáúp (chè säú kê hiãûu l 1), phêa näúi våïi ti gi l thỉï cáúp (chè säú kê hiãûu l 2) 6.1.2 Cäng dủng ca mạy biãún ạp: - Nhàõc lải kiãún thỉïc â hc bi “Náng cao hãû säú cosϕ” ta cọ cäng thæïc Rd I= U P U cos ϕ ∆Pd = I R = Rd Pt P2 U cos ϕ - Nháûn xẹt: + Tàng cosϕ chè gim phỏửn, tọứng thóứ truyóửn taới haỡng trm km thỗ cosϕ khäng cn nghéa + Chè cn cạch tàng U vỗ P, Rd khọng giaớm õổồỹc + I nhoớ tiãút kiãûm kim loải mu, gim chi phê âáưu tỉ + ∆P gim tiãút kiãûm ti ngun qúc gia - Cạc trỉåìng håüp cáưn thiãút phi sỉí dủng mạy biãún ạp: + Khi khäng âm bo cháút lỉåüng âiãûn nàng (õổồỡng dỏy daỡi, õióỷn aùp thỏỳùp) thỗ phaới õỏửu tổ MBA âãø tàng U (thỉåìng 35, 110, 220, 500kV) Bàõc Nam tåïi 1500km + Mạy phạt thỉåìng cọ âiãûn ạp tháúp 3-21kV (kêch thỉåïc nh) nãn cng phi dng MBA tàng + Häü tiãu thủ 110-220-380V nãn cáưn MBA gim (lỉu Nháût Bn dng cáúp 110V) + Trong lỉåïi cọ nhiãưu táưng náúc âiãûn ạp: 0,4-6-15-22-35-66-110-220-330-500-750kV 6.1.3 Cạc âải lỉåüng âënh mỉïc: - Do nh chãú tảo quy âënh æïng våïi chãú âäü laìm viãûc täúi æu Thæåìng ghi lê lëch mạy, hồûc nhn mạy gàõn trãn mạy - Cäng sút âënh mỉïc Sâm: l cäng sút biãøu kiãún âỉa åí dáy qún thỉï cáúp ca MBA - Âiãûn ạp âënh mỉïc m: + U1âm l âiãûn ạp âënh mỉïc dáy qún så cáúp + U2âm l âiãûn ạp âënh mỉc dáy qún thỉï cáúp hồớ maỷch vaỡ U1õm Trang 41 (giaới tờch vỗ U2âm lải váûy) + MBA pha m l âiãûn ạp dáy, MBA pha m l âiãûn ạp pha - Dng âiãûn âënh mỉïc Iâm: + MBA pha: I1âm = Sâm / U1âm I2âm = Sâm / U2âm + MBA pha: I1âm = Sâm / √3U1âm I2âm = Sâm / √3U2âm - Ngoaìi lê lëch coìn cho fâm, säú pha, täø âáúu dáy, Un%, I0%, kiãøu lm mạt, trng lỉåüng mạy, trng lỉåüng dáưu, tãn nh chãú tảo, nàm chãú tảo, § 6.2 Cáúu tảo mạy biãún ạp 6.2.1 Li thẹp: - Nhiãûm vủ: Dáùn tỉì thäng chênh - Váût liãûu: Thẹp lạ k thût âiãûn - Trủ (qún dáy) + gäng (khẹp maỷch tổỡ) - Veợ hai loaỷi hỗnh coù truỷ + gọng giaùo trỗnh 6.2.2 Dỏy quỏỳn: - Nhióỷm vuỷ: dáùn dng âiãûn - Váût liãûu: nhäm (âäưng), trn (chỉỵ nhỏỷt) vaỡ boỹc caùch õióỷn giaới thờch vỗ boỹc cạch âiãûn - Cọ nhiãưu vng dáy cạch âiãûn våïi v cạch âiãûn våïi li thẹp - Nãúu hai dáy qún cng mäüt trủ ngỉåìi ta bäú trê dáúy qún tháúp ạp bãn trong, cao ạp bãn ngoi âãø gim lỉåüng kim loải mu (dáy tháúp ạp tiãút diãûn to hồn) lổu yù giaùo trỗnh sai 6.2.3 Caùch õióỷn v váût liãûu khạc: - Dáưu mạy biãún ạp: lm mạt, cạch âiãûn - Cạnh tn nhiãût - Sỉï xun - Biãún dng chán sỉï - Bäü chuøn mảch - Phủ kiãûn (âỉåìng äúng dáùn dáưu, råle håi, råle phng nọứ, bọỹ thồớ, ) Đ 6.3 Phổồng trỗnh cỏn bũng v mảch âiãûn thay thãú mạy biãún ạp l tỉåíng 1) ðịnh nghĩa máy biến áp lý tưởng: - Laì loải mạy khäng täưn tải thỉûc tãú - Cọ cạc âàûc âiãøm sau (ghi lãn bng, gii thêch cho sinh viãn hiãøu åí pháưn sau): + Cün dáy khäng cọ âiãûn tråí + Tỉì thäng mọc vng hai dáy quáún, khäng taín xung quanh + Khäng täøn hao nng lổồỹng loợi theùp + = 2) Các tượng ñiện từ xảy máy biến ỏp lý tng: Trang 42 - Veợ hỗnh, chuù thờch w1, u1, i1 vaì w2, u2, i2 vaì Φ: Khi K mở, phía sơ cấp có dịng điện i0 làm nhiệm vụ gây từ cho mạch từ (dịng điện giả thiết nhỏ ñối với MBA lý tưởng) i0 sinh sññ e1 e2 Các cặp (i0,Φ), (Φ, e1) (Φ, e1) phù hợp quy tắc vặn nút chai Trên hình vẽ e1 e2 xuống nên cực tính phía trên, ñược ñánh dấu chấm Vị trí cực tính phụ thộn chiều quấn dây Khi K đóng xuất i2 gây từ thông Φ2 ngược chiều Φ (định luật Lenz), cặp (i2, Φ2) phù hợp quy tắc vặn nút chai, tức chọn chiều i2 ñi khỏi cuộn dây Tuy nhiên • • U = E1 = const nên bắt buộc nguồn gây E1 Φm = const tức Φ=Φmsinωt không phụ thuộc vào i1 i2 Do dịng ñiện sơ cấp phải i1 = i’1 + i0 i’1 dịng điện sinh thêm để chống lại ảnh hưởng từ thơng Φ2 phía thứ cấp Kết mạch từ có từ thơng Φ 3) Các phương trình cân máy biến áp lý tưởng: Giả thiết u1 hình sin Φ hình sin ðặt Φ = Φmsinωt sinh cuộn sơ cấp thứ cấp sññ e1 e2: dΦ = ωw1Φ m sin( ωt − 90 ) = E1 sin( ωt − 90 ) dt dΦ e2 = −w2 = ωw Φ m sin(ωt − 90 ) = E sin(ωt − 90 ) dt e1 = − w1 E1 = 4,44fw1Φm Do đó: E2 = 4,44fw2Φm ðịnh nghĩa tỉ số biến a= E1 w = E w2 ⇒ E = aE ⇒ U = aU (*) Do máy biến áp lý tưởng nên P1 = P2 tức khơng có tổn hao máy biến áp, nói cách khác cơng suất truyền hồn tồn từ sơ cấp sang thứ cấp P1 = U I = U I ⇒ I1 U I = = ⇒ I1 = I U1 a a (**) (*) (**) phương trình cân dịng ñiện ñiện áp máy biến áp lý tưởng Sơ đồ thay MBA lý tưởng hình bên phải Trang 43 MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG : 06 Tit th: 21 Đ 6.4 Caùc phổồng trỗnh cỏn bũng cuớa maùy bióỳn aùp thổỷc Đ 6.4 Caùc phổồng trỗnh cán bàịng ca mạy biãún ạp thỉûc 6.4.1 Các tượng ñiện từ xảy MBA thực: - Khái niệm MBA thực: Các giả thiết MBA lý tưởng khơng cịn MBA thực - Mơ tả tượng tạo từ thông: Cuộn w1 nối nguồn sin, cuộn w2 nối Zt + Từ thơng móc vịng với cuộn dây: Nguồn gây từ i1 Dịng i1 chọn tùy ý đảm bảo cặp (i1, Φ1) theo quy tắc vặn nút chai, cặp (e1,Φ1) (e2,Φ2) phải theo quy tắc vặn nút chai Dòng i2 sinh Φ2 cho ngược Φ1 (chống lại biến đổi) cặp (i2,Φ2) phải theo quy tắc vặn nút chai cặp (i2,Φ1) khơng theo quy tắc Từ thơng Φ=Φ1-Φ2 + Từ thơng tản móc vịng riêng rẽ cuộn dây: Móc vịng qua dầu MBA, cách điện,… nên từ thơng nhỏ so với từ thơng Dịng i1 tạo Φt1 i2 tạo Φt2 nên từ thông tản móc vịng tương ứng ψt1 = w1Φt1 ψt2 = w2Φt2 Theo định nghĩa ta có điện cảm tản: Lt = Ψt i1 Lt = ; Ψt i1 + Các từ thông khác: Từ thông tản góc vng mạch từ; tiết diện dẫn từ khơng bị thay ñổi bulon ñịnh vị thép; từ thơng tản độ vênh thép; từ thông tản thép xếp lên không ñối xứng, nối thép,… giáo trình giả thiết bỏ qua từ thơng Vấn đề nghiên cứu chuyên sâu 6.4.2 Phương trình cân ñiện áp dây quấn sơ cấp MBA thực: Áp dụng ñịnh luật Kiec-hop cho mạch sơ cấp (lưu ý e1 hướng xuống chiều sññ thay cho u1 hướng lên trên): e1 + u = L t • • di1 + Ri1 ⇔ dt • • • • • • • • • U = − E + jωLt1 I + R1 I ⇔ U = − E + jX I + R1 I ⇔ U = − E + Z I Giải thích R1, X1, Z1 lượng Z1I1 6.4.3 Phương trình cân điện áp dây quấn thứ cấp MBA thực: Áp dụng ñịnh luật Kiec-hop cho mạch thứ cấp cấp (lưu ý e2 hướng xuống chiều sññ thay cho u2 hướng lên trên):: Trang 44 − e − u = Lt • • di + Ri ⇔ dt • • • • • • • • • U = − E − jωLt I − R I ⇔ U = − E − jX I − R I ⇔ U = − E − Z I • • ðối với phía phụ tải ta có: U = Z t I Giải thích R2, X2, Z2 lượng Z2I2 6.4.4 Phương trình cân dịng điện MBA thực: • • Nhận xét U ≈ E = const nên Φm = const Φ=Φmsinωt khơng phụ thuộc vào i1 i2 ðiều có nghĩa sức từ động khơng tải sức từ động có tải: w1i0 = w1i1 – w2i2 (ñấu trừ i2 sinh từ thơng ngược từ tơng Φ) • • • I2 • • Phức hóa rút gọn có: I = I + = I + I '2 a Tóm lại: ðưa hệ phương trình mô tả MBA thực Trang 45 MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG : 06 Tiết thứ: 22 § 6.5 Mạch điện thay MBA thực § 6.6 Giản đồ lượng MBA § 6.5 Mạch điện thay MBA thực Mạch điện thay xác MBA thực: Căn phương trình cân ta xây dựng sơ đồ mạch điện thay xác MBA thực hình a Sơ đồ phản ánh đầy đủ q trình lượng q trình vật lý xảy MBA thực, có phận MBA lý tưởng phận phản ánh thành phần tổn thất ñiện trở dây quấn, từ thơng tản, từ hóa, tổn hao lõi thép,… Tuy nhiên để thuận lợi cho tính tốn phân tích MBA thực, cần sử dụng sơ đồ thay khơng cịn máy biến áp lý tưởng Muốn cần quy ñổi ñại lượng thứ cấp sơ cấp cho điện áp để ghép chúng với Nhân phương trình cân điện áp thứ cấp với a ta có: • • • • I I a U = −a E − ( a Z ) = ( a Z t ) ⇔ a a • • • • U '2 = − E1 − Z '2 I '2 = Z 't I '2 Các ñại lượng có dấu ‘ ký hiệu quy đổi sang sơ cấp Ta có sơ đồ thay quy đổi hình b gọi sơ đồ thay hình T Lưu ý nhánh Rm đặc trưng tổn hao sắt từ (từ trễ, dịng xốy,…) Xm đặc trưng cho từ thơng gọi điện kháng từ hóa ðiện áp –E1 điện áp rơi nhánh từ hóa Tóm lại: ðưa hệ phương trình mơ tả MBA thực sau quy đổi Mạch ñiện thay gần ñúng MBA thực: Trong số tốn định tính khơng cần độ xác cao (ví dụ khảo sát đặc tính) Trang 46 sơ đồ xác khơng cần thiết, cịn phức tạp q trình tính tốn Do Ym nhỏ so với Z1 Z’2 nên chuyển nhánh từ hóa phía trước (sơ đồ hình Γ) bỏ ln để tính tốn § 6.6 Giản ñồ lượng MBA Pñt=E2I2cosψ2 =P1-PCu1-PFe P1=U1I1cosϕ1 PFe=RmI20R P2=U2I2cosϕ2 =Pđt-PCu2 PCu2=R2I22 PCu1=R1I21 Ta có giản đồ P P từ lưới điện cung cấp cho tải Khơng thể vẽ giản đồ Q tùy phụ tải mà Q truyền từ lưới cho tải lưới nhận Q từ tải Gọi Pñt cơng suất chuyển từ sơ cấp sang thứ cấp qua ñường ñiện từ ðịnh nghĩa hiệu suất η = P2 = − ∑ ∆P P1 P2 + ∑ ∆P Trang 47 MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG : 06 Tiết thứ: 23 § 6.7 Chế độ khơng tải MBA ðịnh nghĩa chế độ khơng tải: - (Giới thiệu chế ñộ MBA) Là chế ñộ làm việc ñặc biệt MBA - Thứ cấp hở mạch (i2 = 0), sơ cấp có điện áp U1, ñây ta khảo sát với Uñm lưới ñiện Trường hợp xảy ñóng ñiện, cắt tải MBA,… Mạch ñiện thay phương trình cân bằng: • • • • U 1dm = I ( Z + Z m ) = I Z = I ( R0 + jX ) • • U '2 = − E Trong đó: Rm//Xm R0, X0 điện trở ñiện kháng không tải Các thông số ñiện chế độ khơng tải làm việc bình thường với lưới điện: • • U 1dm a) Dịng điện khơng tải I = nhỏ, chủ Z0 yếu làm nhiệm vụ từ hóa mạch từ b) Tổn hao khơng tải P0 = R1 I 02 + Rm I 02R ≈ Rm I 02R = PFe chủ yếu mạch từ Ta có xấp xỉ dịng điện khơng tải nhỏ, chủ yếu để từ hóa mạch từ P0 c) Hệ số công suất không tải cos ϕ = P +Q 2 = P0 I ≈ R thấp nên có hại cho lưới U1 I I0 Thí nghiệm khơng tải: Thí nghiệm khơng tải việc đo đạc chế ñộ không tải U10 = U1ñm nhằm xác ñịnh thơng số MBA Mục đích thí nghiệm khơng tải xác định hệ số biến áp dịng điện khơng tải (từ hóa) Các cơng thức tính gần đúng, việc tính xác thực dễ dàng thí nghiệm khác Các ñụng cụ ño A, V (2 cái), W a) Hệ số biến áp a = E1 U 10 Vonmet1 ≈ = E U 20 Vonmet b) Dịng điện khơng tải i0 % = I0 I 1dm 100 = Ampemet 100 = (1% ÷ 10%) I 1dm Hai thơng số quan trọng chế độ khơng tải c) Tổn hao thép PFe = P0 - R1I02 ≈ P0 = Wmet d) Tổng dẫn: - Tổng trở không tải Z = U 1dm Vonmet1 = I0 Ampemet - ðiện trở không tải R0 = P0 Wmet = I Ampemet - ðiện kháng không tải X = Z 02 − R02 - ðiện kháng từ hóa Xm ≈ X0 (bỏ qua Z1) ≈U1đm/I0X ≈ U1đm/I0 (do I0X>>I0R1) - ðiện trở từ hóa Rm ≈ U21đm/P0 bỏ qua R1 e) Hệ số cơng suất không tải cos ϕ = P0 U 1dm I = Wmet Vonmet1 Ampemet Trang 48 MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG : 06 Tiết thứ: 24 § 6.8 Chế độ ngắn mạch MBA ðịnh nghĩa chế ñộ ngắn mạch: - Là chế ñộ làm việc ñặc biệt MBA - Thứ cấp ngắn mạch (u2 = 0), sơ cấp có điện áp U1đm ðiều xảy MBA làm việc bình thường với lưới điện bị ngắn mạch (chế độ cố nặng) Mạch điện thay phương trình cân bằng: Do Z’2