1.1 Định nghĩa.
Điện năng được sản xuất tại cỏc nhà mỏy điện, trong thực tế cỏc nhà mỏy tiờu thụ và hộ tiờu thụ điện lại ở cỏc vựng miền khỏc nhau khụng thuận tiện gần nhà mỏy điện, hơn nữa nếu truyền tải điện trực tiếp từ mỏy phỏt điện tới người dõn sẽ gõy tổn thất lớn và thậm trớ sụp đổ điện ỏp... để thuận tiện trong việc phỏt và tải điện đi xa phự hợp với nhu cầu sử dụng và vận hành cỏc thiết bị điện, bài này sẽ nghiờn cứu để hiểu rừ về thiết bị điện trung gian đú, mỏy biến ỏp, ngoài ra bài này cũng mở rộng để thấy rừ hơn về cỏc mỏy biến điện khỏc như mỏy biến dũng, mỏy biến ỏp đặc biệt...
Theo cụng dụng mỏy biến ỏp cú thể gồm cỏc loại sau đõy: - Mỏy biến ỏp điện lực: Dựng để truyền tải và phõn phối điện.
- Mỏy biến ỏp chuyờn dựng: Dựng cho cỏc lũ luyện kim, mỏy biến ỏp hàn, cỏc thiết bị chỉnh lưu,…
- Mỏy biến ỏp tự ngẫu: Cú thể thay đổi điện ỏp nờn dựng để mở mỏy cỏc động cơ điện xoay chiều.
- Mỏy biến ỏp đo lường: Dựng để giảm cỏc điện ỏp và dũng điện lớn để đưa vào cỏc đồng hồ đo.
- Mỏy biến ỏp thớ nghiệm: Dựng trong cỏc phũng thớ nghiệm điện - điện tử.
Cú rất nhiều dạng mỏy biến ỏp nhưng tất cả nguyờn lý đều giống nhau. Trong bài giảng chỳng ta chỉ tập trung xem xột mỏy biến ỏp một hoặc ba pha. Cũn cỏc mỏy biến ỏp khỏc ta chỉ nghiờn cứu sơ qua trong phần cuối chương, cỏc bạn tự tham khảo thờm.
1.2 Cỏc đại lượng định mức.
Điện ỏp định mức ở cuộn dõy sơ cấp và thứ cấp
Điện ỏp sơ cấp định mức U1đm (V, kV): Là điện ỏp qui định cho dõy quấn sơ cấp.
Điện ỏp thứ cấp định mức U2đm (V, kV): Là điện ỏp của dõy quấn thứ cấp khi
mỏy biến ỏp khụng tải và điện ỏp đặt vào dõy quấn sơ cấp bằng định mức. Chỳ ý với mỏy biến ỏp một pha điện ỏp định mức là điện ỏp pha, cũn mỏy biến
ỏp ba pha điện ỏp là điện ỏp dõy.
Dũng điện định mức ở cuộn dõy sơ cấp và thứ cấp
35 ứng với cụng suất định mức và điện ỏp định mức Với mỏy biến ỏp một pha:
; 1 1 dm dm dm U S I ; 2 2 dm dm dm U S I
Với mỏy biến ỏp ba pha: ; 3 1 1 dm dm dm U S I ; 3 2 2 dm dm dm U S I (2.1)
Hiệu suất MBA:
= 1 2 S S = 1 1 2 2 . . I U I U = (75 - >90)% (2.2) Nếu = 1 S1 = S2 U2đm. I2đm = U1đm. I1đm
Ngoài ra trờn mỏy biến ỏp cũn ghi cỏc thụng số khỏc như: Tần số định mức fđm, số pha m, sơ đồ và tổ nối dõy quấn, điện ỏp ngắn mạch Un%, chế độ làm việc, phương phỏp làm mỏt,…
. Cụng suất định mức của mỏy biến ỏp (S)
Cụng suất định mức Sđm (VA, kVA): Là cụng suất biểu kiến đưa ra ở dõy quấn thứ cấp của mỏy biến ỏp.
1.3 Cụng dụng của mỏy biến ỏp.Cụng dụng của mỏy bớờn ỏp Cụng dụng của mỏy bớờn ỏp
Hỡnh 2.5. Hệ thống truyền tải và phõn phối điện
Trong hệ thống điện, mỏy biến ỏp dựng để truyền tải và phõn phối điện năng. Cỏc nhà mỏy điện lớn thường ở xa cỏc trung tõm tiờu thụ điện vỡ vậy phải xõy dựng cỏc đường dõy truyền tải điện năng. Thụng thường điện ỏp đầu cực mỏy phỏt tối đa khoảng vài chục kV, để truyền tải được cụng suất lớn và giảm tổn hao cụng suất trờn đường dõy bằng cỏch nõng cao điện ỏp. Vỡ vậy ở đầu đường dõy đặt mỏy biến ỏp tăng ỏp và vỡ phụ tải chỉ cú điện ỏp từ 0,4- 6kV nờn cuối đường dõy đặt mỏy biến ỏp giảm ỏp.
36 2. Cỏc định luậtcảm ứng điện từ
2.1.Định luật cảm ứng điện từ.
Khi cú sự biến đổi từ thụng qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kớn thỡ trong mạch sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng. Dũng điện cảm ứng sẽ chỉ tồn tại trong thời gian từ thụng biến thiờn; nếu từ thụng ngừng biến đổi thỡ dũng điện cảm ứng tắt.
. Suất điện động cảm ứng là sđđ xuất hiện trong hiện tượng cảm ứng. Kớ hiệu εC. . Dũng điện cảm ứng: Dũng điện cảm ứng là dũng điện xuất hiện trong hiện tượng cảm ứng. Kớ hiệu Ic
2.2.Định luật lực điện từ.
Lực điện từlà lực mà điện từ trường tỏc dụng lờn hạt mang điện tớch gồm hai thành phần, do điện trường tạo ra là lực điện và lực do từ trường tạo ra là lực từ. F=BIlsinα
Trong đú: F⃗ là lực từ
B⃗ là cảm ứng từ tại vị trớ đặt đoạn dõy I là cường độ dũng điện trongdõy dẫn l là chiều dài đoạn dõy
α là gúc tạo bởi dũng điện I và \vec{B} 2.3.Định luật Jun-lenxơ.
Định luật Jub- Len- xơ: Nhiệt lượng toả ra ở dõy dẫn khi cú dũng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bỡnh phương cường độ dũng điện, với điện trở của dõy dẫn và thời gian dũng điện chạy qua
Cụng thức: Q=I².R.t trong đú:
Q là nhiệt lượng(J)(J)
I là cường độ dũng điện(A)(A) R là điện trở (ễm)(ễm)
37
3. Cỏc loại mỏy biến ỏp 3.1 Mỏy biến ỏp 1 pha.
Mỏy biến ỏp một pha gồm:
+ Lừi thộp: Dày từ 0,35mm đến 0,5mm và được làm bằng cỏc lỏ thộp kỹ thuật điện. Cú lớp cỏch điện bờn ngoài, cỏch điện với nhau ghộp lại thành một khối cú chức năng dẫn từ cho mỏy biến ỏp.
+ Dõy quấn: Được làm bằng dõy điện từ cú trỏng lớp cỏch điện quấn quanh lừi thộp. Chỳng cỏch điện với nhau và cỏch điện với lừi thộp.
Tuy nhiờn, dõy quấn cú 2 loại:
Cuộn sơ cấp: Được nối với nguồn điện cú điện ỏp U1 cú N1 vũng dõy.
Cuộn thứ cấp: Được nối với phụ tải cú điện ỏp U2 cú N2 vũng dõy. Nhiệm vụ của dõy quấn là dẫn điện cho mỏy biến ỏp.
Nguyờn lý làm việc mỏy biến ỏp 1 pha
Mỏy biến ỏp làm việc dựa trờn hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi đặt một điện ỏp xoay chiều U1 vào cuộn dõy sơ cấp (cú số vũng dõy quấn n1ơ) sẽ cú dũng điện xoay chiều I1 chạy qua. Từ đú, tạo nờn từ thụng biến thiờn trong lừi thộp.
Do mạch từ khộp kớn nờn từ thụng này sẽ múc vũng qua hai cuộn dõy tạo nờn trong đú cỏc sức điện động E1 và E2.
Nếu bỏ qua điện trở của cỏc bộ dõy quấn và tổn hao ta cú:
U1 = E1 và U2 = E2
K: là tỉ số biến ỏp
K>1 Û U1 > U2: Mỏy biến ỏp giảm ỏp. K<1 Û U1 < U2: Mỏy biến ỏp tăng ỏp.
38 K=1 Û U1 = U2: Làm nguồn cỏch ly tăng tớnh an toàn.
3.2.Mỏy biến ỏp 3 pha.
MBA 3 pha dựng biến đổi nguồn điện AC 3 pha từ cấp điện ỏp này sang cấp điện ỏp khỏc và giữ nguyờn tần số. Cơ bản về mặt cấu tạo MBA 3 pha cũng bao gồm cỏc cuộn dõy sơ cấp, thứ cấp quấn trờn lừi thộp. Tựy vào kết cấu của lừi thộp mà người ta chia ra cỏc loại MBA 3 pha như sau:
MBA 3 pha tổ hợp: Cũn gọi là MBA 3 pha cú mạch từ riờng, bao gồm 3 lừi thộp giống nhau, trờn đú cú quấn cỏc cuộn sơ cấp, thứ cấp. Thụng số của cỏc cuộn dõy cũng giống nhau hoàn toàn. Núi cỏch khỏc: đõy chớnh là sự tổ hợp 3 MBA 1 pha giồng nhau hoàn toàn.
Hỡnh 2.16. Sơ đồ MBA ba pha
MBA 3 pha 1 vỏ: Loại này chỉ dựng 1 mạch từ. Mạch từ thường cú 3 trụ, mỗi trụ được bố trớ dõy quấn của 1 pha. Cỏc thụng số của bộ dõy cũng được thiết kế giống nhau hoàn toàn. Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyờn lý như hỡnh vẽ 2.17.
Hỡnh 2.17. Nguyờn lý MBA 3 pha 1 vỏ a. Sơ đồ cấu tạo
A B C a b c b. Sơ đồ nguyờn lý A B C a b c
39
3.3.Cỏc mỏy biến ỏp đặc biệt. 3.3.1.MBA đo lường.
Là cỏc loại MBA được sử dụng để phục vụ cho cụng tỏc đo lường trong hệ thống điện, thường sử dụng cỏc loại sau:
a. Mỏy biến điện ỏp (BU, TU)
Được sử dụng rộng rói trong hệ thống điện, nú thường biến đổi điện ỏp cần đo ở lưới trung, cao thế xuống giỏ trị phự hợp với dụng cụ đo. Loại này gọi là BU giảm điện ỏp.
Cũn loại BU tăng điện ỏp thường được sử dụng trong phũng thớ nghiệm để tăng kết quả thớ nghiệm cho phự hợp với dụng cụ đo.
Cấu tạo của BU tương tự hoàn toàn như MBA thụng thường, nhưng vật liệu được dựng chế tạo BU là loại vật liệu tiờu chuẩn nhằm hạn chế sai số và trỏnh cỏc tổn hao.
Khi sử dụng BU được nối song song trong mạch. Do phớa thứ cấp của mỏy được nối với volt kế hoặc tần số kế (cú điện trở nội rất lớn) nờn cú thể xem như thứ cấp hở mạch. Núi cỏch khỏc, BU chỉ làm việc ở trạng thỏi khụng tải. Do vậy, nếu nối thứ cấp BU với một phụ tải bất kỳ sẽ gõy hư hỏng BU.
Tương tự như MBA, ta gọi: KU = 2 1 U U = 2 1 N N : Là tỉ số biến điện ỏp. (2.43)
Với một mỏy biến điện ỏp cụ thể sẽ xỏc định được KU, đọc số chỉ trờn dụng cụ đo là giỏ trị U2. Như vậy điện ỏp U1 cần đo được tớnh: U1 = U2. KU
b.Mỏy biến dũng (BI; TI)
Hỡnh 2.21. Mỏy biến điện ỏp
b. Ký
hiệu a. Sơ đồ cấu tạo
U2; N U1; N V Hz U2; N U1; N V Hz
40
Cấu tạo tương tự như mỏy biến điện ỏp, nú dựng để biến đổi dũng điện cần đo cú giỏ trị lớn thành dũng điện cú giỏ trị bộ hơn (trong cụng nghiệp) hoặc biến đổi dũng điện bộ thành dũng điện lớn hơn trong phũng thớ nghiệm.
Khi sử dụng BI: phớa sơ cấp được lắp nối tiếp với đường dõy cần đo, phớa thứ cấp nối với ampe kế. Do vậy, BI xem như luụn là việc ở chế độ ngắn mạch (vỡ điện trở nội của ampe kế là rất bộ).
3.3.2.MBA tự ngẫu
Là loại mỏy biến ỏp mà cuộn dõy thứ cấp là 1phần của cuộn sơ cấp hoặc ngược lại. Nguyờn lý của loại mỏy biến ỏp này hoàn toàn tương tự như MBA 2 dõy quấn.
Đặc điểm:
Tiết kiệm, kinh tế hơn MBA cỏch ly.
Cựng một tiết diện lừi thộp MBA tự ngẫu cho cụng suất lớn hơn. Kộm an toàn, khụng dựng trong những trường hợp cần cú độ an toàn cao
Hỡnh 2.22. Mỏy biến dũng
b. Ký hiệu
a. Sơ đồ cấu tạo
n A I I I n A I n KI = 2 1 I I = 1 2 n n : Tỉ số biến dũng I1 = I2. KI (2.44)
a. MBA tự ngẫu loại giảm ỏp
U
U U U
b. MBA tự ngẫu loại tăng ỏp
41
Chương 5:Điện tử cụng nghiệp
Mục tiờu:
- Trỡnh bày đỳng cấu tạo làm việc của cỏc linh kiện điện tử, - Trỡnh bày được cụng dụng và phạm vi ứng dụng chỳng. - Rốn luyện tớnh tự giỏc, ý thức trong khi tham gia học tập.
Nội dung:
1. Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của cỏc loại linh kiện điện tử. 1.1 Phõn lọai. 1.1 Phõn lọai.
1.2 Diode.
* Cấu tạo
- Là linh kiện bỏn dẫn gồm 2 lớp bỏn dẫn P và N ghộp lại với nhau. Đầu nối với chất bỏn dẫn P gọi là A nốt (A), đầu nới với chất bỏn dẫn N gọi là Ka tốt (K) * Ký hiệu Anụt Catụt p n A K D ) a b)
Hỡnh 1.7: Cấu tạo(a), ký hiệu (b)
* Nguyờn lý làm việc của diode:
Khi diode được phõn cực thuận nghĩa là cực dương của nguồn nối với a nụt, cực õm của nguồn nối với ka tốt khi đú diode dẫn dũng qua tải. Trị số dũng điện phụ thuộc vào điện trở của tải và của mạch điện.
Hỡnh 1.8: Phõn cực thuận diode
Khi diode phõn cực ngược nghĩa là cực dương của nguồn nối với ka nụt, cực õm của nguồn nối với anốt khi đú diode khụng dẫn dũng qua tải.
D
Rt
+ -
42
Hỡnh 1.9: Phõn cực ngược diode
Thực tế trong trường hợp này, vẫn cú một dũng điện nhỏ qua diode theo chiều từ K sang A gọi là dũng điện ngược hay là là dũng điện rũ.
Vậy diode chỉ cho dũng điện chạy qua từ A sang K khi phõn cực thuận và khụng cho dũng điện chạy qua theo chiều ngược lại.
Đặc tớnh Vụn –Am pe của diode
Một số tớnh chất của diode trong quỏ trỡnh làm việc cú thể được giải thớch thụng qua việc xem xột đặc tớnh vụn-ampe của diode trờn hỡnh vẽ.
Dũng rũ max . ng U 0 u i A mA 0 . D U 0 UD.0 u D i 0 UD.0 u D i a) b) c)
Hỡnh 1.10: Đặc tớnh vụn-ampe của diode
a) Đặc tớnh thực tế; b) Đặc tớnh tuyến tớnh; c) Đặc tớnh lý tưởng
Đặc tớnh gồm hai phần, đặc tớnh thuận nằm trong gúc phần tư I tương ứng với UAK > 0, đặc tớnh ngược nằm trong gúc phần tư III tương ứng với UAK
< 0.
Trờn đường đặc tớnh thuận, nếu điện ỏp anụt-catụt tăng dần từ 0 đến khi vượt qua ngưỡng điện ỏp UD0 cỡ 0,6 – 0,7 V, dũng cú thể chảy qua diode. Dũng điện ID cú thể thay đổi rất lớn nhưng điện ỏp rơi trờn diode UAK hầu như ớt thay đổi. Như vậy đặc tớnh thuận của diode đặc trưng bởi tớnh chất cú điện trở tương đương nhỏ.
Trờn đường đặc tớnh ngược, nếu điện ỏp UAK tăng dần từ 0 đến giỏ trị Ung.max, gọi là điện ỏp ngược lớn nhất thỡ dũng điện qua diodevẫn cú giỏ trị rất nhỏ, gọi là dũng rũ, nghĩa là diode cản trở dũng điện theo chiều ngược. Cho đến khi UAK đạt đến giỏ trị Ung.max thỡ xảy ra hiện tượng dũng qua diode tăng đột ngột, tớnh chất cản trở dũng điện ngược của diode bị phỏ vỡ. Quỏ trỡnh này khụng cú tớnh đảo ngược, nghĩa là nếu lại giảm điện ỏp trờn anụt-catụt thỡ dũng điện vẫn khụng giảm. Ta núi diode đó bị đỏnh thủng.
D
Rt
-
43
Trong thực tế, để đơn giản cho việc tớnh toỏn, người ta thường dựng đặc tớnh khi dẫn dũng, tuyến tớnh hoỏ diode như được biểu diễn trờn hỡnh b. Đặc tớnh này cú thể biểu diễn qua cụng thức:
uDUD.0rD.ID (1.9) Trong đú: D D I U r
là điện trở tương đương của diode khi dẫn dũng.
Đặc tớnh vụn-ampe của cỏc diode thực tế sẽ khỏc nhau, phụ thược vào dũng điện cho phộp chạy qua diode và điện ỏp ngược lớn nhất mà diode cú thể chịu được. Tuy nhiờn để phõn tớch sơ đồ cỏc bộ biến đổi thỡ một đặc tớnh lý tưởng cho trờn hỡnh c được sử dụng nhiều hơn cả. Theo đặc tớnh lý tưởng, diode cú thể cho một dũng điện bất kỳ chạy qua với sụt ỏp trờn nú bằng 0. Nghĩa là, theo đặc tớnh lý tưởng, diode cú điện trở tương đương khi dẫn bằng 0 và khi khoỏ bằng .
* Cỏch đo và kiểm tra diode
Bước 1: Chọn thang đo của VOM ở thang đo điện trở (x10 hay x100) Bước 2: Đặt hai đầu que đo vào hai đầu diode ta nhận được điện trở R1 Bước 3: Đảo lại phộp đo ở bước 2, ta nhận được điện trở R2
Bước 4: Kết luận
Nếu hai phộp đo trờn cho hai giỏ trị điện trở khỏc xa nhau thỡ diode tốt Nếu R1 = R2 = 0 ễm thỡ diode bị chập.
Nếu R1 = R2 = ∞ ễm thỡ diode bị đứt.
Nếu R1 ≠ R2 thỡ diode cũn tốt khoảng 75%. Bước 5: Xỏc định cực A, K của Diode khi biết diode đú tốt
Trong hai phộp đo trờn, tỡm lại phộp đo cho giỏ trị điện trở nhỏ, que đen ở đõu thỡ đú là A, cực cũn lại là cực K.
Lưu ý: Thực chất của phộp đo trờn là ta tiến hành phõn cực cho diode. Dựng nguồn Pin trong VOM để cấp nguồn cho diode với que Đen nối với + Pin, que đỏ nối với - Pin.
Phõn cực thuận: Đặt que đen vào A, que đỏ vào K cho giỏ trị điện trở