, r " ™ ^UVỤHU Hi 1 1HLLV
3.8 Tiết kiệm điện năng trong thiết kế chế tạo, lắp đặt, vận hành sử dụng thiết bị điện công nghiệp
thiết bị điện công nghiệp
3.8 . ỉ Mảy biến áp (MBA)
Vai trỏ và cơng dụng của mảy biến áp (MBA)
ynuiuiliu LU ỤHb 11
Theo (3.3) điện năng truyền tải từ máy phát điện đến tải có cơng suất:
p = JlUjlj cos ợ
Với công suất p, hệ số công suất cosọ không đổi, nếu điện áp trên đường dây ud càng cao thì dịng điện trên đường dây Id càng giảm, do đó tổn hao cơng suât và ton thất điện áp cũng giảm. Công suất truyền tải càng lớn, khoảng cách truyền tải càng xa thì điện áp truyền tải phải càng lớn. Do công nghệ chế tạo các máy phát điện chì có điện áp định mức lớn nhất cỡ 20kV, do đó điện năng từ máy phát đến tải phải biến đổi qua nhiều cấp. MBA là phần tử quan trọng trong hệ thống điện. Điện áp thường phải biến đổi qua nhiều cấp như Hình 3.25.
b) Nguyên lý làm việc:
Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên định luật cảm ứng điện từ. Khi đặt điện áp hình sin vào dây quấn sơ cấp thì từ thơng trong lõi thép biến thiên hình sin <t> = sin (ừt. Theo định luật càm ứng điện từ sức điện động cảm ứng trong dây quấn sơ cấp có số vịng dây W| cũng biến thiên hình sin bàng:
... ư<I> _ ..............
elM = -W, ——, có tr sô hiêu dụng £ị = 4,44^/0 (3.10)
Tương tự sức điện động cảm ứng trong dây quấn thứ cấp có số vịng dây w2 là: £2=4,44^2X (3.11)
Tỷ số biến đổi phụ thuộc vào tỷ số vòng dây.
E. w,
k = ±- = ^L (3.12)
e2 w2 7
Hình 3.25 MBA trong hệ thống truyền tải điện
Đe biến đổi hệ thống điện áp ba pha có thể sử dụng ba MBA một pha hoặc máy biến áp ba pha 3 trụ (Hình 3.26). Các MBA ba pha có thể nối dây theo kiểu sao (Y), tam giác (D) hoặc ziczac (Z). Do tổ nối dây với những thứ tự khác nhau mà góc lệch pha giữa điện áp sơ và thứ cấp có thể khác nhau. Đẻ biểu diễn sự lệch pha này người ta sử dụng quy tắc kim đồng hồ coi điện áp dây sơ cấp ud|
GIÁO TRÌNH GIÁO DỤC sử DỤNG NÂNG LƯỢNG TIÉT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ
trùng với kim phút, điện áp dây thứ câp Ud2 trùng với kim giờ, ví dụ tơ nơi dây
X/ *'1*11 ■ -1' * * 1 A Á 1 * Á 1 A 1 1 X /Ảo n ■-> /vOY/A -1 lcó góc lệch pha giữa điện áp dây sơ câp và thứ câp là 11 X 30 = 330 . Y/A -1 lcó góc lệch pha giữa điện áp dây sơ câp và thứ câp là 11 X 30 = 330 .
Hình 3.26 Máy biến áp ba pha ba trụ
b) Tổn hao công suất và hiệu suất MBA
Khi MBA làm việc có tổn hao cơng suất bao gồm:
• Tổn hao sắt từ AP, là tổn hao do dịng điện xốy và hiện tượng từ trễ trong mạch từ. Tổn hao sắt từ được tính gần đúng bàng tổn hao khơng tải của MBA:
AP, =Po (3.13)
• Tổn hao đồng ỉsPd là tổn hao trên điện trở dây quấn MBA; tổn hao này tỉ lệ với điện trở dây quấn, tì lệ với bình phương hệ số mang tải p cùa MBA; Khi máy mang tải định mức, tổn hao đồng bàng cơng suất (thí nghiệm) ngắn mạch Pn của MBA.Ta có :
bPd = P2P„- (3.14)
Gọi p2, Pi là công suất thứ cấp, công sơ cấp;
Hiệu suất 7 của MBA không những phụ thuộc vào phụ tải cịn phụ thuộc vào tính chất phụ tải, phụ tải có hệ số cơng suất cosọ thấp có hiệu suất thấp hơn, hiệu suất được tính ứng với điều kiện cosọ = hang so, ta có:
Pị.^ P2 7 /> Pĩ + Pd + Ps rj = ——^,co^-—- (3.15) psdm COS(p + p-P„+P0 7.,. -> » 0 -> p'p. = />. -» p = up Ng
f t ■ .■■UỤ I'J I1L1 K1Ị.IIM AniịL|ỤL~
\ Ỉ
° dm J2dm
(3.16)
Nhận xét. Hiệu suất của MBA sẽ cực đại khi tổn hao sắt từ bàng tổn hao
đồng. Người ta thường thiết kế MBA có p = = 0,45- 0,7. Đường cong hiệu V pn
suất của MBA được cho trên Hình 3.25. Giảm coscp đường cong hiệu suất thấp hom. Hiệu suất của MBA cũng phụ thuộc vào coscp, khi coscp giảm đường này sẽ thấp hom.
Hình 3.27 Hiệu suất của MBA
c) Tiết kiệm năng lượng trong'thiet kế chế tạo và vận hành sử dụng MBA Thiết kế chế tạo: Các MBA tiêu chuẩn được thiết kế với tổng chi phí vật liệu
tác dụng và chi phí vận hành nhỏ nhất. Để giảm tổn hao trong MBA có thể chế tạo mạch từ có tiết diện lớn hom, do đó từ cảm B trong mạch từ và tổn hao không tải (tổn hao sắt) sẽ nhỏ hom so với MBA tiêu chuẩn. Tiết diện dây quấn của MBA hiệu suất cao cũng lớn hom, do đó tổn hao đồng nhỏ hom tổn hao đồng của MBA tiêu chuẩn. Giá thành của MBA hiệu suất cao lớn hom giá thành MBA tiêu chuẩn, tuy nhiên lợi ích của việc giảm chi phí vận hành do tổn hao công suất giảm sẽ bù lại. Mặc dù thời gian làm việc trong ngày của MBA có thể ít, máy thường xun nối vào lưới điện và luôn chịu tổn hao APst~ Po- Thiết kế MBA có tổn hao khơng tải nhỏ bàng cách sử dụng tôn silic chất lượng cao, sử dụng công nghệ cắt tơn và xử lí tơn sau gia cơng. Do tiến bộ khoa học vật liệu, thép silic có tổn hao thấp, tổn hao khơng tải chi cịn (0,1 -ỉ- 0,4%)Sđm.
Bảng 3.3 Tổn hao không tải của một số máy biến áp Máy
biến áp
Công suất
kVA
Tổn hao không tải, w Độ giảm tổn hao, % Lõi thép biến áp
thông thường, tôn silic
Lõi thép vơ định hình 1 pha 50 149 38 75 100 245 62 75 3 pha 300 1400 200 86 1000 3000 390 87
về hiệu quả kinh tế, mặc dầu giá thành của thép vơ định hình hiện nay cao gấp rưỡi so với tôn silic, tuy nhiên do tổn hao điện năng không tải nhỏ nên hiệu quả kinh tế rất rõ ràng. Người ta cũng tính được, khi sử dụng MBA lõi
GIÁO TRÌNH GIÁO DỤC sử DỤNG NÂNG LƯỢNG TĨÉT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ
thép vơ định hình (thay cho tơn silic) thời gian thu hồi vốn là 3-5 năm. Bảng 3.4 nêu hiệu quả kinh tế khi sử dụng thép vơ định hình thay cho tơn silic chế tạo lõi thép MBA.
Bảng 3.4 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng lõi dẫn từ vơ định hình