Được chế tạo bằng dõy đồng hoặc nhụm cú tiết diện trũn hoặc chữ nhật, bờn ngoài dõy dẫn cú bọc cỏch điện. Dõy quấn được lồng vào trụ thộp. Giữa cỏc vũng dõy, giữa cỏc cuộn dõy và giữa cuộn dõy với vỏ đều cú cỏch điện. Mỏy biến ỏp thường cú hai hay nhiều cuộn dõy:
+ Dõy quấn nối với nguồn (cuộn dõy sơ cấp) thường cú tiết diện dõy nhỏ và số vũng dõy lớn.
+ Dõy quấn nối với tải (cuộn dõy thứ cấp) thường cú tiết diện dõy lớn, số vũng dõy ớt.
Mỏy biến ỏp cú cụng suất nhỏ thỡ làm mỏt bằng khụng khớ
Mỏy cú cụng suất lớn thỡ làm mỏt bằng dầu, vỏ thựng cú cỏnh tản nhiệt
6.1.3. Phõn loại mỏy biến ỏp
- Tựy theo nhiệm vụ của mỏy biến ỏp ta cú cỏc loại mỏy: mỏy biến ỏp điện lực, mỏy biến ỏp đo lường, mỏy biến ỏp hàn, mỏy biến ỏp chuyờn dụng, mỏy biến ỏp thớ nghiệm...;
- Theo số cuộn dõy quấn cú: Mỏy biến ỏp một hay nhiều dõy quấn;
- Theo lừi thộp cú mỏy kiểu bọc, kiểu trụ, vừa bọc vừa trụ, kiểu hỡnh xuyến.
6.1.4. Nguyờn lý hoạt động của mỏy biến ỏp
Hỡnh vẽ sơ đồ nguyờn lý của mỏy biến ỏp một pha cú hai dõy quấn W1 và W2. Khi nối cuộn dõy sơ cấp vào điện ỏp xoay chiều u1, trong dõy quấn W1 sẽ cú
dũng điện i1 chạy qua, sinh ra từ trường B biến thiờn theo qui luật của dũng điện i1.Từ trường B cú từ thụng chớnh φ chạy trong lừi thộp, múc vũng qua hai dõy quấn W1 và W2 và biến thiờn theo i1.
Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiờn của từ thụng Φ làm cảm ứng trong dõy quấn sơ cấp sức điện động:
e1 = -W1d
dt
Φ
và trong dõy quấn thứ cấp
sức điện động: Hỡnh 5.3 Nguyờn lý hoạt động
e2 = -W2d
dt
Φ
Trong đú: W1, W2 là số vũng của dõy quấn sơ cấp và thứ cấp.
Khi mỏy biến ỏp khụng tải, dõy quấn thứ cấp hở mạch, dũng điện i2 = 0, từ thụng chớnh φ trong lừi thộp chỉ do dũng sơ cấp io sinh ra.
Khi mỏy biến ỏp cú tải Zt, trong mạch thứ cấp cú dũng điện i2, khi đú từ thụng chớnh do cả hai dũng sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra. Điện ỏp U1 hỡnh sin nờn từ thụng cũng biến thiờn hỡnh sin.
Φ = Φmaxsinωt e1 = -W1d( maxsin t) dt ω Φ = W1 . ω.Φmaxsin(ωt- 2 π ) = E1 2sin(ωt- 2 π ) (2.1) e2 = -w2d( maxsin t) dt ω Φ = W2 . ω.Φmaxsin(ωt- 2 π ) = E2 2sin(ωt-π2) (2.2) Trong đó: E1 = 4,44fw1Φmax (2.3) E2 = 4,44fw2Φmax (2.4)
E1, E2 là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp, thứ cấp. Tỷ số E1/ E2 gọi là hệ số biến ỏp k:
Nếu bỏ qua điện trở dõy quấn và từ thụng tản ra ngoài khụng khớ, thỡ cú thể coi gần đỳng U1 ≈ E1; U2 ≈ E2 nờn:
Kết luận: Tỷ số điện ỏp sơ cấp và thứ cấp gần đỳng bằng tỷ số vũng dõy sơ cấp và thứ cấp.
Đối với mỏy tăng ỏp thỡ: U2 > U1 và W2 > W1; với mỏy giảm ỏp thỡ: U2 < U1 và W2 < W1
Như vậy, dõy quấn sơ cấp và thứ cấp khụng trực tiếp liờn hệ với nhau về điện nhưng nhờ cú từ thụng chớnh, năng lượng đó được truyền từ mạch sơ cấp sang mạch thứ cấp.
Nếu bỏ qua tổn hao trong mỏy biến ỏp, thỡ cú thể coi gần đỳng hoặc:
6.2. Cỏc chế độ làm việc của mỏy biến ỏp.
* Chế độ khụng tải
Khỏi niệm
Chế độ khụng tải là chế độ mà
phớa thứ cấp hở mạch, phớa sơ cấp đặt vào điện ỏp (hỡnh 5.4)
Đặc điểm của chế độ khụng tải:
+ Dũng điện thứ cấp I2 = 0
+ Dũng điện sơ cấp I10 ≤ 10%I1đm. Dũng điện khụng tải gồm hai thành phần: dũng điện kớch từ và dũng điện tổn hao trong lừi thộp. Dũng điện kớch từ là phần chớnh của dũng điện
khụng tải cũn dũng điện tổn hao khụng đỏng kể cú thể bỏ qua.
+ Dũng điện kớch từ sinh ra từ thụng chớnh, từ thụng chớnh này sinh ra sức điện động cảm ứng E1 và E2. Do khi ở trạng thỏi khụng tải trị số của
điện ỏp của cuộn sơ cấp U1 tương đương với sức điện động E1
U1 ≈ E1
Điện ỏp khụng tải cuộn thứ cấp U20 bằng sức điện động hỗ cảm E2 trong
cuộn thứ cấp: U20 ≈ E2 (2.5) Tỷ số biến ỏp: k = 1 2 U U = 1 1 2 2 E w E = w (2.6) * Chế độ ngắn mạch Khỏi niệm: Chế độ ngắn mạch là chế độ mà phớa thứ cấp bị nối tắt, phớa sơ cấp đặt vào điện ỏp (hỡnh 5.5)
Đặc điểm của chế độ ngắn mạch:
+ Mỏy biến ỏp bỡnh thường
Khi điện ỏp sơ cấp U1 ≈ Uđm dũng điện tăng lờn rất lớn bằng (10ữ25) lần dũng điện định mức. Dũng điện ngắn
mạch lớn làm cho dõy quấn núng kịch Hỡnh 5.5
U 1 φ ~ Hình 5.4 I 1 U 1 φ I 2 ~
liệt và bị chỏy đồng thời gõy nờn những lực cơ học lớn phỏ hỏng dõy quấn. Để bảo vệ mỏy biến ỏp người ta thường đặt những thiết bị cắt nhanh.
Mỏy biến ỏp nhỏ dựng cầu chỡ. Bảo vệ ngắn mạch bờn ngoài mỏy biến ỏp thường dựng rơle tỏc động nhanh cắt chỗ cú sự cố ra khỏi mỏy biến ỏp. Bảo vệ ngắn mạch bờn trong giữa cỏc vũng dõy mỏy biến ỏp ta thường dựng rơle hơi để cắt mỏy biến ỏp ra khỏi nguồn điện.
+ Mỏy biến ỏp hàn: khi mồi hồ quang dũng điện ngắn mạch: In=(1,3ữ1,4)Iđm.
+ Khi đưa U1 << U1đm người ta cú thể nối tắt cuộn thứ cấp dũng điện ngắn mạch nhỏ để sấy mỏy.
* Chế độ cú tải
Khỏi niệm
Chế độ cú tải là chế độ trong đú dõy quấn sơ cấp nối vào nguồn điện ỏp định mức, dõy quấn thứ cấp nối với
tải (hỡnh 5.6)
Đặc điểm của chế độ cú tải:
Cụng suất ra cuộn thứ cấp: nối thứ cấp với phụ tải, bờn thứ cấp cú dũng I2
nờn cụng suất đưa ra của mỏy sẽ là: Mỏy một pha: S2 = U2I2 (2.7) Mỏy ba pha: S2 = 3Ud2Id2 (2.8)
Do cuộn dõy thứ cấp cú trở khỏng nờn U2 < E2.
U1 khụng đổi nờn từ thụng chớnh Φ khụng đổi. Sau khi nối thứ cấp với phụ tải từ thụng Φ2 cú khuynh hướng làm thay đổi từ thụng chớnh. Nhưng do U1 khụng đổi nờn từ thụng chớnh khụng đổi do đú do đú I1 tăng I1đm để
triệt tiờu tỏc dụng kớch từ do I2 gõy ra cho cuộn sơ cấp nờn từ thụng chớnh
khụng đổi.
Vỡ vậy cụng suất cuộn sơ cấp lấy từ nguồn vào:
Mỏy một pha: S1 = U1I1. (2.9)
Mỏy ba pha: S1 = 3Ud1Id1. (2.10)
Hỡnh 5.6 I1 U 1 I 2 ~
Khi mỏy biến ỏp đạt đến trạng thỏi đủ tải thỡ tỷ số giữa dũng điện sơ cấp I1 và dũng điện thứ cấp I2 gọi là tỷ số biến dũng.
Trong mỏy biến ỏp một pha cụng suất tổn hao đồng và sắt nhỏ cú thể bỏ qua. Cụng suất đưa vào bằng cụng suất đưa ra:
S1 = S2 hay U1I1 = U2I2. Ta cú tỷ số biến dũng là: kI = 1 2 I I = 1 2 U U = 1 2 w w (2.11)
Trờn thực tế khi mỏy biến ỏp cú phụ tải trong mỏy biến ỏp sẽ cú tổn hao đồng ∆Pđ trong cuộn dõy sơ cấp và thứ cấp, tổn hao sắt trong lừi thộp
∆PS do đú cụng suất đưa ra P2 luụn nhỏ hơn cụng suất đưa vào P1.
Hiệu suất của mỏy sẽ là: η = 2 1
P
P (2.12)
Thường thỡ cỏc tổn hao rất nhỏ so với cụng suất truyền tải nờn hiệu suất η của mỏy biến ỏp rất cao. Đối với mỏy biến ỏp dung lượng lớn hiệu suất cú thể đạt tới 99%.
7. MÁY BIẾN ÁP BA PHA
Để biến đổi điện ỏp của hệ thống dũng điện ba pha, ta cú thể dựng ba mỏy biến ỏp một pha (hỡnh 5.7) hoặc dựng mỏy biến ỏp ba pha (hỡnh 5.8). Về cấu tạo, lừi thộp của mỏy biến ỏp ba pha gồm ba trụ (hỡnh 5.9). Dõy quấn sơ cấp ký hiệu bằng cỏc chữ in hoa: AX, BY, CZ. Dõy quấn thứ cấp
ký hiệu bằng cỏc chữ in thường: ax, by, cz. Dõy quấn sơ cấp và thứ cấp cú thể nối hỡnh sao hoặc hỡnh tam giỏc. Nếu sơ cấp nối hỡnh sao, thứ cấp nối hỡnh sao cú dõy trung tớnh thỡ ta ký hiệu Y/YN.
Gọi số vũng dõy sơ cấp là w1, số vũng dõy
thứ cấp là w2, tỷ số điện ỏp pha giữa sơ cấp và thứ cấp là: 1 2 p p U U = 1 2 w w (2.13) Tỷ số điện ỏp dõy khụng những chỉ phụ thuộc vào tỷ số vũng dõy mà cũn phụ thuộc vào cỏch nối dõy quấn.
Khi nối ∆/Y, sơ cấp
nối tam giỏc Ud1 = Up1, thứ cấp nối hỡnh sao Ud2 = 3Up2.
Vậy tỷ số điện ỏp dõy là:
1 1 1 2 3 2 3 2 p d d p U U w U = U = w
Khi nối ∆/∆, sơ cấp Ud1 = Up1, thứ cấp Ud2 = Up2 nờn:
1 1 1 2 2 2 p d d p U U w U =U = w (2.14)
Khi nối Y/Y, sơ cấp Ud1 = 3Up1, thứ cấp Ud2 = 3Up2 nờn:
1 1 1 2 2 2 3 3 p d d p U U w U = U = w (2.15)
Khi nối Y/∆, sơ cấp Ud1 = 3Up1, thứ cấp Ud2 = Up2 nờn:
Hỡnh 5.9 Y0/Y a) Y/Y b) Y/∆ c) C B A X Y Z z y x a b c Hỡnh 5.8
1 1 1 2 2 2 3 3 p d d p U U w U = U = w (2.16)
Trong thực tế, khi cú nhiều mỏy biến ỏp làm việc song song với nhau, ta phải chỳ ý đến gúc lệch pha giữa điện ỏp dõy sơ cấp và điện ỏp dõy thứ cấp. Vỡ thế khi ký hiệu tổ đấu dõy của mỏy biến ỏp, ngoài ký hiệu cỏch đấu cỏc dõy quấn, cũn ghi thờm chữ số chỉ gúc lệch pha giữa điện ỏp dõy sơ cấp và thứ cấp. Vớ dụ Y/Y-11: gúc lệch pha giữa điện ỏp dõy sơ cấp và thứ cấp là 11.300 = 3300.
Khi vẽ đồ thị vộc tơ để xỏc định gúc lệch pha, cần chỳ ý pha của điện ỏp pha cỏc dõy quấn trờn cựng một trụ. Phụ thuộc vào chiều quấn dõy và ký hiệu đầu dõy, chỳng cú thể trựng pha nhau hoặc ngược pha nhau. Căn cứ vào cỏch đấu dõy, ta vẽ điện ỏp dõy sơ cấp U.AB và điện ỏp dõy thứ cấp U.ab. Từ đú xỏc định gúc lệch pha giữa điện ỏp dõy sơ cấp U.ABvà thứ cấp U.ab.
Đối với mỏy biến ỏp ba pha đối xứng khi nghiờn cứu chỉ cần viết phương trỡnh, sơ đồ thay thế, đồ thị vộc tơ cho ở trờn. Vỡ thế khi tớnh cỏc thụng số trong sơ đồ thay thế, cần tớnh thụng số pha (dũng điện pha, điện ỏp pha, tổng trở pha, cụng suất …).
Trước khi nghiờn cứu tổ nối dõy của m.b.a ta hóy xột ký hiệu cỏc đầu dõy và cỏch đấu cỏc dõy quấn pha với nhau.
* Cỏch ký hiệu đầu dõy
Cỏc đầu tận cựng của dõy quấn mỏy biến ỏp, một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cuối. Đối với dõy quấn một pha cú thể tuỳ ý chọn đầu đầu và đầu cuối . Đối với dõy quấn ba pha, cỏc đầu đầu và đầu cuối phải chọn một cỏch thống nhất : giả sử dõy quấn pha A đó chọn đầu đầu đến đầu cuối đi theo chiều kim đồng hồ thỡ dõy quấn cỏc pha B và C cũn lại cũng phải chọn chọn như vậy . Điều này rất cần thiết, bởi vỡ nếu một pha dõy quấn ký hiệu ngược thỡ điện ỏp dõy lấy ra sẽ mất tớnh đối xứng. Để đơn giản và thuận tiện cho việc nghiờn cứu, người ta thường đỏnh dấu cỏc đầu tận cựng lờn sơ đồ ký hiệu dõy quấn của mỏy biến ỏp với quy ước sau đõy:
Cỏc đầu
tận cựng Dõy quấn cao ỏp CA Dõy quấn hạ ỏp HA ký hiệu dõy quấn. Sơ đồ
Đầu đầu A; B; C a; b; c Đầu cuối X; Y; Z x; y; z Đầu trung tớnh O hay N o hay n
Đối với mỏy biến ỏp ba dõy quấn, ngoài hai dõy quấn sơ cấp và thứ cấp cũn cú dõy quấn điện ỏp trung. Dõy quấn này được ký hiệu như sau: đầu đầu bằng cỏc chữ Am; B m ; Cm; đầu cuối bằng cỏc chữ Xm; Ym ; Zm và đầu trung tớnh Om.
* Các kiểu mắc dây quấn
Dõy quấn mỏy biến ỏp cú thể mắc hỡnh sao ( ký hiệu bằng dấu “ Y’’) hay hỡnh tam giỏc (ký hiệu bằng dấu “ ∆”). Mắc sao thỡ ba đầu X;Y; Z nối chụm lại với nhau, cũn ba đầu A; B ; C để tự do (hỡnh 5.10). Nếu mắc sao cú dõy trung tớnh thỡ ký hiệu bằng dấu “Y0”. Mắc tam giỏc thỡ đầu cuối của pha này nối với đầu đầu của pha kia: hoặc theo thứ tự AX - BY - CZ – A (hỡnh 5.11).
Cỏch mắc dõy quấn CA và HA ở trong mỏy biến ỏp thường được ký hiệu như sau : vớ dụ mỏy biến ỏp mắc Y/∆ cú nghĩa là dõy quấn CA mắc sao và dõy quấn HA mắc tam giỏc. Ở cỏc mỏy biến ỏp truyền tải cụng suất, thường dõy quấn CA mắc Y cũn dõy quấn HA mắc ∆, bởi vỡ mắc như vậy thỡ phớa cao ỏp điện ỏp pha nhỏ đi 3 lần so với điện ỏp dõy, do đú cú thể giảm bớt được chi
Z Y x Z Y X o a b c O A B C A B C X Y Z A B C A B C X Y Z A B C
Hỡnh 5.10: Mắc hỡnh sao dõy quấn m.b.a ba pha
Hỡnh 5.11 Mắc hỡnh tam giỏc dõy quấn .b.a ba pha
phớ và điều kiện cỏch điện; phớa hạ ỏp thỡ dũng điện pha nhỏ đi 3 lần so với dũng điện dõy, do đú cú thể làm dõy dẫn nhỏ hơn thuận tiện cho việc chế tạo. Cỏch mắc tam giỏc được dựng nhiều khi khụng
cần điện ỏp pha. Dõy quấn mắc Y0 thụng dụng
đối với mỏy biến ỏp cung cấp cho tải hỗn hợp vừa dựng điện ỏp dõy (chạy cho động cơ khụng đồng bộ) vừa dựng điện ỏp pha thắp sỏng.
Ngoài hai kiểu mắc dõy chủ yếu trờn, dõy
quấn mỏy biến ỏp cú thể theo mắc kiểu zic – zăc (ký hiệu bằng dấu “Z”). Lỳc đú mỗi pha dõy quấn gồm hai nửa cuộn dõy ở trờn hai trụ khỏc nhau nối nối tiếp và mắc ngược nhau (hỡnh
5.12). Kiểu mắc dõy này ớt dựng vỡ tốn nhiều đồng hơn và chỉ gặp trong mỏy biến ỏp dựng cho cỏc thiết bị chỉnh lưu hoặc trong mỏy biến ỏp đo lường để hiệu chỉnh sai số về gúc lệch pha.
* Tổ nối dõy của mỏy biến ỏp
Tổ nối dõy của mỏy biến ỏp được hỡnh thành do sự phối hợp kiểu mắc dõy sơ cấp so với kiểu mắc dõy thứ cấp. Nú biểu thị gúc lệch pha giữa cỏc sức điện động dõy sơ cấp và dõy thứ cấp của mỏy biến ỏp. Gúc lệch pha này phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau đõy:
1) Chiều quấn dõy.
2) Cỏch ký hiệu đầu dõy, vị trớ đầu và cuối pha 3) Kiểu nối dõy quấn ở sơ cấp và thứ cấp.
* VẬN HÀNH SONG SONG MÁY BIẾN ÁP
A B C X Y Z Hỡnh 5.12: Kiểu mắc zic-zăc A X a x A X a x A X a x 3600 1800 1800 a A x a A a X x A a X x
Vận hành song song cỏc mỏy biến ỏp nhằm đảm bải cung cấp điện liờn tục và phự hợp với cụng suất phụ tải.
Đảm bảo cho mỏy biến ỏp làm việc kinh tế nhất. Giảm được số mỏy dự phũng.
Điều kiện vận hành song song mỏy biến ỏp
Cú 2 trong 3 điều kiện là bắt buộc :
- Điện ỏp sơ cấp của cỏc mỏy phải bằng nhau và điện ỏp thứ cấp của cỏc mỏy phải bằng nhau (tỉ số biến ỏp bằng nhau).
- Tổ đấu dõy như nhau: Đõy là hai điều kiện bắt buộc để đảm bảo điện ỏp thứ cấp cỏc mỏy bằng nhau về trị số và trựng gúc pha.
- Hiệu điện thế ngắn mạch bằng nhau (UK%) để đảm bảo hệ số tải của cỏc mỏy biến ỏp bằng nhau, trong thực tế cho phộp UK% khỏc nhau ≤ 10% thỡ tỉ lệ dung lượng giữa cỏc mỏy khoảng ≤ 3 :1.