Trong các phương trình (4.21), (4.22), (E1) chính là điện áp rơi trên tổng trở Zth đặc trưng cho từ thơng chính và tổn hao sắt từ. Vì từ thơng chính do dịng điện khơng tải I0 sinh ra nên ta có thể viết:
−E•1=(Rth+jXth)I•0 =ZthI•0 (4.24) với Zth =Rth+jXth là tổng trở từ hoá đặc trưng cho mạch từ.
Rth là điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt từ.
Thay (4.24) vào hệ các phương trình (4.21), (4.22) và (4.23) ta được:
U•1=Z1I•1+ZthI•0 (4.25) U•'2 =Z1I•0−Z'2I•'2 (4.26)
I•1=I•0−I•'2 (4.27)
Theo định luật Kiếchốp 1 và 2
thì hệ ba phương trình này chính là viết cho mạch điện có 2 nút và 3 nhánh (hoặc 2 vịng) như hình (4.7).
Thường tổng trở nhánh từ hố rất lớn, dịng I•0 nhỏ, do đó có thể bỏ qua nhánh từ hoá, lúc này ta được sơ đồ thay thế gần đúng (hay còn gọi là đơn giản) của máy biến áp như hình 4.8 a,b.
trong đó Rn = R1 + R’2 là điện trở ngắn mạch của máy biến áp. Xn = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp.
4.3. MÁY BIẾN ÁP 1 PHA VÀ 3 PHA
4.3.1. Máy biến áp tự ngẫu 1 pha (tự biến áp)
Máy biến áp tự ngẫu (tự biến áp) thường có cơng suất nhỏ, được dùng trong các phịng thí nghiệm và những nơi cần thay đổi điện áp.
Máy biến áp tự ngẫu chỉ khác máy biến áp thường ở chỗ dây quấn hạ áp là một phần của dây quấn cao áp. Do vậy, dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp khơng những có liên hệ về từ mà cịn có liên hệ về điện (hình 4-9).
Máy biến áp tự ngẫu cũng có loại tăng áp, hạ áp, một pha, ba phạ Ta nghiên cứu loại máy biến áp tự ngẫu 1 pha hạ áp như hình 4.10.
Trong máy, quá trình tạo thành các sức điện động ở các dây quấn không khác biến áp thường nên ta có:
a) b)
Hình 4-8.Sơ đồ thay thế gần đúng của MBA
2 1 a 2 1 2 1 U U k E E W W = = = (4.28)
Khi máy mang tải, dịng thứ cấp I•2≠0, từ thơng Φmax trong lõi thép vẫn giữ không đổi và bằng từ thông lúc không tải:
W1•I10=(W1−W2)I•1+W2I•12 (4.29) trong đó: I•1 là dịng sơ cấp chạy trong dây quấn phần A - ạ trong đó: I•1 là dòng sơ cấp chạy trong dây quấn phần A - ạ
I•12 là dịng chạy qua dây quấn thứ cấp W2 tức đoạn a- x.
Vì sức từ động khơng tải W1I10 rất nhỏ nên có thể coi sức từ động trong hai phần dây quấn A-a và a-x cân bằng nhau, tức:
(W1- W2)I1 = W2I12 suy ra 1 a 1 2 1 1 2 2 1 12 1)I (k 1)I W W ( I W W W I = − = − = − (4.30) Qua công thức (4.30) ta thấy nếu W1 càng gần W2 thì I12 càng bé, do vậy có thể chọn tiết diện của phần dây quấn này nhỏ hơn.
Do công suất ở máy biến áp tự ngẫu được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp theo 2 đường:
- Nhờ từ trường liên hệ giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp - Truyền trực tiếp do nối điện giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp
cho nên nếu máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp thường có cùng cơng suất thì phần công suất điện từ của máy biến áp tự ngẫu nhỏ hơn biến áp thường
)k k 1 1 ( a
− lần nên tiết diện lõi thép của máy biến áp tự ngẫu cũng nhỏ hơn
a) b)
Hình 4-9. Ký hiệu máy biến áp tự ngẫu loại hạ áp (a) và tăng áp ( b).
Hình 4-10. Sơ đồ nngun lí cấu tạo máy biến áp tự ngẫu hạ áp
)k k 1 1 ( a
− lần. Hoặc nếu hai máy biến áp cùng tiết diện lõi thép thì cho phép tăng cơng suất của biến áp tự ngẫu lên 10-20%.
Nhược điểm của máy biến áp tự ngẫu là có sự liên hệ về điện giữa cao áp và hạ áp nên khơng an tồn cho người sử dụng, do vậy cần phải chú ý khi sử dụng.
4.3.2. Máy biến áp ba pha
Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện ba pha, ta có thể dùng ba máy biến áp một pha hay một máy biến áp ba phạ
1. Cấu tạo
Nếu dùng ba máy biến áp một pha ghép lại để tạo thành một máy biến áp ba pha thì về cấu tạo của chúng như ta đã trình bày ở trên. Máy biến áp ba pha tạo ra từ ba máy biến áp một pha được gọi là loại máy biến áp ba pha có mạch từ độc lập (hình 4.11).
Máy biến áp ba pha có mạch từ khép kín gọi là máy biến áp ba pha có mạch từ liên quan. Loại này có ba trụ và ba dây quấn pha như hình 4.12a,b.
Hình 4.11. Máy biến áp 3 pha mạch từ độc lập
Hình 4. 12. Cấu tạo máy biến áp 3 pha mạch từ liên quan (a), Sơ đồ nguyên lý máy biến áp ba pha mạch từ liên quan (b).