CHƯƠNG 4: CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG MỘT PHA
3. Trạng thái làm việc ngắn mạch
3.1. Trạng thái làm việc ngắn mạch của máy biến áp cách ly một pha
a) b)
Hình 4.10: Sơ đồ trạng thái ngắn mạch của máy biến áp
Sơ đồ nguyên lý (Hình 4.10a),Sơ đồ thay thế tương đương (Hình 4.10b).
Trạng thái ngắn mạch của máy biến áp là khi cuộn sơ cấp được cấp điện áp định mức, còn cuộn thứ cấp bị ngắn mạch (thứ cấp bị nối tắt lại). Lúc này điện áp thứ cấp U2 = 0 (Hình 4.10).
Trạng thái ngắn mạch gồm có hai cách:
- Ngắn mạch thí nghiệm:
Chúng ta chủ động nối tắt thứ cấp lại. Điều chỉnh điện áp U đặt vào sơ cấp sao cho I2 = I2đm, nghĩa là bên thứ cấp bằng dòng điện định mức. Điện áp đó gọi là điện áp ngắn mạch và có giá trị khoảng Un = (5 ÷7,5)% U1đm.(Loại ngắn mạch thí nghiệm không làm giảm chất lượng máy biến áp).
- Ngắn mạch sự cố: Là sơ cấp đặt vào điện áp định mức, còn thứ cấp bị ngắn mạch.
Khi ngắn mạch Zt = 0, ta có:
Inm = U đm1
Znm
Znm : Tổng trở ngắn mạch có trị số rất nhỏ, nên dòng Inm rất lớn khoảng Inm
= (10÷25) Iđm. Dòng ngắn mạch nguy hiểm cho máy biến áp và gây ảnh hưởng đến các phụ tải dùng điện. Vì vậy máy biến áp cần được đặt các thiết bị bảo vệ tự động cắt mạch sơ cấp ra khỏi nguồn điện khi thứ cấp bị ngắn mạch. Tuy nhiên có một số máy biến áp chuyên dụng được thiết kế làm việc trong chế độ gần giống chế độ ngắn mạch, như các loại máy biến áp trong máy hàn điện hồ quang, hàn tiếp xúc, hàn biến dòng…Lúc này biến áp bị ngắn mạch, điện áp thứ cấp lấy ra
U1
W2 W1
R1 X1 Inm
U2= 0. Do đó toàn bộ sức điện động E2 sinh ra trong cuộn dây w2 rơi trên tổng trở của dây quấn. Khi đó I2.w2 chủ yếu chống lại I1.w1.Vì vậy khi I2 tăng thì I1 cũng tăng.
Ta có phương trình cân bằng :
1 1 1 1 1 1
U = +E I R +I X
2 2( 2 2 2 2) 0
U =E I R +I X =
'
1 2
I −I (vì I0 quá nhỏ bỏ qua nhánh từ hóa, cho nên dòng sơ cấp cũng là dòng ngắn mạch)
3.2. Đồ thị véc tơ
E1
U1
I1X1
I1R1
E1
I1
I2X2
I2R2
E2
I’2
ỉm
Hình 4.11: Đồ thị véc tơ chế độ ngắn mạch của máy biến áp 3.3. Thí nghiệm máy biến áp 1 pha làm việc ngắn mạch
*Phương pháp thí nghiệm trạng thái thái ngắn mạch:
Mục đích của xác định trạng thái ngắn mạch để xác định công suất tổn hao ngắn mạch ΔPnm một cách gần đúng, tổn hao này bằng tổn hao cuộn dây w1 và w2
là ΔPđ trong máy biến áp khi phụ tải bằng trị số định mức. Vì điện áp đưa và rất nhỏ nên tổn hao sắt ΔPFe cỏ thể bỏ qua.
Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp.
A
A W
A U1
L
N
l k
MBA MBATN
Khi tiến hành thí nghiệm ngắn mạch hình 4.12 cuộn dây thứ cấp được nối ngắn mạch còn cuộn dây sơ cấp được đặt điện áp thông qua máy biến áp tự ngẫu (dải điều chỉnh rộng). Ta giảm điện áp đặt vào cuộn dây đến trị số U1 = U1 đm, để dòng điện chạy trong cuộn dây sơ cấp của máy biến áp I1 = I1 nm. Trị số điện áp U1nm được gọi là điện áp ngắn mạch.
Trong quá trình thí nghiệm cần đo các thông số sau:
- Dòng điện sơ cấp và thứ cấp I1,I2
- Điện áp U1 = Unm khi thay đổi dòng điện I1 từ giá trị 0 đến I1dm. Khi trị số dòng I1 đạt đến trị số định mức I1 đm. Xác định tổn hao công suất ngắn mạch ΔPnm
và điện áp ngắn mạch. Sau đó tính toán các tham số của sơ đồ thay thế.
- Điện trở ngắn mạch: 2
1 nm nm
dm
R P I
=
- Điện kháng ngắn mạch: Xnm = Znm2+Rnm2
Trong đó: Znm = Unm/I1 đm. Tổng trở ngắn mạch - Chế độ công suất ngắn mạch: Cosφnm = Rnm/Znm
Trong đó: Rnm = R1 + R’2, Xnm = X1 + X’2. Điện trở và điện kháng ngắn mạch. Trong quá trình tính toán giả thiết rằng khi điện áp đặt vào cuộn sơ cấp rất nhỏ, nên từ thông và dòng từ hóa rất nhỏ có thể bỏ qua. Nghĩa là I0 ≈ 0, khi đó có thể cho rằng sức từ động của cuộn dây sơ cấp bằng sức từ động của cuộn dây thứ cấp:
w1I1 = w2I2
I1 = I’2
Lúc này oát kế đo tổn hao công suất cuộn dây (tổn hao đồng). Điện áp ngắn mạch thường được biểu diễn dưới dạng:
1
% nm .100
nm
dm
U U
=U
Theo trị số Unm có thể tính được dòng điện ngắn mạch Inm trong chế độ sự cố ngắn mạch.
1 1
1 1
dm dm
nm dm
nm nm
U U
I I
Z U
= =
*Thực hiện thí nghiệm máy biến áp cách ly một pha làm việc ngắn mạch Tiến hành thí nghiệm, giáo viên làm mẫu và sinh viên thực hành theo đúng quy định như các bài thí nghiệm trên. Sơ đồ nguyên lý trạng thái máy biến áp làm việc ngắn mạch theo (Hình 4.11). Chúng ta làm thí nghiệm như sau: Điều chỉnh máy biến áp tự ngẫu về giá trị 0. Tăng dần điện áp cấp cho cuộn sơ cấp và đo các thông số theo bảng sau:
Bảng 4.3: Đo các thông số chế độ ngắn mạch máy biến áp
I2nm(A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U1nm(V) I1nm(A) P1nm(W)
-Từ thí nghiệm ngắn mạch, sinh viên tính các thông số cho sơ đồ tương đương của máy biến áp.
- Với quan điểm người vận hành, khai thác, thông số nào quan trọng nhất trong thí nghiệm không tải và ngắn mạch để có thể ghi trên nhãn mác của máy biến áp? Tại sao?
* Nộp báo cáo:
- Báo cáo nộp chậm nhất một tuần sau khi làm thí nghiệm.
- Báo cáo ghi rõ họ và tên, nhóm tổ, ngày thực hiện thí nghiệm.
- Các kết quả đo và kết quả thí nghiệm phải trình bày rõ ràng, ngắn gọn và đầy đủ các yêu cầu theo hướng dẫn.
- Giáo viên thực hành có quyền chấm điểm không những bài sao chép lẫn nhau.