Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp I1 chạy trong dây quấn sơ cấp w1(hình vẽ)
Dòng điện I1 sinh ra từ thông Ф biến thiên chạy trong lõi thép. Từ thông này móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp w1 và thứ cấp w2, được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ: e1 = - w1 dФ/dt
e2 = - w2 dФ/dt
w1, w2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp
Khi máy biến áp không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng thứ cấp = 0, từ thông chính trong lõi thép chỉ do dòng sơ cấp sinh ra
Khi máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp I2 cung cấp điện cho tải. Khi ấy từ thông chính do đồng thời cả 2 dòng sơ cấp và thứ cấp i2 sinh ra
Điện áp u1 sin nên Từ thông Ф biến thiên hình sin Ф = ФMax sinωt ta có: e1 = - w1 dФ/dt = 4,44.f.w1.Фmax. sin(ωt - ) = E1 sin(ωt - )
e1 = - w2 dФ/dt = 4,44.f.w2.Фmax. sin(ωt - ) = E2 sin(ωt - ) trong đó: E1 = 4,44fw2Фmax
E2 = 4,44fw2Фmax
E1, E2 là trị số hiệu dụng sức điện động sơ cấp, thứ cấp
Chia E1 cho E2 có: E1/ E2= w1/ w2 = k, k được gọi là hệ số biến áp
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, coi U1 ≈ E1, U2 ≈ E2 ta có: U1/ U2 ≈ E1/ E2 = w1/ w2 = k
Nghĩa là tỷ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây.
Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã được truyền từ dây sơ cấp sang thứ cấp
Nếu bỏ qua mọi tổn hao trong máy biến áp, ta có: U2 I2 ≈ U1 I1 hoặc U1/U2 ≈ I2/I1 = W1/W2 ≈ k
CHƯƠNG VI: THIẾT BỊ BẢO VỆI. APTOMAT I. APTOMAT
Áptomat (máy cắt CB) là thiết bị khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện (1 pha hoặc 3 pha ) có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp dòng điện …
2.Công dụng
CB được quy định theo tiêu chuẩn IEC 947 như sau: là thiết bị đóng cắt ở điều kiện bình thường, aptomat có khả năng cho dòng điện chạy qua và trong các điều kiện bất thường do ngắn mạch phải có khả năng chịu dòng điện trong khoảng thời gian xác định và cắt chúng.
CB cho phép tác động bằng tay phụ thuộc hoặc độc lập cũng như cơ cấu tích lũy năng lượng. CB cho phép tác động bằng tay, động cơ hoặc các hiện tượng như hở mạch, quá dòng, điện áp thấp, công suất hoặc dòng điện ngược.
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc * Cấu tạo * Cấu tạo
a) Tiếp điểm : CB thường được chế tạo gồm 2cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc 3 cấp tiếp điểm ( chính,phụ,hồ quang).
Khi đóng mạch tiếp điểm hồ quang đóng trước ,tiếp theo là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại,tiếp điểm chính mở trước,sau đó là tiếp điểm phụ,sau cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang,do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.
Để CB dập được hồ quang ở tất cả các chế độ làm việc của lưới điện,người ta thường dùng 2 kiểu thiết bị dập hồ quang : Kiểu nửa kín và kiểu hở
+ Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thoát khí. Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50KA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V ( cao áp )
+ Trong các buồng dập hồ quang thong dụng,người ta thường dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang.
c) Cơ cấu truyền động cắt CB
Truyền động cắt thường có 2 cách : bằng tay và bằng cơ điện ( điện tử,động cơ điện) Điểu khiển bằng tay với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dòng điện lớn hơn (đến 1000A).
Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy, ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc bằng khí nén.
d) Móc bảo vệ
CB tự động ngắt nhờ các phần từ bảo vệ - gọi là móc bảo vệ sẽ tác động khi mạch điện có sự cố quá dòng điện (quá tải hay ngắn mạch) và sụt áp.
Móc bảo vệ quá dòng điện ( còn được gọi là bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ thiết bị ko bị quá tải và ngắn mạch,đường thời gian,dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thống điện tử và Rơle làm móc bảo vệ,đặt trong CB.
+ Móc kiểu điện tử có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính,cuộn dây này được quấn tiết diện lớn chịu dòng tải và ít vòng. Khi dòng điện bị vượt quá trị số cho phép thì phần ứng bị hút, móc sẽ dập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm của CB mở ra. Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng lò xo,ta có thể điều chỉnh được trị số dòng điện tác động.
+ Móc kiểu rơ le nhiệt đơn giản hơn cả ,có kết cấu tương tự như rơ le nhiệt,có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính ,tấm kim loại thép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của CB khi có quá tải. Kiểu này có nhược điểm là quán tính nhiệt lớn nên không ngắt nhanh được dòng điện tăng vọt khi có ngắn mạch. Do đó chỉ bảo vệ được dòng điện quá tải.
Vì vậy người ta thường dùng tổng hợp cả móc kiểu điện từ và móc kiểu rơ le nhiệt trong một CB. Loại này được dùng ở CB có dòng điện định mức đến 600A.
Móc bảo vệ sụt áp ( móc bảo vệ điện áp thấp ) cũng thường được dùng kiểu điện từ. Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính, cuộn dây này được quấn ít vòng với dây tiết diện nhỏ chịu điện áp nguồn.
* Nguyên lý hoạt động
a) Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng 1 cụm với tiếp điểm động.
Bật CB ở trạng thái ON với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút. Khi mạch điện quá tải hoặc ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống,làm bật nhả móc
3,móc 2 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng,kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra ,mạch điện bị ngắt.
b) Sơ đồ nguyên lý CB điện áp thấp
Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 11 và phần ứng 10 hút lại với nhau.
Khi sụt áp quá mức thì nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, lò xo 9 kéo móc 8 bật lên ,móc 7 thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm CB được mở ra ,mạch điện bị ngắt.