GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: CNKT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Máy điện dùng để biến đổi các dạng năng lượng như biến điện thành cơ năng động cơ điện, hoặc ngược lại biến cơ năng thành điện năng máy phát điện, hoặc biến đổi các thông số điện năng nh

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH



GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: CNKT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 1

1.1 Các định luật điện từ dùng trong máy điện: 1

1.1.1 Định lực cảm ứng điện từ: 1

1.1.2 Định luật điện từ: 2

1.1.3 Định luật mạch từ: 3

1.2 Khái niệm chung về máy điện: 5

1.2.1 Định nghĩa về máy điện 5

1.2.3 Nguyên lý động cơ điện 6

1.2.4 Nguyên lý máy phát điện 7

1.2.5 Vật liệu dùng trong máy điện 8

1.3 Bài tập chương 1 8

CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP 11

2.1 Định nghĩa và công dụng máy biến áp: 11

2.2 Các đại lượng định mức của máy biến áp: 12

2.2.1 Điện áp định mức 12

2.2.2 Dòng điện định mức 12

2.2.3 Công suất định mức 12

2.2.4 Tần số định mức f (Hz) 13

2.3 Cấu tạo của máy biến áp: 13

2.3.1 Lõi thép 14

2.3.2 Dây quấn: 15

2.3.3 Võ máy biến áp 16

2.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp: 16

2.5 Trạng thái làm việc của máy biến áp: 18

2.5.1 Trạng thái ngắn mạch 18

2.5.2 Trạng thái không tải của biến áp 19

2.5.3 Trạng thái có tải của biến áp 20

2.6 Hiệu suất và tổn hao của biến áp 22

2.6.1 Giản đồ năng lượng biến áp 22

2.6.2 Hiệu suất của biến áp 22

2.7 Phân loại biến áp 22

2.7.1 Biến áp ba pha 22

2.7.2 Biến áp đặc biệt 26

2.8 Bài tập chương 2 29

CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 30

3.1 Động cơ điện không đồng bộ ba pha 30

3.1.1 Định nghĩa 30

3.1.2 Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ ba pha 31

3.1.3 Những đại lượng định mức 33

3.1.4 Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ 34

3.1.5 Mô hình toán và sơ đồ thay thế của động cơ điện không đồng bộ 35

3.1.6 Hiệu suất và biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ điện KĐB 36

3.1.7 Momen quay động cơ điện KĐB bộ 3 pha 38

3.1.8 Mở máy động cơ điện KĐB 3 pha Rotor lồng sóc 38

3.1.9 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ 41

3.1.10.Định nghĩa sơ đồ trải dây quấn stator động cơ KĐB 3 pha 42

3.1.11 Công thức tính và các dạng sơ đồ trải dây quấn stator động cơ ba pha 43

3.2 Động cơ điện không đồng bộ một pha 46

3.2.1 Khái niệm 46

3.2.2 Các loại động cơ một pha 47

3.2.3 Biểu thức tính vẽ sơ đồ trải dây quấn stator động cơ KĐB 1 pha 49

3.3 Bài tập chương 3 50

CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 53

4.1 Định nghĩa 53

4.2 Cấu tạo 53

4.2.1 Stator 53

4.2.2 Rotor 54

4.2.3 Cổ góp và chổi than 55

4.2.4 Các bộ phận khác 55

4.3 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều 55

4.3.1 Phương trình cân bằng điện áp động cơ điện một chiều: 56

4.3.2 Phương trình cân bằng điện áp máy phát điện một chiều: 56

4.4 Thông số định mức 56

4.5 Công suất và momen điện từ 56

4.6 Mở máy độ động cơ một chiều 57

4.6.1 Dùng biến trở mở máy 57

4.6.2 Giảm điện áp đặt vào phần ứng 57

4.7 Các loại động cơ 1 chiều 58

4.7.1 Động cơ một chiều kích từ song song 58

4.7.2 Động cơ một chiều kích từ nối tiếp 59

4.7.3 Động cơ một chiều kích từ hổn hợp 60

4.8 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 60

4.9 Bài tập chương 4 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

và một pha trong thực tế

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+Ý thức trách nhiệm bản thân, tổ chức tác phong trong giờ học

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

Giới thiệu:

Ở chương này ta sẽ làm quen thuật ngữ về máy điện Máy điện là một hệ điện từ gồm mạch từ và cuộn dây liên quan đến nhau, làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

Mục tiêu:

- Phân biệt được, nhận biết được các loại máy điện dùng trong thực tế

- Giải thích được các định luật mạch từ trong máy điện

Hình 1.1 Từ thông xuyên qua vòng dây

Khi từ thông  biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ xuất hiện sức điện động Chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp chiều của từ thông theo quy tắc vặn nút chai, sức điện động cảm ứng trong một vòng dây được viết theo công thức Maxwell như sau:

Nếu cuộn dây có w vòng, sức điện động cảm ứng trong cuộn dây là:

Trong đó:  = w được gọi là từ thông móc vòng trong cuộn dây

Và từ thông đo bằng Wb (Wee), sức điện động đo bằng V (vôn)

b Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường, trong thanh dẫn sẽ cảm

l: chiều dài hiệu dụng thanh dẫn đó bằng m

Fđt: lực điện từ đo bằng N (Niuton)

Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái

B N

w: số vòng dây của cuộn dây

i: dòng điện từ hóa, dòng điện tạo ra từ thông mạch từ

wi: tích số này là sức từ động

Hl: từ áp rơi trong mạch từ

w i

l H

H1,H2, Hn: cường độ từ trường trong đoạn 1, đoạn 2, đoạn n

l1, l2, ln: chiều dài trung bình đoạn 1, đoạn 2 và đoạn n

H1l1, H2l2, Hnln: từ áp rơi đoạn 1, đoạn 2 và đoạn n

i1w1, i2w2, nwn: sức từ động dây quấn 1, 2 và n

S1, S2, Sn: tiết diện đoạn 1, đoạn 2, đoạn n

Dấu – trước w2i2, wnin : chiều dòng điện i2 và in ngược chiều từ thông  đã chọn

1.2 Khái niệm chung về máy điện:

1.2.1 Định nghĩa về máy điện

Máy điện là một hệ điện từ gồm mạch từ và cuộn dây liên quan đến nhau, làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Máy điện dùng để biến đổi các dạng năng lượng như biến điện thành cơ năng (động cơ điện), hoặc ngược lại biến cơ năng thành điện năng (máy phát điện), hoặc biến đổi các thông số điện năng như điện áp, dòng điện, tần số…

1.2.2 Phân loại về máy điện

Máy điện có nhiều loại và nhiều cách phân loại khác nhau: theo trạng thái làm việc, theo chức năng, theo dòng điện Ở đây ta phân loại máy điện dựa theo trạng thái làm việc: Máy điện tĩnh: máy biến áp là loại máy điện tĩnh Máy điện tĩnh dùng biến đổi thông số điện năng Nó có tính thuận nghịch, biến đổi thông số điện năng U1, I1, f thành U2, I2, f và ngược lại

U1, I1, f U2, I2, f

B A

Hình 1.6 Quá trình thuận nghịch máy điện tĩnh

Máy điện có phần động: loại máy điện này dùng biến đổi năng lượng điện, biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc biến đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện)

U, f

W

Hình 1.7 Quá trình thuận nghịch máy điện quay

Máy điện quay gồm máy điện một chiều, máy điện xoay chiều Trong máy điện xoay chiều lại chia thành máy điện đồng bộ, máy điện không đồng bộ, trong mỗi loại lại được chia thành động cơ điện, máy phát điện… Có thể mô tả cách phân loại máy điện theo sơ

đồ hình 1.8

Động cơ điện đồng bộ

Máy phát điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ Máy điện đồng bộ

Máy phát điện một chiều

Động cơ điện một chiều

Hình 1.8 Sơ đồ tổng quan về máy điện 1.2.3 Nguyên lý động cơ điện

Cấp điện máy điện với nguồn điện áp U, có dòng điện i chạy trong thanh dẫn Lực điện từ (Fđt = Bil) tác động trên thanh dẫn đang chuyển động với vận tốc v (hình 1.9)

Công suất điện đặt vào động cơ:

Pđ = ui = ei = Bilv = Fđtv

Kết luận: công suất điện (Pđ = ui) đặt vào động cơ được biến thành công suất cơ (Pcơ =

Fđtv) trên trục động cơ Vậy, điện năng đã biến đổi thành cơ năng quay động cơ

S

i

B v

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý chế độ máy phát điện

Tương tự như nguyên lý động cơ điện, cơ năng động cơ sơ cấp tác động lên thanh dẫn chuyển động với vận tốc v trong từ trường nam châm (hình 1.10) với tải Khi máy quay với tốc độ không đổi thì lực điện từ cân bằng với lực cơ động cơ sơ cấp:

Fcơ = Fđt ↔ Fcơv = Fđtv = Bilv = ei

Kết luận: công suất cơ động cơ sơ cấp biến thành công suất điện Vậy quá trình cơ năng biến thành điện năng

1.2.5 Vật liệu dùng trong máy điện

a Vật liệu dẫn điện: chế tạo các bộ phận dẫn điện Vật liệu dùng phổ biến nhất là là kim loại đồng vì có đồng có điện trở suất nhỏ, cũng có thể dùng kim loại nhôm và hợp kim Dây đồng và dây nhôm chế tạo tiết diện tròn hoặc chữ nhật bọc êmay làm dây quấn biến

áp và động cơ điện

b Vật liệu cách điện: chế tạo dùng cách ly giữa các bộ phận dẫn điện với nhau hoặc giữa

bộ phận dẫn điện và không dẫn điện Vật liệu này phải chịu được nhiệt và tản nhiệt tốt, phải chống ẩm và bền cơ học Phần lớn vật liệu cách điện ở thể rắn, có ở thể khí, lỏng (dầu cách điện)

Căn cứ vào độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia thành các cấp cách điện sau:

STT

Cấp cách

Nhiệt độ giới hạn cho phép vật liệu (0C)

Nhiệt độ trung bình cho phép dây quấn (0C)

cơ

Bảng biểu 1: Các cấp cách điện của vật liệu cách điện

c Vật liệu dẫn từ: vật liệu dùng làm mạch từ trong máy điện gọi là vật liệu sắt từ Vật liệu này là gang, thép đúc, thép rèn, gang ít dùng vì dẫn từ không tốt

d Vật liệu kết cấu: vật liệu chế tạo các chi tiết chịu tác động cơ học như ổ trục máy điện,

võ máy, nắp máy, gọi là vật liệu kết cấu Vật liệu này là gang, thép rèn và hợp kim của chúng

1.3 Bài tập chương 1

Bài tập1: Một thanh dẫn có chiều dài l nằm trong khe hở của một nam châm điện (như hình 1.11) Thanh dẫn chuyển động thẳng góc với từ trường với tốc độ v Cuộn dây có w

vòng và có dòng I đi qua Coi lõi thép của nam châm có độ từ thẩm vô cùng lớn Yêu cầu:

Hình 1.11 Bài tập 1

a Xác định trị số và chiều của sức điện động cảm ứng e

b Xác định trị số và chiều của lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn (khi thanh dẫn vẫn đứng yên và có dòng điện i)

Bài tập 2 Cho mạch từ như hình vẽ 1.12

Hình 1.12 Bài tập 2

Trong đó w1 = 2000 vòng ; i1 = 0,5A ; w2 = 4000 vòng ; i2 = 1A ; w3 = 1000 vòng Chiều dài mạch l = 50 cm, tiết diện S = 10 cm2 , và từ thông trong lõi thép 1,5.10-3 Wb Đường cong B = f(H) cho bảng sau:

CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP

Giới thiệu:

Trong chương này ta sẽ làm quen với các khái niệm về máy biến áp, cấu tạo, các đại lượng định mức và tổ nối dây của máy biến áp 3 pha

Mục tiêu:

- Mô tả được cấu tạo, trình bày được công dụng máy biến áp

- Giải thích được các đại lượng định mức

- Vẽ được tổ nối dây máy biến áp

- Tính toán được các thông số điện máy biến áp

Nội dung chính:

2.1 Định nghĩa và công dụng máy biến áp:

Máy biến áp là thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không đổi

Để truyền tải và phân phối điện năng đi xa hoặc phân phối đến các tải tiêu thụ được phù hợp và kinh tế thì phải có những thiết bị để tăng và giảm điện áp sao cho phù hợp Thiết

bị này được gọi là máy biến áp Như vậy, máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ biến đổi điện áp chứ không làm biến hóa năng lượng Sơ đồ cấp điện minh họa hình 2.1 sau:

Hình 2.1 Sơ đồ cấp điện đơn giản

Phân loại:

Theo công dụng máy biến áp có thể chia thành các loại chính như sau:

- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện năng trong điện lực

- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng trong các lò luyện kim, trong các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn, …

- Máy biến áp tự ngẫu: Để biến đổi điện áp trong một pham vi không lớn lắm, dùng

để mở máy các động cơ điện xoay chiều…

- Máy biến áp đo lường: Để giảm điện áp lớn khi đưa váo các thiết bị đo

- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng để thí nghiệm các điện áp cao

Máy biến áp có nhiều loại song trong thực tế các hiện tượng xảy ra đều giống nhau

Để thuận tiện ta chỉ xét máy biến áp điện lực hai dây quấn một pha và ba pha

2.2 Các đại lượng định mức của máy biến áp:

Các đại lượng định mức của máy biến áp do nhà sản xuất quy định và được ghi trên nhãn của máy, bao gồm các thông số:

2.2.1 Điện áp định mức

- Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm (V, kV) là điện áp của dây quấn sơ cấp

- Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (V, kV) là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức (U1=Uđm)

- Với biến áp ba pha điện áp định mức là điện áp dây

- Với biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha

đmU

S

; I2đm=

đm 2

đmUS

- Đối với biến áp 3 pha: I1đm=

đm 1

đm

U3

S ; I2đm=

đm 2

đm

U3S

2.2.3 Công suất định mức

Công suất định mức Sđm (VA, kVA) hay gọi là dung lượng máy biến áp là công suất toàn phần đưa ra ở dây quấn thứ cấp

Sđm= mUfđm.Ifđm (m là số pha của MBA) hoặc Sđm= 3 UđmIđm

Đối vối máy biến áp ba pha công suất định mức là:

Đối vối máy biến áp một pha công suất định mức là:

2.2.4 Tần số định mức f (Hz)

Các loại máy biến áp ở nước ta có tần số 50Hz

Ngoài ra trên nhãn máy biến áp còn ghi các số liệu khác như: số pha, tổ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc, cấp cách điện, phương pháp làm mát biến áp

Ví dụ: Tính các dòng điện định mức của một máy biến áp ba pha khi biết các số liệu sau:

Sđm= 100 kVA, U1đm/U2đm= 6000/230 V

Từ công thức: Sđm= 3 UđmIđm ta có:

I1đm=

đm 1

đmU3

S

=

6 3

100

= 9,62 A

I2đm=

đm 2

đmU3

S

=

23 , 0 3

100

= 251 A

2.3 Cấu tạo của máy biến áp:

Cấu tạo của máy biến áp gồm hai bộ phận chính là: Lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có

vỏ máy, các sứ cách điện, quạt làm mát,…

Hình vẽ 2.2 và hình 2.3 là cấu tạo biến áp ba pha

Hình 2.2 Cấu tạo máy biến áp ba pha

Hình 2.3 Cấu tạo bên trong máy biến áp ba pha 2.3.1 Lõi thép

Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông, được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 ÷ 1 mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép

Lõi thép gồm hai phần: Trụ và Gông Trụ (T) là phần để đặt dây quấn còn gông (G) là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín

Hình 2.4 Mạch từ biến áp ba pha

Theo hình dạng lõi thép người ta chia ra:

- Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ: Dây quấn bao quanh lõi thép

- Máy biến áp kiểu bọc: Mạch từ phân nhánh ra hai bên và bọc lấy một phần dây quấn

2.3.2 Dây quấn:

Dây quấn máy biến áp có nhiệm vụ nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra Dây quấn thường được làm bằng đồng hoặc nhôm, có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, bên ngoài dây dẫn được bọc một lớp cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ thép Giữa các vòng dây, giữa các lớp dây, giữa dây quấn và lõi thép đều được cách điện Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều cuộn dây Dây quấn biến áp có hai loại chính:

Dây quấn đồng tâm: có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm Những kiểu dây quấn đồng tâm chính gồm :

+ Dây quấn hình trụ, dùng cho cả dây quấn hạ áp và cao áp;

+ Dây quấn hình xoắn, dùng cho dây quấn hạ áp có nhiều sợi chập;

+ Dây quấn hình xoáy ốc liên tục, dùng cho dây quấn cao áp, tiết diện dây dẫn chữ nhật Dây quấn xem kẽ: Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép

Hình 2.5 Các kiểu dây quấn trong máy biến áp 2.3.3 Võ máy biến áp

Võ làm nhiệm vụ chứa dầu làm mát và bảo vệ máy biến áp Trên nắp võ máy đặt sứ ra của dây quấn cao áp và hạ áp, bình giãn dầu Bình giãn dầu có nhiệm vụ đảm bảo đủ thể tích co giản dầu khi nhiệt độ dầu thay đổi trong quá trình biến áp làm việc, ngoài ra; nhờ quan sát mức dầu ở bình giãn dầu ta có thể biết dầu trong thùng luôn ở mức đầy hay không Vì vậy võ máy cần yêu cầu sau:

- Võ thùng phải kín và có diện tích tản nhiệt lớn nhất có thể

- Có khả năng bảo vệ được dầu biến áp chống xuống cấp do sự tác động của các yếu tố khác nhau

- Có độ bền cơ khí cao để đảm bảo khi nâng hạ, vận chuyển vỏ biến áp không bị biến dạng

- Cho phép lắp các thiết bị chuyển đổi điện áp, các thiết bị chuyển tiếp nguồn điện từ trong ra ngoài (sứ cao áp, hạ áp), các thiết bị đo (nhiệt độ) và thiết bị bảo vệ đi kèm

2.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp:

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều từ giá trị này sang giá trị khác nhưng không làm thay đổi tần

số của nguồn điện

Phía nối với nguồn điện ngõ vào được gọi là sơ cấp, ký hiệu có liên quan mang chỉ số 1 (U1, I1, E1…)

Phía nối với tải được gọi là thứ cấp, ký hiệu có liên quan mang chỉ số 2 (U2, I2, E2…)

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý biến áp một pha hai dây quấn

Đặt vào hai đầu cuộn dây sơ cấp điện áp u1, sẽ có dòng i1 chạy trong cuộn sơ cấp, dòng i1

sẽ tạo ra trong lõi thép từ thông  móc vòng với cả hai cuộn dây và cảm ứng trong hai cuộn dây đó sức điện động e1 và e2 Nếu thứ cấp được nối với tải thì sẽ sinh ra dòng i2

Giả sử điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp có dạng hình sin thì từ thông mà nó sinh ra cũng

có dạng hình sin:  = msin.t

Theo định luật cảm ứng điện từ thì s.đ.đ cảm ứng trong hai cuộn dây sẽ là:

Trong đó trị hiệu dụng E1, E2 là trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn N1, N2:

Ta thấy sức điện động trong dây quấn chậm pha so với từ thông  một góc 900(/2) Lấy E1 chia E2 cho thấy:

Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn và tổn hao trong máy thì:

Nếu k > 1 U1 > U2 ; N1 > N2: là máy biến áp giảm áp

2.5 Trạng thái làm việc của máy biến áp:

Điện trở ngắn mạch:

Điện kháng ngắn mạch:

Tổng trở ngắn mạch:

Điện áp ngắn mạch tính theo phần trăm

Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm

Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm

2.5.2 Trạng thái không tải của biến áp

Trạng thái không tải biến áp là trạng thái mà phía thứ cấp hở mạch, phía sơ cấp đặt vào điện áp định mức

a Sơ đồ thay thế biến áp trạng thái không tải

Hình 2.8 Sơ đồ thay thế máy biến áp trạng thái không tải

b Đặc điểm ở chế độ không tải biến áp

Dòng điện không tải

Công suất không tải

Trong đó:

p1,0/50: tổn hao trong lá thép khi tần số là 50hz và từ cảm 1T

G: khối lượng thép (kg)

B: từ cảm trong thép (T)

Hệ số công suất không tải

Điện trở không tải

Điện kháng không tải

Tổng trở không tải

Dòng điện không tải phần trăm

2.5.3 Trạng thái có tải của biến áp

Trạng thái có tải biến áp là trạng thái mà phía thứ cấp nối với tải, phía sơ cấp đặt vào điện

áp định mức Gọi kt hệ số tải, dùng đánh giá mức độ tải

a Sơ đồ thay thế biến áp trạng thái có tải

Hình 2.9 Sơ đồ thay thế máy biến áp trạng thái có tải

b Đặc điểm ở chế độ không tải biến áp

2.6 Hiệu suất và tổn hao của biến áp

2.6.1 Giản đồ năng lượng biến áp

Máy biến áp đạt hiệu suất cao nhất ứng với hệ số tải là:

Máy biến áp thường làm việc với phụ tải trung bình kt = 0,5  0,7 Hiệu suất máy biến áp

có thể đạt 0,95%

2.7 Phân loại biến áp

2.7.1 Biến áp ba pha

a Nguyên lý cấu tạo

Tương tự như máy biến áp một pha hai dây quấn, máy biếp áp ba pha hoạt động dựa trên hai hiện tượng vật lý đó là dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường và sự biến thiên

từ thông bên trong cuộn dây tạo ra hiệu điện thế cảm ứng (cảm ứng điện từ)

Máy biến áp ba pha được sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn bởi tính ứng dụng cao của

nó Máy biến áp ba pha được sử dụng và lắp đặt ở những nơi phải tiêu thụ một lượng điện năng vô cùng lớn như cao ốc, chung cư, bệnh viện, trạm biến áp… Để sử dụng được ở

những hệ thống lưới điện lớn như vậy, máy biến áp ba pha có cấu tạo tương đối phức tạp (hình 2.11)

Lõi thép là một trong những thành phần chính cấu tạo nên máy biến áp ba pha Lõi thép của máy biến áp ba pha có ba trụ tù để quấn dây và gông từ để khép kín mạch từ và được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện, hai mặt phủ sơn cách điện và ghép lại thành hình trụ Dây quấn máy ba pha có sáu dây quấn đồng được bọc cách điện, quấn quanh trụ

Có rất nhiều loại máy biến áp ba pha trên thị trường hiện nay, nhưng người ta vẫn thường

sử dụng ba loại máy biến áp ba pha phổ biến nhất, đó là:

 Máy biến áp 3 pha cách ly

 Máy biến áp 3 pha ngâm dầu

 Máy biến áp 3 pha tự ngẫu

Hình 2.11 Cấu tạo biến áp ba pha

Thực tế có thể dùng biến thế ba pha hoặc ba máy biến thế một pha ghép lại tạo thành biến

áp ba pha (hình 2.12 và hình 2.13)

Về dây quấn biến áp ba pha, phía sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa, dây quấn thứ cấp ký hiệu bằng chữ thường Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối hình sao hoặc hình tam giác tùy theo yêu cầu cụ thể

x A

X

N1 N2

b

y B

Y

N1 N2

c

z C

Z

Hình 2.13 Sơ đồ dây ba biến áp một pha kết nối thành biến áp ba pha

b Các kiểu kết nối biến áp ba pha

Gọi N1 là số vòng dây một pha sơ cấp, N2 là số vòng dây một pha thứ cấp Tỷ số điện áp pha giữa sơ cấp và thức cấp là:

Tỷ số này phụ thuộc vào biến áp nối kiểu sao hay kiểu nối tam giác

Hình 2.14 Các kiểu nối dây biến áp ba pha

Kiểu nối Y/Y (hình 2.14a), sơ cấp nối sao , thứ cấp nối sao Tỷ số điện áp dây kd là:

Kiểu nối Y/ (hình 2.14b), sơ cấp nối sao , thứ cấp nối tam giác Ud2 = Up2

2.7.2 Biến áp đặc biệt

a Máy biến điện áp (tên gọi VT, PT, TU hay BU)

Hình 2.15 Hình dạng máy biến điện áp

Máy biến điện áp được ký hiệu là VT (voltage transformer) hoặc PT (potential transformer) Một số tài liệu ký hiệu là TU, BU

Máy biến điện áp dùng biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp để đo lường bằng các dụng cụ thông thường Điện áp của các phần tử trong hệ thống điện thường có trị số rất lớn, không thể đưa trực tiếp vào thiết bị đo lường, bảo vệ và các thiết bị tự động khác, vì vậy ta cần máy biến điện áp Thông thường điện áp thứ cấp máy biến điện áp là 100 vôn Khi làm việc thì máy biến điện áp không được để máy bị ngắn mạch thứ cấp

Nếu biết được tỉ số biến áp kU , ta xác định được giá trị điện áp sơ cấp cần đo theo biểu thức U1 = kU U2 Trên máy thường ghi tỉ số kU ( )

Ví dụ: Biến điện áp có tỉ số biến áp là 50, điện áp đo thứ cấp là 100 vôn Hỏi điện áp phía

sơ cấp là bao nhiêu?

Từ biểu thức U1 = kU U2, vậy điện áp phía sơ cấp là 5000 vôn

b Máy biến dòng điện (tên gọi CT, TI hay BT)

Hình 2.16 Hình dạng máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện được ký hiệu là VT (Current transformer)

Dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong hệ thống điện thường có trị số rất lớn, không thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc role và các thiết bị tự động khác, vì vậy các dụng cụ và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng

Tương tự máy biến dòng cũng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, thông qua mạch từ lõi thép biến đổi dòng điện lớn phía cao áp sang dòng điện nhỏ cung cấp cho các phụ tải thứ cấp Tổng trở mạch ngoài của biến dòng điện rất bé nên có thể xem máy biến dòng điện luôn làm việc trong trạng thái ngắn mạch Thông thường dòng điện thứ cấp máy biến dòng điện là 5 ampe Nếu biết được tỉ số biến dòng kI , ta xác định được giá trị dòng điện phía sơ cấp cần đo theo biểu thức I1 = kI I2 Trên máy thường ghi tỉ số kI (

Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý máy tự biến áp

Máy tự biến áp còn gọi là biến áp tự ngẫu Loại tự ngẫu một pha thường có công suất nhỏ dùng trong các phòng thí nghiệm và trong các thiết bị nguồn điều chỉnh điện áp ngõ ra theo yêu cầu

Biến áp tự ngẫu một pha gồm một dây quấn chung làm dây quấn sơ cấp, đồng thời một

bộ phận của nó làm dây quấn thứ cấp, giữa chúng có chung một đoạn dây nên giữa sơ và thứ cấp liên hệ với nhau cả về mặt từ lẫn điện Máy biến áp tự ngẫu có sơ đồ điện như hình (hình 2.17) Tỉ số biến áp là:

Thay đổi vị trí con trượt sẽ thay đổi số vòng dây sơ cấp do đó làm thay đổi điện áp thứ cấp Loại này có nhược điểm là độ an toàn không cao do sơ cấp và thứ cấp liên hệ trực tiếp về điện