Máy điện máy biến áp làm việc với tải quá trình quá độ

Thay đổi số vòng dây khi máy ngừng làm việc Dùng cho các máy biến áp h áp khi điện áp thứ cấp thay đổi hoặc khi điều chỉnh điện áp theo đồ thị phụ t i hàng năm.. Thay đổi số vòng dây k

PH N 1 – MÁY BI N ÁP

MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

QUÁ TRÌNH QUÁ Đ

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

1 MBA LÀM VI C V I T I Đ I X NG

1.1 Gi n đồ năng l ợng

Cân bằng năng lượng và sự làm việc của mba trong điều kiện điện áp

sơ cấp U1 = const, và tần số f = const

ωân bằng năng lượng trong máy dựa trên sơ đồ thay thế

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

ωông suất P1 là công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp mba:

Một phần công suất này bù vào :

+ Tổn hao đồng trên điện tr của dây quấn:

+ Tổn hao sắt trong lõi thép:

ωông suất còn l i Pđt (công suất điện từ) chuyển sang thứ cấp:

ωông suất đầu ra P2 nhỏ hơn Pđt một lượng bằng tổn hao đồng trên điện tr của dây quấn thứ cấp :

1 1

1 1

2 1 1 1 1

2 0 m 1

2 2

2 2 Fe

1 Cu 1

đt P ( p p ) m E I cos

2 ' 2

' 2 1

2 2 2 2 2

2 2

2 2 2

Cu

đt

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Tương tự, công suất ph n kháng Q1 nhận vào dây quấn sơ cấp :

ωông suất này trừ đi công suất để t o ra từ trư ng t n dây quấn sơ cấp q1= m1x1I12 và từ trư ng trong lõi thép qm = m1xmIo2, phần còn l i là công suất ph n kháng chuyển sang dây quấn thứ cấp:

ωông suất ph n kháng đưa đến phụ t i:

Trong đó: q2= m2x2I22 để t o ra từ trư ng t n dây quấn thứ cấp

1 1

1 1

2 2

2 2 m

1 1

đt Q ( q p ) m E I sin

2 2

2 2 2

đt

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

T i có tính chất điện c m (φ2 > 0) thì Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0 và công suất

ph n kháng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp

T i có tính chất điện dung (φ2 < 0) thì Q2 < 0, nếu Q1 < 0, công suất

ph n kháng truyền từ dây quấn thứ sang dây quấn sơ hoặc Q1 > 0,

toàn bộ công suất ph n kháng từ phía thứ cấp và sơ cấp đều dùng để

từ hoá MψA

Gi n đồ năng lượng (sự cân bằng công suất tác dụng và ph n kháng)

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

1.2 Đ thay đổi đi n áp th c p

Hiệu số số học giữa trị số điện áp thứ cấp

lúc không t i U20 (điều kiện U1 = U1đm) và lúc có

' 2

' 20 20

2 20

U

U U

đm

1

' 2

đm

U

U 1

I







U'2*   2 

* nr '

đm

2

' 2

đm

1

' 2

I

I U

I r U

I

r

* nx '

đm

2

' 2

đm

1

' 2

I

I U

I x U

I

x

m 2

n 1

U

2 '

*

2

n m

U 1

U

2 '*

2



U cos

U ( KB

CK

) sin

U cos

U ( HP

AH

n     nx* 2  nr* 2

2 2

* nr 2

* nx 2

2

* nx 2

* nr

2

*

) sin

U cos

U

( 2

1

) sin

U cos

U

( 2

n m

U cos

U (

U*   nr* 2  nx* 2



CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Tính ΔU* theo ΔU%, ta viết l i biểu thức trên:

) sin

% u

cos

% u

sin cos

%(cos u

%



CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

1.3 P h ng pháp điều chỉnh đi n áp th c p

Do ΔU = f(β,cosφ2) như vậy U2 phụ thuộc vào β và cosφ2, để giữ cho U2 = const khi tăng t i thì tỉ số biến áp k ph i thay đổi, nghĩa là ta

ph i thay đổi số vòng dây N

Mỗi dây quấn có hai đầu ra, giữa hoặc cuối cuộn dây ta đưa ra một số đầu dây ứng với các vòng dây khác nhau để thay đổi điện áp

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

1.3 P h ng pháp điều chỉnh đi n áp th c p

a Thay đổi số vòng dây khi máy ngừng làm việc

Dùng cho các máy biến áp h áp khi điện áp thứ cấp thay đổi hoặc khi điều chỉnh điện áp theo đồ thị phụ t i hàng năm

Đối với mba công suất nhỏ : một pha có 3 đầu phân nhánh : ± 5%Uđm Đối với mba công suất lớn : một pha có 5 đầu phân nhánh: ±2 x

2.5%Uđm

Việc thực hiện đổi nối khi máy ngừng làm việc, nên thiết bị đổi nối đơn

gi n, rẻ tiền, đặt trong thùng dầu và tay quay đặt trên nắp thùng

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Dùng cho các máy biến áp h áp khi điện áp thứ cấp thay đổi hoặc khi điều chỉnh điện áp theo đồ thị phụ t i hàng năm

Mba công suất nhỏ : một pha có 3 đầu phân nhánh : ± 5%Uđm

Mba công suất lớn : một pha có 5 đầu phân nhánh: ±2 x 2.5%Uđm Việc thực hiện đổi nối khi máy ngừng làm việc, nên thiết bị đổi nối đơn

gi n, rẻ tiền, đặt trong thùng dầu và tay quay đặt trên nắp thùng

ωác đầu phân áp đưa ra cuối cuộn dây thì việc cách điện chúng dễ dàng hơn

Các đầu phân áp đưa ra giữa cuộn dây thì lực điện từ đối xứng và từ trư ng t n phân bố sẽ đều

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM Vi C V I T I

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

b Thay đổi số vòng dây khi máy đang làm việc (điều áp dưới tải)

Trong hệ thống điện nhiều khi cần ph i điều chỉnh điện áp khi máy biến

áp đang làm việc để phân phối l i công suất tác dụng và ph n kháng giữa các phân đo n của hệ thống

Các máy có kh năng này được gọi là MψA điều chỉnh dưới t i

Điện áp thư ng được điều chỉnh từng 1% trong ph m vi ± 10%Uđm Việc đổi nối các đầu phân áp trong MψA điều chỉnh dưới t i phức t p hơn và ph i có cuộn điện kháng để h n chế dòng điện ngắn m ch của

bộ phận dây quấn bị nối ngắn m ch khi thao tác đổi nối

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Quá trình thao tác đổi nối từ đầu nhánh X1 sang đầu nhánh X2, trong đó

T1, T2 là các tiếp xúc trượt; C1, C2 là công-tắc-tơ các vị trí đầu và

cuối dòng qua cuộn kháng K theo hai chiều ngược nhau, nên từ thông trong lõi thép gần bằng không, điện kháng X của cuộn kháng rất bé Trong vị trí trung gian (b) dòng ngắn m ch ch y qua K cùng chiều nên

có từ thông ϕ và X lớn, làm gi m dòng ngắn m ch In

Như vậy biểu thức hiệu suất:

Với:

100 P

p 1

Cu 1

p



CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

ωác tổn thất:

Như vậy biểu thức hiệu suất:

2 cos S

cos I

I I

U cos

I U

2 2

2 '

đm

2

' 2 2

'

đm

2 n

2 ' 2

' 2

2 1 1 2

Cu 1

I

I ( I

r i

r i

r p

100

) P P

cos S

P

P 1

(

%

n

2 0

2

đm

n

2 0

0 d

P

P





Hiệu suất m.b.a đ t giá trị cực

đ i khi tổn hao không đổi bằng

tổn hao biến đổi hay tổn hao sắt

bằng tổn hao đồng

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

1.5 Máy bi n áp lƠm vi c song song

Lý do nối mba làm việc song song:

+ Cung cấp điện liên tục cho các phụ t i + Vận hành các mba một cách kinh tế nhất

+ Máy quá lớn thì việc chế t o và vận chuyển sẽ khó khăn

Thế nào là làm việc song song: Dây quấn sơ cấp các mba nối chung vào một lưới điện và dây quấn thứ cấp cùng cung cấp cho một phụ t i Điều kiện để nối mba làm việc song song:

+ ωùng tỉ số biến áp

+ Cùng tổ nối dây

+ Cùng điện áp ngắn m ch

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

a Điều kiện cùng tổ nối dây

ωùng tổ nối dây điện áp thứ cấp sẽ trùng pha nhau Khác tổ nối dây điện áp thứ cấp sẽ lệch pha nhau, và sự lệch pha nầy phụ thuộc vào tổ nối dây

Ví dụ: Hai mba: máy I nối Y/Δ-11 và máy II nối Y/Y-12 làm việc song song → điện áp thứ cấp hai máy sẽ lệc pha nhau một góc 30o, trong

m ch nối liền dây quấn thứ cấp sẽ xuất hiện một sđđ:

Khi máy không t i, trong dây quấn thứ cấp có dòng điện cân bằng :

E 518 ,

0 15

sin E 2



nII nI

cb

Z Z

E I







, 0

518 ,

0





CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

b Điều kiện cùng tỉ số biến đổi điện áp

Nếu tỉ số biến đổi điện áp của hai máy khác nhau mà hai điều kiện còn

l i thỏa mãn thì khi mba làm việc song song, điện áp thứ cấp không t i

sẽ bằng nhau (E2.I = E2.II ), trong m ch nối liền dây quấn thứ của mba

sẽ không có dòng điện ch y qua

Gi sử kI ≠ kII thì E2.I ≠ E2.II và khi không t i, trong m ch nối liền quấn thứ của mba sẽ có dòng điện Icb ch y qua do điện áp:

II 2 I

cb

Z Z

E I







CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Dòng điện cân bằng ch y trong dây quấn mba theo hai chiều ngược

nhau và chậm pha một góc 90o vì r << x Lúc nầy điện áp rơi trên dây quấn sẽ bù trừ với sđđ, kết qu trên m ch thứ có điện áp thống nhất U2

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Kết qu khi mba mang t i, dòng điện t i It sẽ cộng với dòng cân bằng làm cho điều kiện làm việc của máy sẽ xấu đi, nghĩa là dòng trong máy không tỉ lệ với công suất của chúng, nh hư ng tới sự lợi dụng công suất của chúng

ωhú ý : ωho phép K = khác nhau 0.5% so với trị số trung bình

Nếu bỏ qua dòng điện từ hoá thì m ch

điện có d ng như hình bên

Tổng tr tương đương của m ch:

Điện áp rơi trên m ch tương đương

nII

1 1

Z

1 Z

1 Z

1

1 Z

I Z U

U

U    1   '2  



CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Dòng điện t i của mỗi mba:

Thư ng thì φnI ả φnII ả φnIII nên chuyển tính từ số phức sang môđun:







ni nI

I Z

I

I

U u

nII

II 2

Z

1 Z

I Z

I

I Z

I

Z



CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Từ công thức dòng điện mba I, thay biểu thức zn:

Nhân hai vế với ta được biểu thức hệ số t i các máy:





ni

i

đm đmI

nI

I 2

u

I I

u

I I

đm

đm đm đm

đm

U

I U U

S

Nếu un khác nhau MBA nào có un lớn, β nhỏ còn un nhỏ, βlớn

Khi máy có un nhỏ làm việc định mức thì MψA có un lớn sẽ hụt t i, kết

qu là không tận dụng hết công suất thiết kế của mỗi máy

Chú ý : Cho phép un khác nhau 10% và công suất MψA có tỉ lệ: 3:1

nIII nII

nI

III II

I

u

1 : u

1 : u

1 :

:   



Gi i

Tổng công suất của ba máy :

) kVA (

740 320

240 180

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Hệ số t i các máy:

) kVA (

740 320

240 180

125 ,

1 )

6 , 6

320 6

240 4

, 5

180 (

4 , 5

740

u

S u

S

ni

i

1 )

6 , 6

320 6

240 4

, 5

180 (

6

740

u

S u

S

ni

i

0 )

6 , 6

320 6

240 4

, 5

180 (

6 , 6

740

u

S u

S

ni

i

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

ωông suất t i các máy:

Ta thấy máy I có un nhỏ nhất bị quá t i nhiều, trong khi đó máy III có unlớn bị hụt t i

T i tổng tối đa để không máy nào quá t i ứng βI = 1:

Rõ ràng là phần công suất đặt của các MψA không được lợi dụng sẽ bằng : 740 - 658 = 82 kVA

kVA 5

, 202 180

125 ,

1 S

SI  I đmI  

kVA 243

240

01 , 1 S

SII  II đmII  

kVA 5

, 294 320

92 , 0 S

SIII  III đmIII  

kVA 72

, 657 S

0 ,

1 )

6 , 6

320 6

240 4

, 5

180 (

4 , 5

+ Điện áp dây và pha sẽ không đối xứng

+ Tổn hao phụ trong dây quấn và lõi thép tăng lên

+ Độ chênh nhiệt của mba vượt quá qui định

Để nghiên cứu tình tr ng làm việc không đối xứng của mba dùng

phương pháp pháp phơn l ợng đ i x ng

a; I ; I

I  



1 c 1 b 1

a ; I ; I



2 c 2 b 2

a ; I ; I



0 c 0 b 0

a ; I ; I



0 a 2

a

2 1

a 0

c 2

c 1

c c

0 a 2

a 1

a

2 0

b 2

b 1

b b

0 a 2

a 1

a a

I I

a I

a I

I I

I

I I

a I

a I

I I

I

I I

I I

1 a

0 a 2

2 c

b a

I I I

a a

1

a a

1

1 1

1

I I I

2

2 a

1 a

0 a

I I I

a a

1

a a

1

1 1

1 3

1 I

a 1

; e

a

; e

a  j120o 2  j240o   2 

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Chú ý :

• Khi t i mba không đối xứng, bao g i cũng phân tích thành các thành phần: TT thuận, TT ngược và TT không Riêng thành phần TT không trong mba do có trị số bằng nhau và trùng pha về th i gian nên chỉ tồn

t i khi mba nối Y0 và Δ

• Phương pháp phân lượng đối xứng dựa trên cơ s nguyên lý xếp chồng, nên khi áp dụng nguyên lý đó ta gi thiết m ch từ mba không bão hòa

• Khi phân tích ta xem như đã qui đổi từ phía thứ cấp về phía sơ cấp

và để đơn gi n ta bỏ qua dấu phẩy

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

2.2 M ch đi n hay th vƠ tổng trở mba v i các thƠnh ph n

a Đối với hệ thống dòng điện thứ tự thuận

Hệ thống dòng điện này đối xứng nên m ch điện thay thế và các tham

số của mba như đã xét phần t i đối xứng

b Đối với hệ thống dòng điện thứ tự ngược

Hệ thống dòng điện này có tác dụng hoàn toàn giống dòng điện thứ tự thuận vì nếu đổi 2 trong ba pha phía sơ cấp và phía thứ cấp thì hiện tượng trong mba không có gì thay đổi nên m ch điện thay thế và các tham số của mba không khác gì so với dòng điện thứ tự thuận

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

2.2 M ch đi n hay th vƠ tổng trở mba v i các thƠnh ph n

c Đối với hệ thống dòng điện thứ tự không

Hệ thống dòng điện thứ tự không 3 pha sinh ra trong mba từ thông thứ

tự không Φt0 trùng pha về th i gian

• Tổ mba 3 pha: Từ thông Φt0 khép m ch qua lõi thép nên dòng Ia0 =

Ib0 = Ic0 dù nhỏ cũng đủ sinh ra Φt0 lớn vì từ tr thép nhỏ

• Mba 3 pha ba trụ: Φt0 khép m ch qua vật liệu không ph i sắt từ nên

Φt0 nhỏ hơn trên

Từ thông Φt0 sinh ra trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sđđ tự c m

và hỗ c m và ta thành lập sơ đồ thay thế hình T tương tự như đối với trư ng hợp dòng điện thứ tự thuận

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Hệ thống dòng điện thứ tự không 3 pha sinh ra trong mba từ thông thứ

tự không Φt0 trùng pha về th i gian

• Tổ mba 3 pha: Từ thông Φt0 khép m ch qua lõi thép nên dòng Ia0 =

Ib0 = Ic0 dù nhỏ cũng đủ sinh ra Φt0 lớn vì từ tr thép nhỏ

• Mba 3 pha ba trụ: Φt0 khép m ch qua vật liệu không ph i sắt từ nên

Φt0 nhỏ hơn trên

Từ thông Φt0 sinh ra trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sđđ tự c m

và hỗ c m và ta thành lập sơ đồ thay thế hình T tương tự như đối với trư ng hợp dòng điện thứ tự thuận

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Khi mba nối Y 0 /Y 0 hoặc Y 0 / Δ:

Dòng thứ tự không tồn t i c dây quấn sơ cấp và thứ cấp nên m ch điện thay thế đối với phân lượng thứ tự không không có gì khác d ng

m ch điện thay thế của phân lượng thứ tự thuận

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Khi mba nối Y 0 /Y 0 hoặc Y 0 / Δ:

Dòng thứ tự không tồn t i c dây quấn sơ cấp và thứ cấp nên m ch điện thay thế đối với phân lượng thứ tự không không có gì khác d ng

m ch điện thay thế của phân lượng thứ tự thuận

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Khi mba nối Y/Y 0 :

Sơ cấp không có dây trung tính IA0 = 0 và xem như h m ch

+ Z1 = r1+ jx1 và Z2 = r2+ jx2 : như tổng tr thứ tự thuận và ngược + Zm0 : tổng tr từ hóa thứ tự không phụ thuộc vào cấu t o m ch từ:

M ch từ tổ mba 3 pha: Zm0 = Zm ; M ch từ mba 3 pha ba trụ: Zm0 nhỏ (thư ng Zm0 = (7 - 15)Zn)

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Khi mba nối Y/Y 0 :

+ Sđđ thứ tự không do từ thông Φt0 sinh ra như sau :

+ Khi mba nối Y0/Y0 hoặc Y0/Δ : c sơ cấp và thứ cấp đều có dòng thứ

tự không nên dòng Im để sinh ra Φt0 rất nhỏ Trong

trư ng hợp này Zm0 = 0 và Zn = Z1 + Z2

0 m 0 m 0

E    

0 a 0

  

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Xác định tổng trơ thứ tự không Z t0 bằng thí nghiệm:

T: m , nếu phía thứ cấp không có dòng thứ tự không

T: đóng, nếu phía thứ cấp có dòng thứ tự không

Theo số liệu đo được ta tính:

2 0 t

2 0 t 0

t 2 0

t 0

I 3

P r

; I 3 U

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

2.3 T i không đ i x ng c a máy bi n áp

a Khi có dòng điện thứ tự không

Trường hợp dây quấn nối Y/Y 0 :

Phương trình dòng điện sơ cấp, thứ cấp:

+ ωác dòng điện từ hóa thứ tự thuận và ngược Im1, Im2 của các pha sẽ sinh ra các sđđ EA,EB,EC

+ ωòn dòng điện từ hóa thứ tự không Ia0 = Ib0 = Ic0= Id/3 tồn t i phía thứ cấp không được cân bằng vì Ia0 = Ib0 = Ic0 ≠ 0 sẽ sinh ra Φt0 và sđđ

Em0 tương đối lớn

d c

b a

C B

A

I I

I I

0 I

I I

1 C C

0 m B

1 B B

0 m A

1 A A

E E

Z I U

E E

Z I U

E E

Z I U

I

IA  B  C 

C B



0 m 0 m 0

m C

B

U         

A C

C

C B

B

B A

AB

U U

U

U U

U

U U

I ( 3 U

E 3

U 3 U

U U

) U U

( ) U U

( U

U

A 0

m 0 A A

0 m

A C

B A

B A

A C

AB CA

' C 0

m 0 c

BC CA

C

0 m 0 b

' B 0

m 0 b

AB BC

B

0 m 0 a

' A 0

m 0 a

CA AB

A

Z I U

Z

I 3

U

U U

Z I

U Z

I 3

U

U U

Z I U

Z

I 3

U

U U

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Đồ thị véc tơ:

Từ đồ thị vectơ ta thấy : Anh hư ng

của dòng điện thứ tự không làm cho

điểm trung tính của điện áp sơ cấp

bị lệch đi một kho ng bằng Ia0Zm0

CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I

Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp:

Do dòng điện thứ tự thuận, ngược và không của sơ cấp và thứ cấp có quan hệ

và nên:

2 0

a 2

a 1

a 1

2 A 1

A 0

a 0 m

' A

2 a 1

A A

a

Z ) I I

I ( Z

) I I

( I

Z U

Z I Z

I U

A 1 a 1

     Zm 0  Z0  Zt 0

0 t 0 c n

C

' C c

0 t 0 b n

B

' B b

0 t 0 a n

A

' A a

Z I Z

I U

U

Z I

Z I U

U

Z I Z

I U