C2 DDL

• Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn của máy biến áp thì: U1 ≈ E1 và U2 ≈ • Định nghĩa về m.b.a: M.b.a là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dù

 2.1 Đại cương về máy biến áp (MBA)

 2.1.1 Nguyên lý làm việc của MBA

 2.1.2 Cấu tạo của MBA

 2.1.3 Các đại lượng định mức của MBA

 2.2 Máy biến áp 3 pha

 2.2.1 Các dạng mạch từ của MBA

 2.2.2 Tổ nối dây của MBA

 2.2.3 MBA làm việc song song

 2.3 Các loại MBA khác

 2.3.1 MBA ba dây quấn

 2.3.2 MBA tự ngẫu

• Xét máy biến áp một pha hai dây quấn như hình

2.1-1

• Dây quấn 1 có W1 vòng dây, dây quấn 2 có W2 vòng

dây, cả hai đều quấn trên lõi thép 3

• Đặt điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1, trong nó

có dòng điện i1 chạy

• Dòng i1 sinh ra từ thông  trong lõi thép móc vòng

với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng nên trong các

dây quấn đó s.đ.đ cảm ứng e1 và e2

• S.đ.đ e2 trong dây quấn 2 sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa

ra tải với điện áp ra là u2

Hình 2.1-1 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

• Nếu điện áp u1 đặt vào cuộn sơ cấp là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh

• Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn của máy biến áp thì: U1 ≈ E1 và U2 ≈

• Định nghĩa về m.b.a: M.b.a là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên

nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay

chiều từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác, với tần số không đổi.

- Máy biến áp có 2 dây quấn gọi là mba hai dây quấn Dây quấn nối với nguồn đểthu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp Dây quấn nối với phụ tải để đưanăng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp.

- Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp (CA), dây quấn có điện áp thấpgọi là dây quấn hạ áp (HA)

- Máy biến áp giảm áp (có k > 1, tức U1 > U2 ); máy biến áp tăng áp (có k < 1, tức

U1 < U2)

- Ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ

ba có cấp điện áp trung gian, gọi là dây quấn trung áp (TA)

• M.b.a có các bộ phận chính sau:

 Lõi thép

 Dây quấn

 Vỏ máy

1 Lõi thép: dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để

quấn dây quấn

• Theo hình dáng lõi thép người ta chia m.b.a thành hai loại:

• M.b.a kiểu lõi hay kiểu trụ (hình 2.1-3) Loại này thông

dụng cho m.b.a một pha và ba pha công suất nhỏ và

trung bình

• M.b.a kiểu bọc (hình 2.1-4) Loại này mạch từ được

phân ra hai bên và ôm lấy một phần dây quấn

M.b.a kiểu bọc thường chỉ dùng trong một vài ngành chuyên môn đặc biệt như m.b.adùng trong lò luyện kim, m.b.a công suất nhỏ dùng trong kĩ thuật vô tuyến điện, âmthanh,

Các m.b.a hiện đại dung lượng lớn và cực lớn (80 ÷ 100 MVA/1 pha), điện áp thật cao(≥ 220 kV), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho vận chuyển thì mạch từ củam.b.a kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên và m.b.a có tên là m.b.a kiểu trụ-bọc (hình

2.1-5)

• Lõi thép gồm 2 phần:

 Trụ

 Gông

Trụ (T): phần trên đó có quấn dây

Gông (G): nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín, trên đó không có dây quấn

Lõi thép được ghép bằng những lá thép KTĐ dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện ở bềmặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy

Hình 2.1-6 Hình 2.1-7

Hình 2.1-8

Hình 2.1-9

 Trụ và gông có thể ghép riêng (ghép rời)

sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại

 Tiết diện ngang của gông làm đơn giản

hơn: hình vuông, hình chữ thập hoặc hình

chữ T (hình 2.1-9)

2 Dây quấn: là bộ phận dẫn điện của m.b.a, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền

năng lượng ra

• Kim loại làm dây quấn: thường bằng đồng, cũng có thể bằng nhôm

• Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, dây quấn m.b.a được chia thành hai loại chính:

• Dây quấn đồng tâm

• Dây quấn xen kẽ

thường quấn phía trong gần trụ thép, dây quấn HA quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn CA

• Dây quấn đồng tâm có những kiểu chính sau:

2 Dây quấn:/ Dây quấn đồng tâm :

Hình 2.1-10 a) Dây tròn nhiều lớp; b) Dây bẹt hai lớp;

c) Dây quấn hình xoắn; d) Dây quấn xoáy ốc liên tục

2 Dây quấn:/ Dây quấn đồng tâm :

• Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo hình xoắn ốc, giữa các vòng dây córãnh hở (hình 2.1-10c)

• Kiểu này thường dùng cho dây quấn HA của các m.b.a có dung lượng trungbình và lớn

• Dây quấn xoáy ốc liên tục:

• Loại này làm bằng dây bẹt, dây quấn được quấn thành những bánh dâyphẳng cách nhau bằng những rãnh hở (hình 2.1-10d)

• Bằng cách hoán vị đặc biệt trong khi quấn mà các bánh dây được nối tiếpnhau một cách liên tục không cần mối hàn giữa chúng

• Dây quấn này chủ yếu dùng làm cuộn CA có U ≥ 35 kV và dung lượng lớn

2 Dây quấn:

b) Dây quấn xen kẽ:

• Các bánh dây CA, HA lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép (hình 2.1-11),trong đó các bánh dây đặt sát gông thường là dây quấn HA

• Kiểu dây quấn này hay dùng trong các m.b.a kiểu bọc Các m.b.a kiểu trụ hầunhư không dùng kiểu dây quấn này

Hình 2.1-11 Dây quấn xen kẽ

CA HA

bộ lõi m.b.a trong thùng dầu.

• Nhờ sự đối lưu trong dầu mà nhiệt độ được truyền từ các bộ phận bên trong m.b.a ramôi trường xung quanh

• Ngoài ra dầu m.b.a còn có nhiệm vụ tăng cường cách điện

Hình 2.1-12 Hình 2.1-13

Hình 2.1 - 14

Hình 2.1-15 Bình giãn dầu (1) và ống phòng nổ (2)

• Các đại lượng định mức của m.b.a đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy, do nhàmáy chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy, bao gồm:

biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp m.b.a

các đầu phân nhánh thì ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh

khi máy không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức

4 Dòng điện dây sơ cấp và thứ cấp định mức I1đm và I2đm là các dòng điện dây của sơ

cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức (tính bằng A hay kA)

5 Tần số định mức: fđm, tính bằng Hz

6 Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi những số liệu khác như: số pha m; tổ nối dây; điện

áp ngắn mạch Un%, chế độ làm việc; phương pháp làm mát,

dm dm

U

S I

1

dm

dm dm

U

S I

2

2 

Với m.b.a một pha:

Với m.b.a ba pha :

dm

dm dm

U

S I

U

S I

2

2

3



• Máy biến áp 1 pha:

• Mạch từ kiểu lõi

• Mạch từ kiểu bọc

• Máy biến áp 3 pha:

• Máy biến áp có hệ thống mạch từ chung

• Máy biến áp có hệ thống mạch từ riêng Hình 2.2-1 MBA 3 pha có hệ thống mạch từ riêng

2 Máy biến áp có hệ thống mạch từ chung là máy biến áp mà hệ thống mạch từ trong đó

từ thông ba pha có liên quan với nhau như M.B.A ba pha ba trụ (hình 2.2-2).

Hình 2.2-2 M.B.A ba pha có mạch từ chung

1 Cách ký hiệu các đầu dây

• Mỗi cuộn dây của máy biến áp có hai đầu, một đầu

gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cuối

• Với máy biến áp ba pha, các đầu đầu và đầu cuối của

các pha phải chọn thống nhất (hình 2.2-4) Nếu một

pha ký hiệu ngược lại thì điện áp dây lấy ra sẽ mất đối

xứng

Z Y

X

Hình 2.2-4 Các quy ước các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn 3

pha

• Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp

với kiểu đấu dây thứ cấp, nó biểu thị góc lệch pha giữa các sức điện động dây của

dây quấn sơ cấp và sức điện động dây của dây quấn thứ cấp tương ứng

• Góc lệch pha này phụ thuộc vào: chiều quấn dây, cách ký hiệu đầu dây và kiểuđấu dây quấn của sơ cấp và thứ cấp

• Mỗi một máy biến áp ba pha có tổ nối dây xác định do nhà sản xuất ghi lại trênnhãn máy

1 Cách ký hiệu các đầu dây

• Dây quấn cao áp (CA) đầu đầu ký hiệu là A, B, C,

đầu cuối ký hiệu là X, Y, Z, trung tính kí hiệu là O

• Dây quấn hạ áp (HA) đầu đầu ký hiệu là a, b, c, đầu

cuối ký hiệu là x, y, z, trung tính ký hiệu là o

• Với M.B.A ba dây quấn, ngoài dây quấn cao áp và hạ

áp còn có dây quấn điện áp trung gian (gọi là trung áp

– TA) Dây quấn này đầu đầu được ký hiệu là Am, Bm,

Cm, đầu cuối ký hiệu là Xm, Ym, Zm, trung tính ký hiệu

là Om

Z Y

X

Hình 2.2-4 Các quy ước các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn 3

pha

2 Các kiểu đấu dây quấn

• Đấu hình sao (Y):

• Ba đầu X, Y, Z đấu lại với nhau, ba đầu A, B, C để tự do (hình

2.2-5a).

• Nếu nối sao có dây trung tính thì ký hiệu là Y0.

• Kiểu đấu Y thường áp dụng cho dây quấn cao áp vì khi nối

như vậy điện áp đặt vào mỗi cuộn dây chỉ là điện áp pha giảm

đi √3 lần so với điện áp dây, do đó giảm được chi phí về cách

điện.

• Đấu tam giác (Δ):

• Đầu đầu pha nọ đấu với đầu cuối pha kia (hình 2.2-5b).

• Kiểu đấu tam giác thường áp dụng cho cuộn dây hạ áp vì khi

đó dòng điện trong cuộn dây là dòng điện pha, nó giảm đi √3

lần so với dòng điện dây, do đó tiết diện dây dẫn nhỏ hơn,

thuận tiện cho việc chế tạo và kinh tế.

Hình 2.2-5 Các kiểu đấu dây quấn

2 Các kiểu đấu dây quấn

• Cách đấu dây quấn máy biến áp ba pha thường được ký hiệu như sau: ví dụ Y/Δ,nghĩa là dây quấn sơ cấp đấu sao, còn dây quấn thứ cấp đấu tam giác

2.Tổ nối dây của mba:

- Tổ nối dây của mba được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp sovới kiểu đấu dây thứ cấp

- Phương pháp kí hiệu tổ nối dây bằng kim đồng hồ

- Góc lệch pha của tổ nối dây được quy ước bằng số giờ trên mặt đồng hồ Độlớn góc lệch pha bằng số giờ x 300 Theo phương pháp này, kim dài củađồng hồ chỉ sđđ dây sơ cấp đặt cố định ở con số 12, kim ngắn chỉ sđđ dâythứ cấp tương ứng đặt ở số 1,2,3…,12 tùy theo góc lệch pha giữa chúng là

300 , 600 ,…, 3600 Đối với mba ba pha sẽ có 12 tổ nối dây

- Trong thực tế ở nước ta, để thuận tiện cho việc chế tạo và sử dụng, người tachỉ sản xuất các máy biến áp có tổ nối dây Y/Y0-12, Y/Δ-11, Y0/Δ-11 và máybiến áp một pha có tổ nối dây I/I-12

- Tổ nối dây Y/Δ-11

X

Z

B

C A

c b

a

x Y Z

E ab

Điều kiện để các MBA làm việc song song

1 Điều kiện tỷ số biến đổi bằng nhau

2 Điều kiện cùng tổ nối dây

3 Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau

1 Điều kiện tỷ số biến đổi bằng nhau:

• Giả sử tỷ số biến đổi k khác nhau => E2I≠ E2II => xuất hiện một dòng điện cân bằng Icb sinh ra bởi ∆E = E2I - E2II (cả khi không tải) chạy vòng trong dây quấn thứ cấp của 2 MBA

• Khi có tải, dòng Icb công với dòng tải It làm cho hệ số tải trở thành khác nhau ảnh hưởng xấu tới lợi dung công suất các máy

• Quy định ∆k của các MBA làm việc song song không lớn hơn 0,5% trị số trung bình của chúng

2 Điều kiện cùng tổ nối dây:

• Nếu tổ đấu dây của các MBA song song khác nhau thì giữa các điện áp thứcấp sẽ có góc lệch pha (phụ thuộc vào tổ đấu dây) => trong mạch nối liềncác dây quấn thứ cấp của 2 mba xuất hiện suất điện động, có giá trị lớn ∆E

= 2 E.sinα (α: góc lệch pha) => Dòng điện này có thể làm hỏng MBA

VD: MBA I có tổ nối dây Y/Δ-11; MBA II có tổ nối dây Y/Y-12 thì điện ápthứ cấp 2 máy lệch nhau 1 góc 300

3 Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau:

• Điện áp ngắn mạch un liên quan đến phân phối tải của các MBA làm việc song song

• Tổng trở tương đương của mạch điện gồm 3 MBA song song với nhau:

• Điện áp rơi trên mạch điện:

Trong đó là dòng điện tổng của các MBA

3 Điều khiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau:

• Dòng điện tải của mỗi MBA là

• Thực tế, góc φn của các tam giác điện kháng của các máy ghép song song

gần giống nhau nên các dòng điện tải được xem là trùng pha, do đó thay số phức bằng modun ta có thể tính:

2

'

1

'

1

'

1

3 Điều khiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau:

• Nhân 2 về phương trình 2.2-1 với phương trình

dmi dmI

nI

ni

S S

u

u



3 Điều khiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau:

• Nhận xét: Nếu un% của các máy bằng nhau thì β bằng nhau, tải phân phối theo tỉ

lệ công suất Còn un% khác nhau thì máy nào có un% nhỏ thì β lớn ( tải nặng)

• Quy định:

• un% của các MBA làm việc song song không khác nhau quá 10%

• Công suất MBA làm việc song song không quá 3:1

• Máy biến áp ba dây quấn là máy biến áp có một dây quấn sơ cấp và hai dây

• Các tổ nối dây tiêu chuẩn của m.b.a ba dây quấn như sau:

Y0/Y0/Δ-12-11 và Y0/Δ/Δ-11-11

• Công suất của các dây quấn được chế tạo theo tỷ lệ sau:

1) 100%, 100%, 100%

2) 100%, 100%, 67%,3) 100%, 67%, 67%,4) 100%, 67%, 100%

• Công suất định mức của m.b.a ba dây quấn lấy theo công suất của dây quấn sơcấp (cuộn dây có công suất lớn nhất)

• M.b.a tự ngẫu là m.b.a trong đó một bộ phận của dây quấn đồng thời thuộc cảdây quấn sơ cấp và thứ cấp (hình 7-2) Vì vậy giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấpngoài sự liên hệ với nhau về từ còn liên hệ trực tiếp với nhau về điện.

• M.b.a tự ngẫu cũng có loại tăng áp, có loại giảm áp, có loại một pha, có loại bapha

• Ở m.b.a tự ngẫu, công suất truyền tải qua máy gồm hai phần: một phần thôngqua từ trường của lõi thép, còn một phần truyền trực tiếp

Hình 2.3-2 Sơ đồ của mba tự ngẫu một pha

a) nối thuận b)nối ngược

I 1

U 2

U 1

I 2

• So với máy biến áp có dây quấn sơ cấp và thứ cấp cách ly cùng công suất thìmáy biến áp tự ngẫu có kích thước mạch từ bé hơn, khối lượng dây ít hơn nêngiá thành rẻ hạ.

• Tổn hao trong máy biến áp tự ngẫu cũng nhỏ hơn, độ thay đổi điện áp ΔU hayđiện áp rơi trong máy biến áp tự ngẫu cũng nhỏ hơn

• Tuy nhiên, do sơ cấp và thứ cấp liên hệ trực tiếp với nhau về điện nên khi đoạndây chung bị đứt (hở mạch) thì điện áp sơ cấp và thứ cấp bằng nhau gây nguyhiểm cho phụ tải và người khi máy biến áp tự ngẫu dùng để hạ áp

• Điện kháng ngắn mạch của mba tự ngẫu nhỏ nên dòng điện ngắn mạch của nó

Bài 2: Cho sơ đồ đấu dây máy biến áp 3 pha như hình vẽ, xác định tổ nối dây của mba?

b c a

A B C

X Y Z

y z x

Bài 2: Cho sơ đồ đấu dây máy biến áp 3 pha như hình vẽ, xác định tổ nối dây của mba?

Bài 3 : Cho 3 máy biến áp có cùng tỉ số k, cùng tổ nối dây làm việc song song có số liệunhư sau: Máy 1: S1đm = 180 kVA; Un% = 5,8 Máy 2: S2đm = 240 kVA; Un% = 6 Máy 3:

S3đm = 320 kVA; Un% = 6,2 Tính tải của máy biến áp khi tải chung là 600 kVA?

b c a

A B C

X Y Z

y z x