Bài giảng kỹ thuật điện chương 6 nguyễn bích liên

10/11/2014 1 CHƯƠNG VI M¸y biÕn ¸p 6 1 Kh¸i niÖm chung 6 3 Nguyªn lý lµm viÖc cña MBA 1 pha 6 2 CÊu t¹o 6 4 M« h×nh to¸n häc cña MBA 6 5 Quy ®æi vµ s¬ ®å thay thÕ 6 6 ChÕ ®é kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch MBA[.]

CHƯƠNG VI : Máy biến áp

6.1 Khái niệm chung

6.3 Nguyên lý làm việc của MBA 1 pha

6.2 Cấu tạo

6.4 Mô hình toán học của MBA

6.5 Quy đổi và sơ đồ thay thế

6.6 Chế độ không tải và ngắn mạch MBA

6.7 Chế độ làm việc có tải

6.8 MBA 3 pha

6.9 Máy biến áp đặc biệt

6.1 Khái niệm chung về máy biến áp

ỏp

Mỏy giảm ỏp

S 3 U I Cùng một công suất truyền tải:

- Giảm sụt ápUd

- Giảm tổn haoPd

- Giảm tiết diện dây s

Máy biến áp tăng

giảm

=> giảm khối lượng xà, cột

=> giảm chi phí đầu tư

*) Các đại lượng định mức:

1 Công suất MBA 3 pha:

2 Điện áp :

3 Dòng điện : I1đm, I2đm[A]

Thường ký hiệu: U1đm/U2đm

[VA]

S®  3U ® I ®

Chú ý: Các đại lượng i, u định mức trong

MBA 3 pha là các đại lượng dây

3U I

2đm

U1đm

6.2 CÊu t¹o

1 Lâi thÐp: M¹ch tõ, ghÐp tõ

c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn, gåm 2

bé phËn

- G«ng: lµ phÇn nèi liÒn

m¹ch tõ c¸c trô

- Trô: lµ phÇn lâi thÐp cã

lång d©y quÊn

2 D©y quÊn: M¹ch ®iÖn

3 Vá m¸y

- Thïng BA

- N¾p m¸y

SC

TC

Máy biến áp nhìn từ ngoài

6.3 Nguyªn lý lµm viÖc cña MBA 1 pha

u1~

 biÕn thiªn  e1vµ e2

Gi¶ sö = msint

d

dt



 

d

dt



 

W1,W2: sè vßng d©y s¬ vµ thø cÊp

e    W cos t

TQ: e1  2E sin( t1   e)

E1= 4,44fW1m



e= - 90O

1

E  2 fW 1 m

2

 



 mãc vßng

qua 2 d©y quÊn

 

1

E

Zt

u1~

i1

sin( t 90 )

W1 W2

e1 e2

Tương tù:

vµ tiªu thô trªn t¶i

E2= 4,44fW2m

 U1 E1; U2 E2

1

2

U

U 

k < 1 

 Trong dây quấn cã dòng i2

Zt



Khi nèi d©y quÊn thø cÊp víi t¶i

i2

Năng lượng ®iÖn xoay chiÒu

lÊy vµo tõ phÝa s¬ cÊp

th«ng qua m¹ch tõ

chuyÓn sang phÝa thø cÊp

NÕu bá qua tæn hao trªn d©y quÊn

1

2

E

2

W k

W 

m¸y t¨ng ¸p k > 1  m¸y h¹ ¸p

i1

u2

u1~

W1 W2

e1 e2

6.4 C¸c phương tr×nh c¬ b¶n trong MBA (m« h×nh to¸n häc)

a PhÝa s¬ cÊp

1 Phương tr×nh c©n b»ng ®iÖn

-C: mãc vßng qua 2 d/q

-t1: do i1sinh ra chØ mãc

vßng riªng víi d/q s¬ cÊp

t1

C

d

dt



 

t1

d

dt



 

 e1vµ et1

u   e e R i

et1 e

1

u1 i1

R1

i2

C

Zt

u2

i1

u1~ W1 W2

e1 e2

R i u  e e

b PhÝa thø cÊp :

Tương tù :

1 1

1 1 1

E I Z

   

  

  

 

t1 1 1

d di

di dt



 

Lt1

1 t1 t1

di

dt

 



1

di

dt

X1

R1

U  E I (R jX )  E I Z

t1 t1 1

d

dt



dt



 

1 1 t1 1 1

u   e e R i

1 1

R I

  1

1

U    E j L I t11

X1

e1

u1 i1

Lt1

R1

X2

R2

1

U E1

2

E U2

1

I

2

I

2 Phương tr×nh c©n b»ng tõ

kh«ng t¶i : i2= 0

cã t¶i : i2 0

F F W I W I

    

2

1 2

I

W

W



k

'

    

PT c©n b»ng tõ

X1

R1 Khi bá quaU1:

 do Fo= W1Io

 do F1vµ F2

i2

C

Zt

u 2

i1

u1~ W1 W2

e1 e2

I2’

' 2 2

I I k







U1 E1= 4,44fW1m

= const

m



U1= const

1

U  U1 E1

6.5 Qui đổi và sơ đồ thay thế

1 Mục đích và điều kiện:

2 Qui đổi :

- Thuận tiện cho việc nghiên cứu

Biến đổi E2 E2’= E1 với 1

2

E k

E   E2’= kE2 ;

b Qui đổi dòng điện

2 2

I I

U U

 

U2’= kU2

- Bảo toàn quá trình năng lượng

U2’ I2’ = U2I2 I2

k



a Qui đổi sđđ và điện ỏp

Thường quy đổi dõy quấn thứ cấp về sơ cấp

U1 I1

X1

R1

I2

X2

U2

R2

'

2 1

E   E 

1

E 

2

E 

X2’

X1

2 ’

c Qui đổi tổng trở

Từ PTCB đ/a phía thứ cấp:

nhân 2 vế với k và I2= kI2’

Z t ’ = k 2 Z t

U  E  jX I  R I

2

k U  k E  ( k R  jk X ) I

U  E ( R  jX ) I

PT sau khi qui đổi:

Zt’

Chú ý : Các thông số dây quấn thứ cấp được qui đổi về

dây quấn sơ cấp đều có dấu phẩy

X2’

R2’

U2’ E2’

Sơ đồ thay thế sau quy đổi:

1 o 2 '

I   I I

'

1 2

E   E 

1

I

' 2

I

o

I

1

U

2

U 

X1

R1 R2’

Sơ đồ thay thế của MBA

1 th o

   

sơ cấp thứ cấp

Lõi thép

Io (2  6)%I1đm

Có thể sử dụng sơ đồ

thay thế gần đúng :

R2’ X2’

X1

R1

Zt’

Thay

th th th

Z  (R  jX )

A

B

Rth

R2’

X2’

X1

R1

tải

Zt’

A B

U 

1

I



o

I

' 2

I

1 U

2

U 

1

I



' 2

U 

' 2

I

1

U

' 2

U  1

E 

1

U 

6.6 Chế độ không tải và ngắn mạch của MBA

1.Chế độ không tải

a Sơ đồ nguyên lý

Io

Xth

U1đm

Io

X1

R1

Rth

c Tổng trở Zo

Zo= ( R1+ Rth)+ j(X1+ Xth)

Zo= Ro+ jXo

Vì : R1<< Rth

X1<< Xth coi Ro Rth; Xo Xth

d Công suất không tải Po: Po= RoIo

e Hệ số công suất coso: o o

o

cos

U I

 0.1  0,2

 RthIo =Pst

2.Chế độ ngắn mạch

a Ngắn mạch thớ nghiệm

Sơ đồ thay thế

I1n

X2’

U1n

X1

Tổng trở Z n

Zn= ( R1+ R2’)+ j(X1+ X2’)

Zn= Rn+ jXn

Trong MBA : R1 R2’

X1 X2’ R n  2R1; X n  2X1

th

R2’ I2’

X2’

U2’

U1

X1

R1

Io

b Ngắn mạch sự cố MBA

1 m

1n

n

U

Z

1 m 1 m

I 100

đ

Z

1 m

n 1 m

1 m

U

đ

đ

Z

un%

1 m 1n

n

I

%

u

un% (3  10) => I1n (1033) I1đm

Thiết bị bảo vệ (Circuit Breaker) cắt MBA khỏi lưới điện khi có

sự cố

U1= U1đm

3 Xác định các tham số của MBA bằng thí nghiệm

a Thí nghiệm không tải

Sơ đồ:

V2

* W*

V1

A

U10

Đo :

A

I0 ở

U10ở V1

W

P0 ở

U20ở V2

Xác định các tham số :

0

0 2 0

P R I



10 0 0

U I

 Z

2 2

Rth R0; Xth X0

10 20

U k U



A1

I1đm ở

b Thí nghiệm ngắn mạch:

Sơ đồ:

Đo :

U1n ở V

W

Pn ở

I2đm ở A2

Xác định các tham số :

n

1 m

P R I



đ

1n n

1 m

U I

 Z

đ

2 2

V

A1 Bộ

điều chỉnh U

R

2

X

2

định mức

Các thành phần của điện áp ngắn mạch :

n 1 m

nr

1 m

R I

U

đ

n 1 m

nx

1 m

X I

U

đ

I1đm

U1n

Xn

Rn

6.7 Chế độ làm việc có tải

1 Độ biến thiên điện áp thứ cấp và đặc tính ngoài của MBA

a Độ biến thiên điện áp thứ cấp

m 2 m

U



2đ

(1) nhân tử và mẫu với k

'

m 2 m

U



1đ

(2)

U1đm I1 U2’

Xn

Rn

Zt’

'

U đ  U  R I  jX I

' 2

U



1 n

jX I 1

I

 2

1 n

R I 

m U



1đ



Chọn '

2

U



làm gốc

giả sử tải mang t/c điện cảm

thực tế góc rất nhỏ

'

đ

U1đm- U2’= AB AC CB = RnI1cos2+ XnI1sin2

m

R I cos X I sin

100 U



1đ

1

I

unx%

unr%

 > 1 quá tải

 = 1 tải định mức

'

U đ  U  R I  jX I có đồ thị véc tơ :

'

m 2 m

U



1đ

hệ số tải

1đ 2đ đ

U%= (unr%cos2+unx%sin2)

U% phụ thuộc 3 yếu tố: U%

 R R-L

R- C

- Độ lớn của tải

- Tính chất của tải

- Thông số MBA

U% = f(, 2)

- tải R2= 0

- tải R-L  0 <2 < 90o

- tải R- C  - 90o <2 < 0

unr%

unx%

un%

R

X

Z

n

U% = un%(cosncos2+ sinnsin2)

U%= un%cos(n-2)

() (2) (unr%, unx%)

U% = unr%

U%R-L>U%R

>90 o =90o < 90o

Nói chung

U%R-C< 0 (Rnvà xn)

b- Đặc tính ngoài U2= f(I2)

U%

100



U2

I2

R R-L

R-C

Giữ U2không đổi:

m 2 m

U



2đ

Thay đổi phớa cao ỏp?

U2đm

f(,cos2)

U2= f(,cos2)

U%

 R

- Tải R:

thay đổi W1hoặc W2

- Tải R - L:

- Tải R - C:

2.Quá trình năng lượng và hiệu suất của MBA

2 1

P P

   hiệu suất

2 2

P

 

Các loại tổn hao:

+ Tổn hao đồng Pđ= R1I1 + R2’I2’2 = RnI12 1 2 2

n 1 m

1 m

I ( ) R I I

đ

Pđ=2Pn + Tổn hao sắt: Pst= RthI02  R0I0 Pst = P0



+ P2= U2I2cos2

2

2 m 2 m 2

2 m

I

U I cos

I

đ

Sđm



P2=Sđmcos2

2

S cos

 

đ

đ

k

max

0 k

n

P P

 

Pđ1 Pst Pđ2 Giản đồ năng lượng

cos22 cos2

Pđ=2Pn

Pst = P0

2 2

P

 

6.8 Máy biến áp 3 pha

1- Cấu tạo và nguyên lý

Cỏc đại lượng định mức:

- Cụng suất định mức Sđm:ba pha

- Dũng, ỏp định mức Uđm, Iđm: đại lượngdõy

- Tổn hao cụng suất Pn, Pn:ba pha

- Cỏc đại lượng khỏc: un%, i0%

2- Tổ nối dây

a Định nghĩa:

Y/Y-12

Cỏch nối d/q SC cỏch nối d/q TC số (giờ)

Y/ - 11

AB

U



ab

U



12x30o = 360o

AB

U



ab

U



11x30o = 330o

3 Hệ số biến áp

1 m

d

m

U

k

U

2đ

1f m 1 f

k

2fđ

4 Sự làm việc song song của MBA 3 pha

a Mục đích:

- Đảm bảo tính kinh tế

- Liên tục cung cấp điện

b Điều kiện:

- Cùng tổ nối dây

- Hệ số biến áp bằng nhau

- Điện áp ngắn mạch bằng nhau (sai khỏc khụng quỏ 10%)

6.9 Máy biến áp đặc biệt

1 Máy biến áp tự ngẫu

a Sơ đồ nguyên lý

b Đặc điểm

2 2

k

1

W

W

 

- Năng lượng chuyển từ SC sang TC

theo 2 đường-> Kích thước nhỏ gọn

khi A thay đổi

U2thay đổi từ: 0 U1đm

U1= 220 V

U2= 0250 V

W1

W2

A

U1

U2

c Phạm vi sử dụng

- Cụng suất vừa và nhỏ

Trờn nhón MBATN ở PTN

2

1

W

W

 

2 2

k

2 Máy biến áp đo lường

a Máy biến điện áp

* Sơ đồ nguyên lý

* Đặc điểm

V

Ucao

W1

W2

- 2 đầu dq thứ cấp luôn nối với Vôn kế

U2đm= 100 V

Khụng tải

b Máy biến dòng điện

a Sơ đồ nguyên lý

b Đặc điểm

- hệ số BD : 1 2

i

k

A 2

W

W

  lớn

- 2 đầu dq thứ cấp luôn nối với A

A

Ilớn

W1

W2

1 hoặc 2 vũng

- I2đm= 5A -> MBA 100/5, 200/5, 1000/5, …