Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm: Máy điện ppt

Chế độ đo : Ta có hai chế độ đo AC hoặc DC và có thể thay đổi bằng cách nhấp chuột vào nút biểu tượng AC hoặc DC trên cửa sổ đo.. Chế độ đo : Ta có hai chế độ đo AC hoặc DC và có thể th

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN BỘ MÔN : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

¶ · Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm

MÁY ĐIỆN

Họ và tên sinh viên:

Lớp : Ngày TN :

Thí nghiệm cùng nhóm với các sinh viên: 1

2

3

4

5

Thầy giáo hướng dẫn:

Năm 2005

LỜI NÓI ĐẦU

Gi¶ng d¹y trªn c¬ sị c«ng nghÖ m¸y tÝnh ngµy cµng ®ưîc ¸p dông rĩng r·i trong lÜnh vùc gi¸o dôc và việc ứng dụng s¶n phỈm LVSIM vào thí nghiệm lµ tiÕp cỊn với công nghệ nµy

HÖ thỉng thu thỊp vµ qu¶n lý d÷ liÖu Lab-Volt (LVDAM), mĩt thµnh viªn cña hô LVSIM lµ mĩt thiÕt bÞ hoµn chØnh ch¹y trªn c¸c m¸y tÝnh IBM 386 tư¬ng thÝch trị lªn trong m«i trưíng hÖ ®iÒu hµnh Microsoft Windows C¸c “ThiÕt bÞ ¶o” (V«n mÐt, Ampe mÐt, Wo¸t mÐt, Oscilloscope vµ bĩ ph©n tÝch pha) cho phÐp ngưíi hưíng dĨn kh¶ n¨ng diÔn gi¶i dÔ dµng c¸c kh¸i niÖm liªn quan tíi ®iÖn n¨ng mµ cho tíi nay chØ cê thÓ thÓ hiÖn b»ng s¸ch vị truyÒn thỉng vµ c¸c h×nh vÏ

HÖ thỉng LVDAM dïng mĩt m«dun giao diÖn thu thỊp d÷ liÖu quen thuĩc Data Acquisition Interface (DAI) ®Ó kÕt nỉi c¸c m«dun cña hÖ thỉng ®iÖn c¬ Lab-Volt víi mĩt m¸y tÝnh PC PhÌn mÒm chuyªn dông chuyÓn d÷ liÖu cña m«dun DAI tíi c¸c thiÕt bÞ ¶o cho phÐp

®o c¸c ®¹i lưîng chuỈn như ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, c«ng suÍt vµ c¸c th«ng sỉ ®iÖn kh¸c H¬n n÷a,

hÖ thỉng cßn cê nhiÒu kh¶ n¨ng s½n cê kh¸c như quan s¸t d¹ng sêng, ph©n tÝch pha, lưu tr÷ d÷ liÖu vµ kh¶ n¨ng thÓ hiÖn c¸c ®ơ thÞ còng như chøc n¨ng lỊp tr×nh, cê phÌn mÒm hưíng dĨn sö dông ®i kÌm

HÖ thỉng ®iÖn c¬ dïng thiÕt bÞ thÝ nghiÖm ¶o (EMS VLE), mĩt thµnh viªn kh¸c cña hô LVSIM, lµ mĩt phÌn mÒm m« phâng chÝnh x¸c hÖ thỉng ®iÖn c¬ Lab-Volt (EMS) Còng như

hÖ thỉng LVDAM, EMS VLE ch¹y trªn c¸c m¸y tÝnh IBM 386 tư¬ng thÝch trở lên trong m«i trưíng ®iÒu hµnh Microsoft Winodows

M«i trưíng lµm viÖc EMS VLE trªn mµn h×nh m¸y tÝnh lµ mĩt phßng thÝ nghiÖm giỉng như mĩt hÖ thỉng EMS thùc C¸c m«dun tư¬ng øng như trong hÖ thỉng EMS cê thÓ

®ưîc cµi ®Ưt trong phßng thÝ nghiÖm EMS VLE vµ kÕt nỉi chóng lµ c¸c d©y dĨn t¹o thµnh m¹ch Giỉng như trong hÖ thỉng EMS, kÝch thÝch ho¹t ®ĩng vµ ®¸p øng cña c¸c m¹ch ®iÖn

®ưîc m« phâng trong phßng thÝ nghiÖm EMS VLE cê thÓ quan s¸t trªn c¸c thiÕt bÞ ®o ®iÖn

¸p, dßng ®iÖn, tỉc ®ĩ vµ m«men

Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm này bao gồm các phần chính sau :

Phần I : Hướng dẫn sử dụng phần mềm thí nghiệm Lab-Volt

Phần II : Các bài thí nghiệm Máy điện I và II

Tài liệu này do Trần Văn Chính, Nguyễn Hồng Anh, Nguyễn Xuân Hòa, Bùi Tấn Lợi,

Lê Văn Quyện, Nguyễn Văn Tấn ở nhóm chuyên môn Điện Công Nghiệp viết dựa trên cơ sở

của tài liệu thí nghiệm Lab-Volt Trong quá trình biên soạn có thể còn thiếu sót, nhóm

chuyên môn Điện Công Nghiệp mong nhận được sự đóng góp ý kiến của đông đảo bạn đọc Các ý kiến nhận xét xin gửi về nhóm chuyên môn Điện Công Nghiệp - Khoa Điện - Trường Đại học Bách Khoa

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn

Nhóm chuyên môn Điện Công Nghiệp

Phần I : Hướng dẫn sử dụng phần mềm

thí nghiệm Lab -Volt

H ướng dẫn sử dụng phần mềm thí nghiệm Lab-Volt

Hình 1-1 : Cửa sổ làm việc Windows 98

Ta có thể khởi động phần mềm Lab-Volt bằng cách nhấp đúp chuột vào nút biểu tượng Metering trên màn hình Windows hoặc từ menu Start Windows sẽ xuất hiện lên cửa

sổ làm việc chính như hình 1-2

1 Giới thiệu cửa sổ làm việc chính Metering : 1.1 Chức năng các công cụ :

1.1.1 Open : Khi nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép mở file chứa dữ liệu 1.1.2 Save : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép lưu các thông số đo

được khi tiến hành thí nghiệm vào file dữ liệu Nếu chưa có tên thì đặt tên cho file

1.1.3 Print : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này dùng để in

1.1.4 Record Data (ghi dữ liệu) : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép

ta ghi dữ liệu đang đo đạc vào bảng số liệu (Data Table ) và hiển thị số lần đo

1.1.5 Data Table (bảng số liệu ) : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này sẽ hiển

thị bảng số liệu đã đo

1.1.6 Graph : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này để ta mở cửa sổ Graph 1.1.7 Oscilloscope : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này để ta mở cửa sổ

Hình 1-2 : Cửa sổ làm việc chính

1.2 Chức năng các dụng cụ đo lường :

1.2.1 Các Volt kế E : dùng để đo ú điện áp Chúng có các tính năng sau :

a Chế độ đo : Ta có hai chế độ đo AC hoặc DC và có thể thay đổi bằng cách

nhấp chuột vào nút biểu tượng AC hoặc DC trên cửa sổ đo

b Chế độ hiển thị : Ta có hai chế độ hiển thị Analog và Digital Khi muốn

thay đổi chế độ hiển thị ta nhấp chuột vào nút khung hiển thị thì nó sẽ chuyển chế độ

Khi muốn đo thì ta phải nhấp chuột vào nút biểu tượng E trên cửa sổ đo lường

1.2.2 Các Ampe kế I : dùng để đo dòng điện Chúng có các tính năng sau :

a Chế độ đo : Ta có hai chế độ đo AC hoặc DC và có thể thay đổi bằng cách

nhấp chuột vào nút biểu tượng AC hoặc DC trên cửa sổ đo

b Chế độ hiển thị : Ta có hai chế độ hiển thị Analog và Digital Khi muốn

thay đổi chế độ hiển thị ta nhấp chuột vào nút khung hiển thị thì nó sẽ chuyển chế độ

Khi muốn đo thì ta phải nhấp chuột vào nút biểu tượng I

1.2.3 Đồng hồ đo công suất PQS : Các đồng hồ này dùng để đo công suất của các

thiết bị khi tiến hành thí nghiệm Chúng có các tính năng sau :

a Chế độ đo : Có 3 chế độ đo, đo P hoặc Q hoặc S Khi muốn đo P hoặc Q

hoặc S thì ta click lên trên biểu tượng để chọn chế độ đo phù hợp

b Chế độ hiển thị : Ta có hai chế độ hiển thị Analog và Digital Khi muốn

thay đổi chế độ hiển thị ta nhấp chuột vào nút khung hiển thị thì nó sẽ chuyển chế độ

Open Save Print

1.2.4 Đồng hồ đo mômen T : Đồng hồ này dùng để đo momen của động cơ khi tiến

hành thí nghiệm Chúng có các tính năng sau :

a Chế độ đo : Có 2 chế độ đo N hoặc NC Khi muốn đo N hoặc NC thì ta nhấp lên

trên biểu tượng để chọn chế độ đo phù hợp

b Chế độ hiển thị : Ta có hai chế độ hiển thị Analog và Digital Khi muốn thay đổi

chế độ hiển thị ta nhấp chuột vào nút khung hiển thị thì nó sẽ chuyển chế độ

1.2.5 Đồng hồ đo tốc độ N : Đồng hồ này dùng để đo tốc độ n của động cơ khi thí

nghiệm Chúng có các tính năng sau :

Chế độ hiển thị : Ta có hai chế độ hiển thị Analog và Digital Khi muốn thay đổi

chế độ hiển thị ta nhấp chuột vào nút khung hiển thị thì nó sẽ chuyển chế độ

1.2.6 Cửa sổ lập trình A, B, C : Cho phép ta tiến hành lập trình trên cửa sổ này

Khi tiến hành thí nghiệm tùy theo từng yêu cầu của bài thí nghiệm ta tiến hành mở các của sổ đo lường hay các cửa sổ chức năng khác

2 Giới thiệu cửa sổ làm việc Data Table

Khi muốn xem các dữ liệu đã tiến hành thí nghiệm ta nhấp chuột vào nút biểu tượng

Data Table trên cửa sổ làm việc chính sẽ xuất hiện cửa sổ làm việc như hình 1-3 :

Hình 1-3 : Cửa sổ làm việc Data Table 2.1 Chức năng của các công cụ :

Insert Line Delete Line Clear all Data Metering

2.1.1 Insert Line (Chèn hàng ) : Khi nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho

phép ta chèn thêm một hàng vào trong bảng dữ liệu

2.1.2 Delete Line ( Xóa hàng ) : Khi nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho

phép ta xóa một hàng trong bảng dữ liệu

2.1.3 Clear all Data : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu twợng này cho phép ta

xóa tất cả số liệu trong bảng dữ liệu

2.1.4 Metering : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép ta quay trở

về cửa sổ làm việc chính

2.2 Hướng dẫn sử dụng :

2.1.1 Khi chúng ta muốn thêm một hàng vào trước một hàng nào trong bảng số

liệu ta đánh dấu hàng đó và sau đó click biểu tượng Insert Line Sau đó nhập các số liệu vào

từng ô số liệu của hàng đó

2.2.2 Khi chúng ta muốn xóa một hàng vào trước một hàng nào trong bảng số

liệu ta đánh dấu hàng đó và sau đó click các biểu tượng Delete Line

2.2.3 Khi chúng ta muốn xóa bảng số liệu ta click các biểu tượng Clear all

Data

2.2.4 Khi chúng làm việc xong với cửa sổ Data table muốn quay trở lai với cửa sổ làm việc chính ta nhấp chuột vào nút biểu tượng Metering

3 Giới thiệu cửa sổ làm việc Graph

Hình 1- 4 : Cửa sổ làm việc Graph

Line

G

Scatter Graph Metering

Khi ta muốn biểu diễn các đường đặc tính ta nhấp chuột vào nút biểu tượng Graph trên

cửa sổ làm việc chính sẽ xuất hiện cửa sổ làm việc như hình vẽ 1-4

3.1 Chức năng của các công cụ :

3.1.1 Line graph : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép ta chọn

biểu diễn các đường đặc tính dưới dạng đường

3.1.2 Scatter Graph : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép ta

chọn biểu diễn các đường đặc tính dưới dạng điểm

3.1.3 Metering : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép ta quay trở

về cửa sổ làm việc chính

3.1.4 Y-axis : Cột này cho phép ta chọn các đại lượng biểu diễn trên trục tung

Ta có thể chọn nhiều đại lượng cùng lúc

3.1.5 X-axis : Cột này cho phép ta chọn đại lượng biểu diễn trên trục hoành Ta chỉ có thể chọn duy nhất một đại lượng

3.2 Hướng dẫn sử dụng :

Hình 1- 5 : Cửa sổ làm việc Oscilloscope

Trước tiên chúng ta phải xác định mối quan hệ giữa các đại lượng trong đặc tính Ta

chọn trên cột Y-axis và X-axis các đại lượng cần biểu diễn Sau đó ta chọn dạng biểu diễn và

kích chuột vào biểu tượng đó để biểu diễn

Khi chúng làm việc xong với cửa sổ Graph muốn quay trở lai với cửa sổ làm việc chính ta nhấp chuột vào nút biểu tượng Metering

4 Giới thiệu cửa sổ làm việc Oscilloscope : Khi chúng ta muốn hiển thị các dạng sóng của các đại lượng E, I khi thí nghiệm thì ta nhấp chuột vào nút biểu tượng Oscilloscope trên cửa sổ làm việc chính sẽ xuất hiện cửa sổ làm việc Oscilloscope như hình 1-5 :

4.1 Giới thiệu các cửa sổ con :

4.1.1 Cửa sổ Channel : Các cửa sổ này là các ngõ vào của tín hiệu ngoài Nó

có các chức năng sau :

a Input : Biểu tượng này cho phép ta lựa chọn tín hiệu đầu vào của

Oscilloscope

b Thanh cuốn : Cho phép ta thay đổi biên độ của các tín hiệu đầu vào

c DC Coupling : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép ta hiển thị dạng sóng DC

d AC Coupling : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép ta hiển thị dạng sóng AC

e Gn Coupling : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép ta hiển thị dạng sóng Gnd

4.1.2 Time Base : Hiển thị giá trị độ rộng của một ô ngang trên màn hình có giá

trị là s/div Ta có thể thay đổi giá trị độ lớn của nó bằng thanh cuốn

4.1.3 Refresh : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho phép hiển thị dạng

sóng của các đại lượng tại một thời điểm nhất định

4.1.4 Continuons Resresh : Khi ta nhấp chuột vào nút biểu tượng này cho

phép ta hiển thị các dạng sóng liên tục

4.1.5 Wareform Data : Hiển thị bảng thông số về biên độ và tần số của các giá trị hiển thị dạng sóng trên Oscilloscope

4.2 Hướng dẫn sử dụng :

Trước tiên ta xác định các đại lượng cần hiển thị dạng sóng Ta chọn trên các kênh vào

Input các đại lượng cần hiển thị và chọn biên độ thích hợp cho các đại lượng

Tiếp tục ta chọn giá trị độ lớn Time Base và nhấp chuột vào nút biểu tuợng Refresh

Continuons hoặc Resresh để hiển thị

Khi làm việc xong với cửa sổ Oscilloscope muốn quay trở lại với cửa sổ làm việc chính ta nhấp chuột vào nút biểu tượng Metering

5 Giới thiệu cửa sổ làm việc Phasor Analyzer :

Khi muốn hiển thị xem góc lệch giữa các đại lượng đo lường ta nhấp chuột vào nút

biểu tượng Phasor Analyzer.Trên cửa sổ làm việc chính xuất hiện màn hình làm việc Phasor

Analyzer như hình trên :

5.1 Giới thiệu các cửa sổ con :

5.1.1 Voltage: Cho phép ta chọn các pha cần biểu diễn E1, E2, E3 ,, có thể thay đổi tỉ lệ độ lớn biên độ của các pha bằng thanh cuốn

5.1.2 Current : Cho phép ta chọn các dòng cần biểu diễn I1, I2, I3 , có thể thay đổi tỉ lệ độ lớn biên độ của các dòng bằng thanh cuốn

5.1.3 Reference Phasor : Cho phép ta chon một đại lượng làm gốc trên mặt

phẳng pha, các đại lượng khác so pha với đại lượng này

5.1.4 Phasor Data : Bảng hiển thị giá trị biên độ và góc pha của các đại lượng

Hình 1- 6 : Cửa sổ làm việc Phasor Analyzer 5.2 Hướng dẫn sử dụng :

Trước tiên ta phải xác định đại lượng làm gốc trên mặt phẳng pha bằng cách nhấp vào

biểu tượng Source để chọn Sau đó ta xác định các đại lượng cần biểu diễn trên cửa sổ con

Voltage và Current

Khi làm việc xong với cửa sổ Phasor Analyzer muốn quay trở lại với cửa sổ làm việc chính ta nhấp chuột vào nút biểu tượng Metering

] \ [ ^

Đại Học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện - Nhóm Chuyên môn Điện Công Nghiệp

Giáo trình MÁY ĐIỆN 1

Biên soạn: Bùi Tấn Lợi

Chương 3

QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA

Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu sự làm việc của mba lúc tải đối xứng và mọi vấn đề có liên quan đều được xét trên một pha của mba ba pha hay trên mba một pha

3.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Để thấy rõ quá trình năng lượng trong mba, ta hãy xét các quan hệ điện từ trong trường hợp này

3.1.1 Phương trình cân bằng điện áp (sđđ)

Trên hình 3.1 trình bày mba một pha hai dây quấn, trong đó dây quấn sơ cấp nối với nguồn, có số vòng N1, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở Zt, có số vòng N2 Khi nối điện áp u1 vào dây quấn sơ cấp, trong dây quấn sơ cấp có dòng điện i1 chạy qua Nếu phía thứ cấp có tải thì trong dây quấn thứ cấp sẽ có dòng điện i2 chạy qua Các dòng điện i1 và i2 sẽ tạo nên stđ sơ cấp i1N1 và stđ thứ cấp

i2N2 Phần lớn từ thông do hai stđ i1N1 và i2N2 sinh ra được khép mạch qua lõi thép móc vòng với cả dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông chính Φ Từ thông chính Φ gây nên trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp những sđđ e1 và e2như đã biết ở chương 2 như sau :

Hình 3.1 Từ thông mba một pha hai dây quấn

ddt

dN

e1=− 1 Φ =− Ψ1

dt

ddt

dN

do dòng điện sơ cấp i1 gây ra và từ thông tản Φt2 do dòng điện thứ cấp i2 gây ra Các từ thông tản Φt1 và Φt2 biến thiên theo thời gian nên cũng cảm ứng trong dây quấn sơ cấp sđđ tản et1 và thứ cấp sđđ tản et2, mà trị số tức thời là:

dt

ddt

dN

dN

et2 =− 2 Φt2 =− Ψt2

là từ thông tản móc vòng với dây quấn thứ cấp

1 t 1 1

t =N ΦΨ

2 t 2 2

t =L iΨ

2 2 t 2

t =L i

Trong đó: Lt1 và Lt2 là điện cảm tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp

Thế (3.3) vào (3.2a,b), ta có:

dt

diL

dt

diL

Biễu diễn (3.4) dưới dạng phức số :

1 1 1

1 t 1

2 2 2

2 t 2

trong đó: x1 = ωLt1 là điện kháng tản của dây quấn sơ cấp,

x2 = ωLt2 là điện kháng tản của dây quấn thứ cấp

1 Phương trình cân bằng điện áp dây quấn sơ cấp :

Xét mạch điện sơ cấp gồm nguồn điện áp u1, sức điện động e1, sđđ tản của dây quấn sơ cấp et1, điện trở dây quấn sơ cấp r1 Áp dụng định luật Kirchhoff 2 ta có phương trình điện áp sơ cấp viết dưới dạng trị số tức thời là:

Biểu diễn (3.6) dưới dạng số phức:

1 1 1 t 1

Thay (3.5a) vào (3.6b), ta có :

1 1 1 1 1

U& =−& + & + &

1 1 1 1

1 1 1

trong đó: Z1 = r1 + jx1 là tổng trở phức của dây quấn sơ cấp

Còn Z &1I1 là điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp

2 Phương trình cân bằng điện áp dây quấn thứ cấp

Mạch điện thứ cấp gồm sức điện động e2, sức điện động tản dây quấn thứ cấp

et2, điện trở dây quấn thứ cấp r2, điện áp ở hai đầu của dây quấn thứ cấp là u2 Áp dụng định luật Kirchhoff 2 ta có phương trình điện áp thứ cấp viết dưới dạng trị số tức thời là:

Biểu diễn (3.8) dưới dạng số phức:

2 2 2 t 2

Thay (3.5b) vào (3.8b), ta có :

2 2 2 2 2

2 2 2 2 2 2 2

trong đó Z2 = r2 + jx2 là tổng trở phức của dây quấn thứ cấp

Còn Z &2I2 là điện áp rơi trên dây quấn thứ cấp

fN44,4

U

=

Ở đây U1 = U1đm, tức là U1 không đổi, theo (3.13) từ thông Φm cũng không đổi

Do đó vế phải của (3.12) không phụ thuộc dòng i1 và i2, nghĩa là không phụ thuộc

chế độ làm việc của mba Đặc biệt trong chế độ không tải dòng i2 = 0 và i1 = i0 là dòng điện không tải sơ cấp Ta suy ra:

Chia hai vế cho N1 và chuyển vế, ta có:

)I(I)N

NI(I

1

2 2 0

1 & & & &

Tóm lại, mô hình toán của mba như sau:

(3.17a)

1 1 1

U& =−& + &

(3.17b)

2 2 2

U& = & − &

' 2 0

I & &

3.2 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Để đặc trưng và tính toán các quá trình năng lượng xảy ra trong mba, người ta thay mạch điện và mạch từ của mba bằng một mạch điện tương đương gồm các điện trở và điện kháng đặc trưng cho mba gọi là mạch điện thay thế mba

Trên hình 3.2a trình bày MBA mà tổn hao trong dây quấn và từ thông tản được đặc trưng bằng điện trở R và điện cảm L mắc nối tiếp với dây quấn sơ và thứ cấp Để có thể nối trực tiếp mạch sơ cấp và thứ cấp với nhau thành một mạch điện,

các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải có cùng một cấp điện áp Trên thực tế, điện áp

của các dây quấn đó lại khác nhau Vì vậy phải qui đổi một trong hai dây quấn về

dây quấn kia để cho chúng có cùng một cấp điện áp Muốn vậy hai dây quấn phải có số vòng dây như nhau Thường người ta qui đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn

sơ cấp, nghĩa là coi dây quấn thứ cấp có số vòng dây bằng số vòng dây của dây quấn sơ cấp Việc qui đổi chỉ để thuận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán mba,

vì vậy yêu cầu của việc qui đổi là quá trình vật lý và năng lượng xảy ra trong máy mba trước và sau khi qui đổi là không đổi

3.2.1 Qui đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp

Nhân phương trình (3.15b) với k, ta có:

k

I)Zk(k

I)Zk(EkU

/I

I'2 &2

& =

2 2 '

2 k Z

Z = r =2' k2r2 x ='2 k2x2

t 2 '

t k Z

Z = r =t' k2rt x ='t k2xtPhương trình (3.12b) viết lại thành:

(3.24) '

2

' t

' 2

' 2

' 2

'

U& = & − & = &

Trong đó: , , , , tương ứng là sđđ, điện áp, dòng điện, tổng trở dây quấn và tổng trở tải thứ cấp qui đổi về sơ cấp

' 2

E& '

2

U& ' 2

I& Z'2 Z't

Tóm lại mô hình toán mba sau khi qui đổi là :

(3.25a)

1 1 1

U& = & + &

(3.25b) 2

' t

' 2

' 2

' 2

'

U& = & − & = &

)I(I

I1 &0 &'2

3.2.2 Mạch điện thay thế chính xác của MBA

Dựa vào hệ phương trình qui đổi (3.25a,b,c) ta suy ra một mạch điện tương ứng gọi là mạch điện thay thế của MBA như trình bày trên hình 3.3

Xét phương trình (3.23a), vế phải phương trình có Z1I& là điện áp rơi trên tổng trở 1dây quấn sơ cấp Z1 và −E&1 là điện áp rơi trên tổng trở Zm, đặc trưng cho từ thông chính và tổn hao sắt từ Từ thông chính do dòng điện không tải sinh ra, do đó ta có thể viết :

0 0

E& = m + m & = m&

trong đó: Zm = rm + jxm là tổng trở từ hóa đặc trưng cho mạch từ

• rm là điện trở từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt từ

• xm là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính Φ

Hình 3-3 Mạch điện thay thế của MBA một pha hai dây quấn

−+

3.2.3 Mạch điện thay thế gần đúng của MBA

Trên thực tế thường tổng trở nhánh từ hóa rất lớn (Zm >> Z1 và Z’2), do đó trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua nhánh từ hóa (Zm = ∞ ) và thành lập lại sơ đồ thay thế gần đúng trình bày trên hình 3.3a

Khi bỏ qua tổng trở nhánh từ hóa, ta có:

Zn = Z1 + Z’2 = rn + jxn (3.28) Trong đó Zn = rn + jxn là tổng trở ngắn mạch của mba; rn = r1 + r’2 là điện trở ngắn mạch của mba; xn = x1 + x’2 là điện kháng ngắn mạch của mba

Trong MBA thường rn << xn, nên có thể bỏ qua điện trở ngắn mạch (rn = 0) Trong trường hợp này mạch điện thay thế MBA trình bày trên hình 3.3b

Hình 3-3 Mạch điện tương đương gần đúng của MBA một pha hai dây quấn

U&

−

' 2

U&

−

' 2

I&

Z’t

3.3 ĐỒ THỊ VECTƠ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Vẽ đồ thị vectơ của mba nhằm mục đích thấy rõ quan hệ về trị số và góc lệch pha giữa các đại lượng vật lý , , , trong MBA, đồng thời để thấy rõ được sự thay đổi các đại lượng vật lý đó ở các chế độ làm việc khác nhau

Φ& U & I&

Hình 3-4 Đồ thị vector của máy biến áp

a, Tải tính cảm; b Tải tính dung

1I&

' 2I&

' 2I&

U& r &1I1

φ&

0I&

1I&

' 2I&

' 2I&

+ Đặt vectơ từ thông Φ&mtheo chiều dương trục hoành trục hoành

+ Vẽ vectơ dòng điện không tải I&0,vượt trước Φ&m một góc α

+ Vẽ các vectơ sđđ E&1và ' 1do sinh ra, chậm sau nó một góc 90

+ Do tải có tính điện cảm nên dòng điện I&'2 chậm sau E&'2một góc ψ2

t

' 2

' t

' 2 2

rr

xxarctg

+ Vẽ các vectơ khác dựa vào các phương trình cân bằng (3.25a,b)

Đồ thị vectơ mba khi phụ tải có tính dung vẽ tương tự, nhưng dòng điện vượt trước một góc ψ

' 2I&'

2

Đồ thị vectơ đơn giản mba

Hình 3-5 Đồ thị vectơ đơn giản mba

Trong sơ đồ thay thế gần đúng (hình

3-3a), ta cho là dòng điện &Io =0, nên : &I1 I&2

Phương trình cân bằng điện áp :

U1 U'2 I1Zn (3.30)

Ta vẽ được đồ thị vector tương ứng khi

phụ tải có tính cảm như hình 3.5

3.4 XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Các tham số của MBA có thể xác định bằng thí nghiệm hoặc bằng tính toán

3.4.1 Xác định các tham số bằng thí nghiệm

Hai thí nghiệm dùng để xác định các tham số là thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch

1 Thí nghiệm không tải mba

Chế độ không tải mba là chế độ mà thứ cấp hở mạch (I2 = 0), còn sơ cấp được cung cấp bởi một điện áp U1 Trên hình 3.6 là mạch điện thay thế máy biến áp khi không tải

Hình 3-7 Sơ đồ thí nghiệm không tải

V

Khi không tải (hinh 3.6) dòng điện thứ cấp I2 = 0, ta có phương trình là:

(3.31a)

1 0 1

U& =−& +&

hoặc U&1 =&I0(Z1+Zm)=I&0Z0 (3.31b) trong đó: Z0 = Z1 + Zm = ro + jxo là tổng trở không của tải mba;

ro = r1 + rm là điện trở không của tải mba;

xo = x1 + xm là điện kháng không của tải mba;

Để xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ trong lõi thép pFe, và các thông số của mba ở chế độ không tải, ta thí nghiệm không tải Sơ đồ nối dây để thí nghiệm không tải như trên hình 3.7 Đặt điện áp U1 = U1đm vào dây quấn sơ cấp, thứ cấp hở mạch, các dụng cụ đo cho ta các số liệu sau: oát kế W đo được P0 là công suất không tải; Ampe kế đo I0 là dòng điện không tải; còn vôn kế nối phía sơ cấp và thứ cấp lần lược đo U1đm và U20 là điện áp sơ cấp và thứ cấp

Từ các số liệu đo được, ta tính :

a) Tỉ số biến áp k:

' 2

EN

N

b) Dòng điện không tải phần trăm

%10

%1100I

I

%i

dm 1

I

Pr

2 0 m

Vì điện áp đặt vào dây quấn sơ không đổi, nên Φ, do đó B cũng không đổi, nghĩa là tổn hao sắt, tức tổn hao không tải không đổi

e) Hệ số công suất không tải

0 dm 1

0 0

IU

2 Thí nghiệm ngắn mạch mba

Chế độ ngắn mạch mba là chế độ mà phía thứ cấp bị nối tắt, sơ cấp đặt vào một điện áp U1 Trong vận hành, nhiều nguyên nhân làm máy biến áp bị ngắn mạch như hai dây dẫn phía thứ cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhau bằng tổng trở rất nhỏ Đấy là tình trạng ngắn mạch sự cố, cần tránh

Hình 3.8 Mạch điện thay

thế m.b.a khi ngắn mạch

A

W A

Hình 3.9 Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch

U1

Khi m.b.a ngắn mạch U2 = 0, mạch điện thay thế m.b.a vẽ trên hình 3.8 Dòng điện sơ cấp là dòng điện ngắn mạch In

Phương trình điện áp của mba ngắn mạch:

U&1 =I&n rn + jxn &In =I&nZn (3.41)

Từ phương trình (3.41), ta có dòng điện ngắn mạch khi U1 = Uđm:

n

đm n

100I

100100U

Iz

I100

100I

Iz

UI

n đm

đm

đm n đm

đm

đm n

đm n

Tiến hành thí nghiệm NM như sau: Dây quấn thứ cấp nối ngắn mạch, dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp Ta điều chỉnh điện áp vào dây quấn sơ cấp sao cho dòng điện trong các dây quấn bằng định mức Điện áp đó gọi là điện áp ngắn mạch Un Lúc đó các dụng cụ đo cho ta các số liệu sau: Vôn kế chỉ Un là điện áp ngắn mạch; oát kế chỉ Pn là tổn hao ngắn mạch; Ampe kế chỉ I1đmvà I2đm là dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức Từ các số liệu đo được, ta tính :

a) Tổn hao ngắn mạch

Lúc thí nghiệm ngắn mạch, điện áp ngắn mạch Un nhỏ (un = 4-15%Uđm) nên từ thông Φ nhỏ, có thể bỏ qua tổn hao sắt từ Công suất đo được trong thí nghiệm ngắn mạch Pn là :

Pn = rnIn2 = r1I21đm + r2I22đm (3.44) Như vậy tổn hao ngắn mạch chính là tổn hao đồng trên hai dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp khi tải định mức

b) Tổng trở, điện trở và điện kháng ngắn mạch

+ Tổng trở ngắn mạch:

đm 1

n

I

U

(3.45) + Điện trở ngắn mạch:

k

r ; x2 = 2

' 2

n n

Z

rI

Điện áp ngắn mạch phần trăm:

U

U

%100U

IZ

1

n 1

1 n

đm đm

Điện áp ngắn mạch Un gồm hai thành phần: Thành phần trên điện trở rn, gọi là điện áp ngắn mạch tác dụng Unr, Thành phần trên điện kháng xn, gọi là điện áp ngắn mạch phản kháng Unx

+ Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm:

đm 1

nr

đm 1

đm 1 n

cos

%u

%100U

U

%100U

Ir

nx

đm 1

đm 1 n

sin

%u

%100U

U

%100U

Ix

)W(P100

I

IU

rI100U

U

%u

Fe m

3 , 1

g

2 g t

2 t 50 / 1

1

0 x

mU

SnqGqGqmU

r

1

1 tb 1 75 r

S

lNk

r

2

2 tb 2 75 r

2 2

2

1 1

N

N(r

kr : hệ số làm tăng tổn hao do từ trường tản

ρ75 : điện trở suất của dây dẫn làm dây quấn

Việc xác định x1 và x2 liên quan đến việc xác định sự phấn bố từ trường tản của từng dây quấn Ở dây ta xác định x1 và x2 gần đúng với giả thiết đơn giản Xét cho trường hợp dây quấn hình trụ (hình 3-8) Chiều dài tính toán của dây quấn lσ lớn hơn chiều dài thực l của dây quấn một ít :

Rk

H

1 1 1

1 σ =∑ =

a

xl

iNH

1

1 1

σ

= Trong phạm vi a2 ( a1+ a12 ≤ x ≤ a1 + a12 + a2 ) :

,a

)aa(xiNiNil

H

2

12 1 2

2 1 1

a

aaxi

2

12 1 1

iNH

2

2 12 1 1 1 3

−++

định x1+ x2 với qui ước biên giới phân chia từ trường tản của hai ống dây sơ cấp và thứ cấp là đường ở giữa khe hở a12

Gọi Dtb là đường kính trung bình của cả hai dây quấn và bỏ qua sự thay đổi đường kính theo chiều x thì vi phân từ thông cách x một khoảng trong phạm vi a1 :

dΦ1 =μoH 1πDtbdx

móc vòng với số vòng dây :

1 1

dΦ2 =μo 2π tb Từ thông móc vòng với toàn bộ dây quấn 1 là :

dxDl

iNNdx

Da

xl

iNN

a

x

tb 2

a a

a

1 1 o 1 tb

1

a

0

1 1 o 1 1 1

12 1

1

1

πμ

+π

2

a3

a(l

Di

a3

a(l

Di

o '

1 n

if2'xx

3

aaa(l

kDiNf

2 1

μπ

Ta thấy xn phụ thuộc vào kích thước hình học của các dây quấn a1, a2 , a12 và l Kích thước này được chọn sao cho giá thành của máy là thấp nhất

]R R^

Đại Học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện - Nhóm Chuyên môn Điện Công Nghiệp

Giáo trình MÁY ĐIỆN 1

Biên soạn: Bùi Tấn Lợi

Chương 4

M.B.A LÀM VIỆC Ở TẢI ĐỐI XỨNG

Trong điều kiện làm việc bình thường của lưới điện, ta có thể phân phối đều phụ tải cho ba pha, lúc đó m.b.a làm việc với điện áp đối xứng và dòng điện trong các pha cũng đối xứng Ta xét sự cân bằng năng lượng và sự làm việc của mba trong điều kiện điện áp sơ cấp U1 = const, và tần số f = const

4.1 GỈAN ĐỒ NĂNG LƯỢNG CỦA M.B.A

Trong quá trình truyền tải năng lượng qua MBA, một phần công suất tác dụng và phản kháng bị tiêu hao trong máy Xét mba làm việc ở tải đối xứng, sự cân bằng năng lượng dựa trên sơ đồ thay thế chính xác hình 4.1

Một phần công suất này bù vào :

• Tổn hao đồng trên điện trở của dây quấn sơ: pcu1= m1r1I2

1

• Tổn hao sắt trong lõi thép mba : pFe = m1rmIo2

Công suất còn lại gọi là công suất điện từ chuyển sang dây quấn thứ cấp:

Pđt = P1 - (pcu1 + pFe ) = m2E2I2cosΨ2 (4.2)

Công suất ở đầu ra P2 cuả mba sẽ nhỏ hơn công suất điện từ một lượng chính bằng tổn hao đồng trên điện trở của dây quấn thứ : pcu2= m2r2I2

2 =m1r’

2I’2

2:

Cũng tương tự như vậy, ta có công suất phản kháng nhận vào dây quấn sơ cấp:

Trong đó q2= m2x2I2

2 để tạo ra từ trường tản ở dây quấn thứ

Tải có tính chất điện cảm (ϕ2 > 0) thì Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0 và công suất phản kháng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp

Tải có tính chất điện dung (ϕ2 < 0) thì Q2 < 0, nếu Q1 < 0, công suất phản kháng truyền từ dây quấn thứ sang dây quấn sơ hoặc Q1 > 0, toàn bộ công suất phản kháng từ phía thứ cấp và sơ cấp đều dùng để từ hoá MBA

Sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trình bày trên hình 4.2

4.2 ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP THỨ CẤP MBA

Độ thay đổi điện áp thứ cấp mba ΔU là

hiệu số số học giữa trị số điện áp thứ cấp lúc

không tải U20 (điều kiện U1ì = U1đm) và lúc có tải

' 20

20

2 20

U

UU

U

UU

=

−

=Δ

đm 1

' 2

đm 1

'

; 2 đm 1

U1U

U1U

UU

' 2

đm 2

2

I

II

I

=

=

cosϕ2: hệ số công suất của mba

đm 2

' 2

đm 1

' đm 2 n '

đm 1

' 2 n

UI

IU

IrU

Ir

* nx '

đm 2

' 2

đm 1

' đm 2 n

đm 1

' 2 n

UI

IU

IxU

Ix

Từ A hạ đường thẳng góc AP xuống 0U’2* và gọi AP = n và CP = m, ta có:

mn1

m2

n1U

2 '

2

nmU

1U

2 '

*

Tính m và n, ta được :

m = CK+KB = β(Unr*cosϕ2+Unx*sinϕ2)

n = AH-HP = β(Unx*cosϕ2-Unr*sinϕ2) Vậy ΔU*= β(Unr*cosϕ2+Unx*sinϕ2) + β2 (Unx*cosϕ2-Unr*sinϕ2)2/2

Số hạng sau rất nhỏ có thể bỏ qua nên:

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

hoặc ΔU*% = βun%(cosϕn.cosϕ2 + sinϕn.sinϕ2) (4.10)

β=1 ΔU%

ϕ2> 0

cosϕ2=0.8

cosϕ2=0.8β

(a)

Hình 4.4 cho biết các quan hệ ΔU = f(β) khi cosϕ2 = Cte và ΔU = f(cosϕ2) khi β = Cte

4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA M.B.A

Ta thấy ΔU=f(β,cosϕ2) như vậy U2 phụ thuộc vào β và cosϕ2, để giữ cho U2 = const khi tăng tải thì tỉ số biến áp k phải thay đổi, nghĩa là ta phải thay đổi số vòng dây N

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

4.3.1 Thay đổi số vòng dây khi máy ngừng làm việc:

Dùng cho các máy biến áp hạ áp khi điện áp thứ cấp thay đổi hoặc khi điều chỉnh điện áp theo đồ thị phụ tải 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: ±2x 2.5%Uđm Việc thực hiện đổi nối khi máy ngừng làm việc, nên thiết bị đổi nối đơn giản, rẻ tiền, đặt trong thùng dầu và tay quay đặt trên nắp thùng

Các đầu phân áp đưa ra cuối cuộn dây thì việc cách điện chúng dễ dàng hơn (hình 4.5a)

Các đầu phân áp đưa ra giữa cuộn dây thì lực điện từ đối xứng và từ trường tản phân bố sẽ đều (hình 4.5b)

Hình 4-5 Các kiểu điều chỉnh điện áp của mba

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

Trong hệ thống điện lực công suất lớn, nhiều khi cần phải điều chỉnh điện áp khi máy biến áp đang làm việc để phân phối lại công suất tác dụng và phản kháng giữa các phân đoạn của hệ thống Các MBA này có tên gọi là MBA điều chỉnh dưới tải Điện áp thường được điều chỉnh từng 1% trong phạm vi ± 10%Uđm

Hình 4-6 Thiết bị đổi nối và quá trình điều chỉnh điện áp của mba điều chỉnh dưới tải

Việc đổi nối các đầu phân áp trong MBA điều chỉnh dưới tải phức tạp hơn và phải có cuộn kháng K (hình 4.6) để hạn chế dòng điện ngắn mạch của bộ phận dây quấn bị nối ngắn mạch khi thao tác đổi nối Hình 4.6 cũng trình bày quá trình thao tác đổi nối từ đầu nhánh X1 sang đầu nhánh X2, trong đó T1, T2 là các tiếp xúc trược; C, C2 là công-tắc-tơ Ở vị trí (a và c) 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 mạch chạy qua K cùng chiều nên có từ thông φ và X lớn, làm giảm dòng ngắn mạch In

Công-tắc-tơ C1, C2 đặt riêng trong thùng dầu phụ gắn vào vách thùng dầu, vì quá trình đóng cắt công-tắc-tơ làm bẩn đầu

Trên hình 4.7 trình bày sơ đồ nguyên lý của bộ điều áp dưới tải dùng điện trở

R Điện trở R làm chức năng hạn chế dòng điện ngắn mạch Còn hinh 4.8 cho ta

thấy việc bố trí bộ điều áp dưới tải trong thùng mba

R

A

X

4.4 HIỆU SUẤT CỦA M.B.A

Hiệu suất của mba là tỉ số giữa công suất đầu ra P2 và công suất đầu vào P1:

100P

Hình 4-8 Vị trí bộ điều áp dưới tải trong thùng MBA

Hiệu suất mba nhỏ hơn 1 vì quá trình truyền tải công suất qua mba có tổn hao đồng và tổn hao sắt Ngoài ra còn kể đến tổn hao do dòng điện xoáy trên vách

thùng dầu và bu lông lắp ghép

Như vậy biểu thức (4.11), có thể viết lại :

100)pP

p1

' 2 2 ' dm 2 n 2 ' 2 n 2 ' 2

' 2

2 1

I

I ( I r I r I r I

đm 2

2 đm 2 đm

I

II

≈Thế vào (4.12), ta có :

cosS

PP

1(

%

n

2 0 2 đm

n

2 0

β++ϕβ

β+

Ta thấy η = f(β,cosϕ2), cho cosϕ2 =

const, ta tìm hiệu suất cực đại ηmax : η

β.95

0.5

1

cosϕ2=0.8 cosϕ2=1

Hình 4-9 Quan hệ η=f(β)⏐

.9

0 n

2 maxP P0

d

d

=β

→

=βη

n

0 max

P

P

=β

Hiệu suất m.b.a đạt giá trị cực đại

khi tổn hao không đổi bằng tổn hao biến

đổi hay tổn hao sắt bằng tổn hao đồng

25.02,0P

P

n

⇒βmax =0.45→0.5Trên hình 4.9 trình bày quan hệ hiệu suất η = f(β) khi cosϕ2 = const

4.5 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG

• Lý do nối mba làm việc song song:

1 Cung cấp điện liên tục cho các phụ tải

2 Vận hành các mba một cách kinh tế nhất

3 Máy quá lớn thì việc chế tạo 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 tải

• Điều kiện để nối mba làm việc song song:

1 Cùng tỉ số biến áp

2 Cùng tổ nối dây

3 Cùng điện áp ngắn mạch

4.5.1 Điều kiện cùng tổ nối dây :

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

VÍDỤ 4.1

Nối hai mba: Máy thứ nhất I nối Y/Δ-11 và máy thứ hai II nối Y/Y-12 làm việc song song Vậy điện áp thứ cấp hai máy sẽ lệc pha nhau một góc 300, trong mạch nối liền dây quấn thứ sẽ xuất hiện một sđđ:

ΔE = 2Esin150 = 0.518E Khi máy không tải, trong đây quấn sẽ có dòng điện cân bằng :

nII nI

cb

ZZ

EI

518 0

Hình 4-11 Đồ thị vectơ điện áp và dòng điện của các mba có tổ nối dây khác nhau làm việc song song

Hình 4-10 Sơ đồ ghép song song mba

4.5.2 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 lại thỏa mãn thì khi mba làm việc song song, điện áp thứ cấp không tải sẽ bằng nhau (E2I =

E2II ), trong mạch nối liền dây quấn thứ của mba sẽ không có dòng điện chạy qua Giả thử kI ≠ kII thì E2I ≠ E2II và khi không tải, trong mạch nối liền quấn thứ của mba sẽ có dòng điện Icb chạy qua được sinh ra bởi điện áp :

II 2 I

cb

ZZ

EI

+

Δ

=

Dòng điện nầy sẽ chạy trong dây quấn mba theo hai chiều ngược nhau và chậm pha một góc 900 vì r << x Lúc nầy điện áp rơi trên dây quấn sẽ bù trừ với sđđ, kết quả là trên mạch thứ có điện áp thống nhất U2

Kết quả khi mba mang tải, dòng điện tải 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, ảnh hưởng tới sự lợi dụng công suất của chúng

Chú ý : Cho phép K ≤ khác nhau 0.5% so với trị số trung bình của nó

4.5.3 Điều kiện điện áp ngắn mạch bằng nhau:

Trị số ngắn mạch của các máy bằng

nhau thì phụ tải sẽ phân bố tỉ lệ với công

suất của chúng Thật vậy, xét ba mba làm

việc song song có điện áp ngắn mạch unI,

unII, unIII.Nếu bỏ qua dòng điện từ hoá thì

mạch điện có dạng như hình 4- 12

Tổng trở tương đương mạch điện :

∑

=+

+

=

ni nIII

11

1Z

Điện áp rơi trên mạch tương đương:

I.ZUU

U& = & − & ' = &

việc song song với K khác nhau a/ Khi không tải b/ Khi có tải

Hình 4-12 Mạch điện thay thế của mba làm việc song song

1

-' 2

I&

−

ΔU

=

=

ni nI

nI I

ZZ

IZ

I.ZI

nII II

ZZ

IZ

I.ZI

nIII III

ZZ

IZ

I.ZI

I

Uu

z =Từ dòng mba I, ta có :

nI I

u

II

đm đm

đm

IU

US

ni

đmi nI

I

u

Su

ni

đmi nII

II

u

Su

ni

đmi nIII

III

u

Su

nII

u

1:

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

VÍ DỤ 4.2

Cho ba MBA có cùng tổ nối dây quấn và tỉ số biến đổi với các số liệu sau : SđmI = 180kVA, SđmII = 240kVA, SđmIII = 320kVA; unI% = 5,4, unII% = 6,0, unIII% = 6,6 Hãy xác định tải của mỗi MBA khi tải chung của các MBA bằng tổng công suất của chúng và tính xem tải tối đa của các MBA để không MBA nào bị quá tải ?

Giải

Tổng công suất của ba máy :

S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA Hệ số tải của các máy :

)6,6

3206

2404

,5

180(4,5

740u

SuS

ni

đmi nI

++

3206

2404

,5

180(6

740u

Su

S

ni

đmi nII

++

3206

2404

,5

180(6,6

740u

Su

S

ni

đmi nIII

++

SIII = βIII.SđmIII = 0,92 x 320 = 294,5 kVA

Ta thấy MBA I có un nhỏ nhất bị quá tải nhiều, trong khi đó MBA III có un lớn bị hụt tải Tải tổng tối đa để không MBA nào bị quá tải ứng βI = 1 Lúc đó ta có :

1)6,6

3206

2404

,5

180(4,5

Su

SuS

ni

đmi nI

++

740 - 658 = 82 kVA

] R R ^

Đại Học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện - Nhóm Chuyên môn Điện Công Nghiệp

Giáo trình MÁY ĐIỆN 1

Biên soạn: Bùi Tấn Lợi

+ 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 trạng làm việc không đối xứng của mba ta dùng phương pháp pháp phân lượng đối xứng Hệ thống dòng điện không đối xứng của mba , , được phân tích thành ba hệ thống dòng điện đối xứng:

a

I& I&b I&c

+ Thứ tự thuận: I&a1,I&b1,I&c1

+ Thứ tự ngược: I&a2,I&b2,I&c2

+ Thứ tự không: I&a0,I&b0, I&c0

và quan hệ giữa chúng ta đã học ở phần “lý thuyết mạch điện” như sau :

0 2

2 0 2

2 1 0 2

2 2

1 1

1 1 1

a a a

c b a

I I I

a a

a a I

I I

a a a

I I I

a a

a a I

I I

2 1 0

1 1

1 1 1 3 1

Trong đó: a =ej120 , a =2 ej240 và 1 + a + a2 = 0

Chú ý :

• Khi tải mba không đối xứng, bao gời 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 thời gian nên chỉ tồn tại khi mba nối

5.2 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ TỔNG TRỞ CỦA MBA

ĐỐI VỚI CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG

+ Đối với hệ thống dòng điện thứ tự thuận : Hệ thống dòng điện nầy đối xứng

nên mạch điện thay thế và các tham số của mba như đã xét ở chương 3

IB0

IC03IA0

IB0

IC0 3IA0

Ib0

Ic0 3IA0

Ib0

Ic0 A

C B

+ Đối với hệ thống dòng điện thứ tự ngược : dòng nầy có tác dụng hoàn toàn

giống dòng điện thứ tự thuận vì nếu đổi 2 trong ba pha phía sơ và phía thứ thì hiện tượng trong mba không có gì thay đổi nên mạch điện thay thế và các tham số của mba không khác gì so với dòng điện thứ tự thuận

+ 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 Φt 0 trùng pha về thời gian

• Tổ mba 3 pha: Từ thông Φt 0 khép mạch qua lõi thép nên dòng Ia0 = Ib0 =

Ic0 dù nhỏ cũng đủ sinh ra Φt 0 lớn vì từ trở thép nhỏ

• Mba 3 pha ba trụ: Φt 0 khép mạch qua vật liệu không phải sắt từ nên Φtonhỏ hơn trên

Từ thông Φt0 sinh ra trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sđđ tự cảm và hỗ cảm và ta thành lập sơ đồ thay thế hình T tương tự như đối với trường hợp dòng điện thứ tự thuận Xét trường hợp có dòng điện thứ tự không như sau :

Dòng thứ tự không tồn tại ở cả dây quấn sơ cấp và thứ cấp nên mạch điện thay thế đối với phân lượng thứ tự không không có gì khác dạng mạch điện thay thế của phân lượng thứ tự thuận

3IA0 0

Sơ cấp không có dây trung tính nên I&A0 = 0 và phía nầy xem như hở mạch

* Ta thấy ở các mạch điện thay thế trên:

+ Z1 = r1+ jx1 và Z2 = r2+ jx2 : như tổng trở thứ tự thuận và ngược

+ Zm0 : tổng trở từ hóa thứ tự không phụ thuộc vào cấu tạo mạch từ:

_ Mạch từ tổ mba 3 pha: Zm0 = Zm _ Mạch từ mba 3 pha ba trụ: Zm0 nhỏ (thường Zm0 = (7-15)Zn)

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

0 0

+ Khi mba nối Y0/Y0 hoặc Y0/Δ : cả sơ cấp và thứ cấp đều có dòng TT K nên dòngI &A0 ≈ − I &a0 vậy I&m0 để sinh ra Φt0 rất nhỏ Trong trường hợp nầy Zm0= 0 và Zn = Z1 + Z2

Xác định tổng trơ thứ tự khôngZ t0 bằng thí nghiệm :

T: mở, 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:

I 3

U

2 0 t

I3

P

2 0 t

2 to 0

5.3 TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MBA

5.3.1 Khi có dòng điện thứ tự không:

1 Trường hợp dây quấn nối Y/Y 0 :

Khi tải không đối xứng ta có:

Phân tích dòng điện phía sơ cấp và thứ cấp thành các thành phần, ta có:

+ Các dòng điện từ hóa TT thuận và ngược I&m1,I&m2của các pha sẽ sinh ra các sđđ E &A, E &B, E &C

+ Còn dòng điện từ hóa TT không Ia0 = Ib0 = Ic0= Id/3 tồn tại ở phía thứ cấp không được cân bằng vì Ia0=Ib0=Ic0 = 0 sẽ sinh ra Φt 0 và sđđ Em0 tương đối lớn

Phương trình cân bằng điện áp phía sơ cấp là:

0 m A 1 A

(5.9)

0 m B 1 B

0 m C 1 C

do E &A + E &B + E &C = 0 và I&A +I&B +I&C =0 nên:

(5.10)

0 m 0 m 0 m C

B

U& + & + & =− & = &

Khi dây quấn nối Y, ta có:

B A

U& = & − &

C B

A C

Tính:

) U U ( ) U U ( U

A C

' A

U &

' B

U &

mo

aoZI&

' C

Hình 5-4 Điện áp không đối xứng

do điểm trung tính bị xê dịch

=3I&m0Zm0−3U&A =3I&A0Zm0 −U&A)

Vậy:

0 m 0 a

' A 0 m 0 a CA AB

3

UU

U& = & − & +& = & +&

0 m 0

' B 0 m 0 AB BC

3

UU

U& = & − & +& = & +& (5.12)

mo co

' C mo co BC CA

3

UU

U& = & − & +& = & +&

Từ đồ thị vectơ hình 5.4 ta thấy : Aính hưởng của dòng điện thứ tự không làm cho điểm trung tính của điện áp sơ cấp bị lệch đi một khoảng bằng IaoZmo

Phương trình cân bằng điện áp phía thứ cấp là:

2 a 1 A A

U& = & −& +&

− =U& 'A +Zmo&IAo− I&A1+I&A2)Z1+ I&a1+I&a2 +&Iao)Z2

Vì I &A1= − I &a1 ; I &A2 = − I &a2 và Zmo + Zo = Zto , cho nên :

to ao n A

' A

' B

U& = & −& +&

to co n C

' C

mo

ao Z

Như vậy : sự xê dịch điểm trung tính làm :

• Điện áp pha không đối xứng → bất lợi cho tải dùng điện áp pha

Để hạn chế xê dịch điểm trung tính, qui định :

• Dòng trong dây trung tíng Id < 0,25Iđm

• Với tổ mba ba pha không nối Y/Yo vì Zmo quá lớn

• Còn mba ba pha ba trụ nối Y/Y với Sđm < 6000kVA

2 Trường hợp dây quấn nối Y 0 /Y 0 và Y 0 /Δ:

Trong trường hợp nầy dòng điệnh thứ tự không tồn tại cả hai phía sơ và thứ và cân bằng nhau nên không sinh ra từ thông Φto và như vậy phương trình điện áp thứ cấp sẽ như sau:

to

E

n A

' A

U& = & −&

−

n B

' B

U& = & −&

n C

' C

Điểm trung tính sẽ bị lệch một khoảng IaoZn IdZn

3

1

không đáng kể vì Zn rất nhỏ

5.3.2 Khi không có dòng điện thứ tự không:

Trường hợp này ứng với các tổ nối dây : Y/Y ; Δ/Y ; Y/Δ ; Δ/Δ Vì không có dòng điện thứ tự không, hơn nữa các dòng điện thứ tự thuận và ngược phía sơ cấp và thứ cấp cân bằng nhau nên không cần thiết phải phân tích thành phân lượng đối xứng mà chỉ cần dùng phương pháp thông thường để phân tích điện áp từng pha

Chú ý : Khi tải không đối xứng, điện áp ΔU ở pha không bằng nhau, nhưng vì

Zn nhỏ nên sự không cân bằng về điện áp pha và dây là không nghiêm trọng Trên thực tế, nếu tải không đối xứng với mức phân lượng thứ tự ngược và thứ tự thuận không quá 5% thì điện áp được xem như đối xứng

5.4 NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MBA

Ngắn mạch không đối xứng xảy ra khi do sự cố ở phía thứ cấp một pha bị nối tắt với dây trung tính, hai pha nối tắt nhau hoặc hai pha nối với dây trung tính Những trường hợp kể trên có thể xem như là những trường hợp giới hạn của tải không đối xứng Để phân tích các trường hợp ngắn mạch không đối xứng, ta cũng áp dụng phương pháp phân lượng đối xứng nói ở trên

Hình 5.5 trình bày kết quả phân tích về sự phân phối dòng điện giữa các pha của một số trường hợp ngắn mạch khi không có dòng điện thứ tự không (hình 5.5a,b,c) và khi có dòng điện thứ tự không (hình 5.5d,e)