Bài giảng máy điện I - Phần 2 Máy biến áp - Chương 3 doc

Khi đó có thể xem như từ thông tản tỷ lệvới dòng điện sinh ra nó thông qua hệ số điện cảm tản L1 và L2... Để m = const thìsức từ động khi không tải sinh ra m phải bằng tổng sức từ độ

CHƯƠNG 3: CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY

 3.1: CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN

 3.2: MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP

 3.3: ĐỒ THỊ VÉC TƠ CỦA MÁY BIẾN ÁP

 3.4: XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP

 3.5: ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP - ĐẶC TÍNH

NGOÀI CỦA MÁY BIẾN ÁP

 3.6: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG

MÁY BIẾN ÁP

 3.7: GHÉP MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG

và móc vòng với cả 2 dây quấn , sinh ra

trong 2 dây quấn các sức điện động

chính:

dt

dWdt

Wdt

W dt

d

e2   2   2 2 (3.4)

Với 1  W1.1

2 2



Do các từ trường tản chỉ khép kín qua môi trường phi từ tính

có độ từ thẩm  = const Khi đó có thể xem như từ thông tản tỷ lệvới dòng điện sinh ra nó thông qua hệ số điện cảm tản L1 và L2

L

E1  1 1m 

E    



2 2

1

1 1

1 1

1 1 1

1 1

1

ZIE

U

)rjx

(IE

rIx

IjE

2

2 2

2 2

2 2 2

2 2

2

Z I E

U

) r jx

( I E

r I x

I j E

L2 2m 

Với E2 =

2.Phương trình cân bằng sức từ động:

Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp thì ta có:

U1 = E1 = 4,44W1fm Nhưng U1 = Uđm = const dù máy biến ápkhông tải hay có tải nên m = const và E1 = const Để m = const thìsức từ động khi không tải sinh ra m phải bằng tổng sức từ động sơcấp và thứ cấp khi có tải để tổng sức từ động đó cũng sinh ra  = m

Ta có phương trình cân bằng sức từ động của máy biến áp:

2 2

W

W I

) I ( I

0 1

W

W I

 3.2: MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP

1 Quy đổi máy biến áp:

a) Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi E'2 , : U'2

Ta có: = W1 và E1 = Mặt khác:

 = k.E2 Với k là hệ số quy đổi của máy biến áp

Tương tự: = k.U2

k W

W E

E hay W

W E

2 2

1 2

1

' 2

' 2

E

' 2

U

b) Dòng điện thứ cấp quy đổi I'2 :

E2.I2 = E'2 I'2 2 2

' 2

2 '

k

1 I

2

' 2

2

' 2

' 2

2

' 2 2

2

I

I r

r I r

t k Z

Z 

d) Hệ phương trình cơ bản sau quy đổi:

1 1 1

' ' '

'

Z I E

) I ( I

Z

' 2

3 Mạch điện thay thế đơn giản của máy biến áp:

Thực tế thường Zm >> Z1 vàZ'2 nên ta coi Zm =   I0  0 I1 =  I'2

rn xn

' t

Z

' 2

' 2 1

n n

Zn là tổng trở ngắn mạch của máy biến áp

' 2

1

1 x I

j 

1

U 

' 2

U 

2



' 2

I

' 2

'

2 x I

j 

 E  1 E  '2

' 2

'

2 r I



Khi phụ tải đối xứng điện áp đặt vào dây

quấn sơ cấp U1 = const và f = const Dựa

vào hệ phương trình của máy biến áp khi có

tải:

 3.3: ĐỒ THỊ VÉC TƠ CỦA MÁY BIẾN ÁP

1 1 1

1 E I Z

U     

' 2

' 2

' 2

'

2 E I Z

U     

) I ( I

I1 0 '2

   

' 2

I E  '2

' 2

' t

' 2

' t 2

rr

x

xartg

' 2

j 

1

U 

' 2

U 

2



' 2

I

' 2

'

2 x I

j 



' 2

E   

' 2

'

2 r I



1

2

2 Khi tải có tính dung (RC):

Vì tải có tính dung nên vượt

trước 1 góc

' 2

I

' 2

E 

' 2

' t

' 2

' t 2

rr

x

xartg

E 

' 2

U 

* Tương ứng với mạch điện thay thế đơn giản ( = 0) ta có

đồ thị véc tơ đơn giản Khi đó:

) jx r

( I U

Z I U

j 

n

1 r I

' 2

U 

 '

' 2

1 I

  

RC: 1 < 2RL: 1 > 2

n

1xI

j 

1 Phương pháp xác định tham số bằng thực nghiệm:

a) Thí nghiệm không tải:

 3.4: XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Sơ đồ thí nghiệm không tải của máy biến áp 1 pha:

Ta có:

Tỷ số máy biến áp:

20

1 2

1

U

U W

W

0

1 0

I

U

Z 

2 0

0 0

I

P

r 

2 0

2 0



0 1

0 0

IUPcos 

Sơ đồ thí nghiệm không tải của máy biến áp 3 pha:

A

V W

Với máy biến áp 3 pha đấu Y/Y:

d 0

d 0 f

0

f

0 0

I 3

U I

U

2 d 0

0 0

I.3

P

r 

2 0

2 0

d 0 f

0

f

0 0

I

U.3I

U

2 d 0

0 2

f 0

0 0

I

PI

.3

P

2 0

2 0

0

I U 3

P

Tỷ số máy biến áp: k =

2 f

1 f

UU

Bằng thí nghiệm không tải ta xác định được các tham số

của giản đồ thay thế khi máy biến áp không tải: r1 x1

Khi máy biến áp không tải thì = 0 do đó các

tham số không tải: Z0 = Z1 + Zm

U      

1

' 2

j 

1

0 r I

b) Thí nghiệm ngắn mạch:

W A

I

U

Z 

2 n

2 n



2 n

n n

I.3

U

Z 

2 nd

n n

I.3

P

r 

2 n

2 n

I

U

3

Z 

2 nd

n n

I

P

r 

2 n

2 n

n Z r



1 1 1

n n

' 2 1

2 n 1

' 2

2 ' n 2 1

2 n 1 2

cu 1

cu n

r I )

r r

( I

r I r

I p

p P

' '

Z I x

x j r

( I Z

I Z

I

U1   '2 '2  1 1  1 1  '2

A

n0

n dm

nr I r

U  

n dm

nx j I x

U   

n dm

' 2

dm x I

j 

1 dm

' 2

dm r I

Z

I 100

U

U

% u

dm

n dm dm

r

I 100

U

U

U

% u

dm

n dm dm

nx

1 Độ thay đổi điện áp:

3.5: ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP - ĐẶC TÍNH NGOÀI

CỦA MÁY BIẾN ÁP

Hiệu số số học giữa các trị số của điện áp thứ cấp lúc không tải U20

và lúc có tải U2 trong điều kiện U1đm không đổi gọi là độ thay đổiđiện áp U của máy biến áp

Trong hệ đơn vị tương đối:

' 2 dm

1

' 2 dm

1 '

20

' 2

' 20 20

2

U

U U

U

U U

U

U U

Trong đó:

dm 1

' 2 '

0 I‘2*

U ‘ 2*

U1*=1

P b a

I U

x I U

x I AB

.

U I

I U

r I U

r

I CB

* nx '

H 2

' 2 H

1

n

' H 2 H

1

n

' 2

* nr '

H 2

' 2 H

1

n

' H 2 dm

1

n

' 2

2 2

Thông thường số hạng thứ nhất của biêủ thức rất nhỏ có thể bỏqua và ta có: U*  .Unr*.cos2  Unx*.sin2  (3.26)

Nếu tính theo %: U*% .Unr*%.cos2  Unx*%.sin2  (3.27)

Trong biểu thức tính trên U*, Unr, Unx đã được xác định do cấu tạocủa MBA như vậy U chỉ phụ thuộc vào hệ số tải và tính chất củatải Đó là mối quan hệ: U = f() khi cos2 = const

U = f(cos2) khi  = const

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ đó được vẽ như sau:

Cos 2=0,7 Cos 2=1

Cos 2=0,7

1

 -2

1 0,4 0,8

2<0

2 Đặc tính ngoài của máy biến áp: U2 = f(I2) Khi U1 = const; cos2 = const; f = const

3 Điều chỉnh điện áp của máy biến áp:

Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp:

Un% = (5,5 15)% tuỳ theo điện áp:

Giá trị nhỏ ở máy biến áp có Uđm ≤ 3,5 KV

Giá trị lớn ở máy biến áp có Uđm > 500 KV

Thường I2 = I2đm, cos2 = 0,8, Un% = (5,5 15)%

Thì Uđm% = (5, 8)%Uđm

1 Các loại tổn hao và giản đồ năng lượng:

 3.6: GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

2 '

2 x I

2 Hiệu suất máy biến áp:

%

100P

%

100 P

p P

1 1

pP

p

p1

Fe cu

2

Fe cu

Lúc vận hành máy biến áp hiệu suất có

thể tính gián tiếp bằng cách xác định các

tổn hao ứng với tải đó căn cứ theo tổn hao

không tải P0 và tổn hao ngắn mạch Pn ghi

trong thuyết minh máy

%

100 P

P cos

S

P

P 1

%

n

2 0

2 dm

n

2 0

dm 2

2 2

dm 2 n

2 2 n

I

I.I

.rI

.r

Khi máy biến áp làm việc ở tải với I2 và cos2 ta có

công suất đầu ra: P2 = U2I2 cos2

đặt I2/I2đm =  Do U2 U20 và Sđm = U20.I2đm

→ P2 = .Sđm cos2

Mặt khác U1 = const → từ thông trong lõi thép

thay đổi rất ít theo tải nên tổn hao sắt xem như

không đổi : pFe = P0 Tổn hao đồng:

3 Điều kiện để vận hành song song máy biến áp:

Các máy biến áp có cùng tổ nối dây

Có cùng tỷ số biến đổi K

Có điện áp ngắn mạch như nhau

a) Điều kiện cùng tổ nối dây:

cbII

I

II 2

Xét 2 máy biến áp vận hành song song:

Máy I và máy II

Nếu chúng có cùng tổ nối dây thì điện áp

thứ cấp của chúng sẽ trùng pha nhau Nếu

tổ nối dây khác nhau thì giữa các điện áp

thứ cấp có sự lệch pha

b) Điều kiện có cùng tỷ số biến đổi K:

Giả sử K khác nhau  E2I  E2II Ngay khi không tải trong dâyquấn thứ cấp của các máy biến áp sẽ có dòng cân bằng do sự chênhlệch điện áp: E = E2I - E2II (hình a)

Khi có tải: dòng cân bằng sẽ cộng vào dòng điện tải làm cho hệ sốtải của các máy biến áp khác nhau  ảnh hưởng xấu đến việc lợidụng công suất các máy (hình b)

2

U

' II 2

2

U

nI cbI Z I

I 2

E 

nII cbII Z I

II 2

c) Điều kiện có cùng trị số điện áp ngắn mạch:

1 1

Điện áp rơi trên mạch điện:

I Z U

nI nI

' I

Z

Z

I Z

I Z Z

U I

nII nII

' II

Z

Z

I Z

I Z Z

U I

I2





' II



' II 2 I

Thực tế nI nII nên khi tính toán có thể thay

thế các số phức bằng mô đun của chúng

' I

U

I I

dmI dmI

dmI

I U

U S

II

U

S

U

S

nII

nI : U U

1

1

 I : II = Tính tương tự :

I

U

S

ni

dmi dmI

nI

dmI dmI

' I

U

S

U

S

U

I U U

U I I

I2

Ta được: