Chương 5 CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT Giới thiệu chung về máy biến áp: Chương này trình bày về các loại máy biến áp đặc biệt MBAĐB, các loại máy biến áp này không chỉ chuyển đổi năng l
Trang 1Chương 5 CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT Giới thiệu chung về máy biến áp:
Chương này trình bày về các loại máy biến áp đặc biệt (MBAĐB), các loại máy biến áp này không chỉ chuyển đổi năng lượng điện như các loại máy biến áp thông thường mà còn biến đổi các thông số của năng lượng điện mà chúng chuyển đổi Các thông số đó là: tần số, số pha hay dạng sóng điện áp Ngoài ra, chúng còn đáp ứng một số yêu cầu đặc biệt như: điều chỉnh điện áp một cách liên tục, tạo ra nguồn cung cấp có điện áp cao, cách ly thứ cấp của máy biến áp với tải trở kháng, cung cấp điện áp phía thứ cấp hoặc dòng điện phía thứ cấp cân xứng với điện áp hoặc dòng điện phía sơ cấp
Các loại MBAĐB này thường được ứng dụng trong các thiết bị đo lường và điều khiển tự động Trong đo lường chúng có nhiệm vụ biến đổi giá trị điện áp hoặc dòng điện phía sơ cấp thành giá trị điện áp hoặc dòng điện mà các thiết bị đo có thể chịu đựng được với một tỹ lệ chính xác Trong điều khiển tự động MBAĐB có nhiệm vụ tạo ra nguồn áp hoặc nguồn dòng với các giá trị chuẩn và chất lượng cao
5.1 Máy biến áp đo lường:
Trong thực tế hầu hết các hệ thống đều vận hành với điện áp và dòng điện rất lớn Các giá trị này nếu đưa trực tiếp vào thiết bị đo sẽ làm hỏng thiết
bị đo Do đó, các thiết bị đo này cần phải được nối gián tiếp với điện áp hoặc dòng điện cần đo thông qua các máy biến áp đo lường Các máy biến áp loại này còn được dùng trong điều khiển động lực, rơle an toàn, và các thiết bị tự động điều khiển khác Máy biến áp đo lường gồm hai loại là: máy biến điện áp và máy biến dòng điện
5.1.1 Máy biến điện áp:
Máy biến điện áp trong đo lường hầu hết là máy biến áp giảm áp Chúng được thiết kế để là giảm điện áp cuộn thứ cấp xuống còn khoãng 100 (V) (đây là giá trị điện áp thích hợp với hầu hết các thiết bị đo) Cấu tạo của máy biến điện áp như sau:
Cấu tạo:
Máy biến điện áp là một máy biến áp cách ly với cuộn sơ cấp có số vòng
Trang 2Hình 5.1 Hình dạng bên ngoài của máy biến điện áp
Hình 5.2 Đặc điểm cấu tạo của máy biến điện áp
Nguyên lý làm việc của máy biến điện áp:
Máy biến điện áp được thiết kế sao cho điện áp dây quấn thứ cấp ít thay đổi khi tải thay đổi từ lúc không tải đến đầy tải (tải định mức)
Theo lý thuyết máy điện ta có:
' 2
' 1 '
2
Z Z
Z V V
+
−
≈
•
•
Trong đó:
• ' 2
V là giá trị điện áp thứ cấp qui đổi
1
V• điện áp hai đầu cuộn sơ cấp
'
Z là giá trị tổng trở qui đổi
2
Z là giá trị tổng trở thứ cấp
Trang 3δ
•
2
V
• 2
V
• 1
V
i
δ
•
−I'2
• 2
I
• 1
I
(a)
(b)
Hình 5.3 Độ lệch pha của máy biến áp đo lường
Khi Z’ >> Z2 thì V•2' =−V•1, lúc đó tĩ số giửa điện áp sơ cấp và thứ cấp luôn luôn như nhau và được xác định theo công thức:
21 1 1
2 1
2 V W /W V n
Trong đó:
W2 số vòng dây quấn thứ cấp
W1 số vòng dây quấn sơ cấp
n21 là tĩ số biến áp Trong hầu hết các trường hợp đo lường thì Z2 luôn có giá trị đáng kể so với Z’ không thể bỏ qua được do đó biểu thức 1.4.2 sẽ không còn đúng Khi đó xuất hiện hai loại sai số sau:
Sai số tĩ lệ (độ lệch điện áp ΔV):
Sai số tĩ lệ được cho bởi công thức:
% 100 V
V W
W V V
1
1 2
1
=
Sai số góc pha (độ lệch pha δV): sai số này phụ thuộc vào góc pha giữa V•1 và −•V hình 5.3 a 2'
Độ lớn của các sai số trên càng tăng khi tổng trở của máy biến điện áp Z tăng Cá sai số này là không thể tránh khỏi nhưng trong đo lường và điều khiển tự
Trang 45.1.2 Máy biến dòng điện:
Trong hầu hết các thiết bị đo lường và điều khiển dòng điện đều được qui về chuẩn 5A nên các máy biến dòng điện sử dụng trong các lĩnh vực này thường có dòng điện ngõ ra cuộn thứ cấp là 5A
Như đã đề cập đến ở trên cuộn thứ cấp của máy biến dòng thường được nối với các thiết bị đo như ampere kế, watt kế hoặc các thiết bị tự động khác Có một lưu ý là khi sử dụng máy biến dòng để cung cấp cho nhiều thiết bị thì phải mắt nối tiếp các thiết bị này với nhau
Cấu tạo:
Máy biến dòng điện củng giống như một máy biến áp cách ly thông thường gồm có lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện, hai cuộn dây quấn sơ cấp và thứ cấp đặt trên lõi thép Điểm đặc biệt của máy biến dòng nằm ở tiết diện và số vòng dây quấn cuộn sơ cấp và thứ cấp
Cuộn dây sơ cấp được quấn rất ít vòng thường chỉ được quấn một vòng dây
Dây quấn sơ cấp có tiết diện rất lớn do máy phải làm việc ở điều kiện gần như ngắn mạch Đường kính dây quấn sơ cấp phụ thuộc vào cấp công suất của máy biến dòng; máy biến dòng có công suất càng lớn thì đường kính dây quấn sơ cấp càng lớn
Dây quấn thứ cấp của máy biến dòng có tiết diện nhỏ và có rất nhiều vòng (hình 1.4.4)
Hình dạng bên ngoài của máy biến dòng điện thường là hình tròn (hình 1.4.5) Vì có dạng hình tròn kín nên thông thường máy biến dòng được lấp trong lúc lấp đặt mạng điện
Φ
Ngõ ra
Ngõ vào
Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý máy biến dòng
Trang 5Hình 5.5 Hình dáng bên ngoài của máy biến dòng điện Nguyên lý hoạt động của máy biến dòng:
Như đã đề cập đến ở trên, máy biến dòng thường xuyên hoạt động ở tình trạng gần như ngắn mạch Do đó, một điều rất quan trọng khi sử dụng máy là không được phép để máy hoạt động ở chế độ không tải vì điện áp không tải phía thứ cấp của máy biến dòng điện rất lớn có thể gây hỏng lớp cách điện dẩn đến phá huỷ máy
Dòng điện ngõ ra của máy biến dòng điện được xác định theo biểu thức sau:
' ' 2 0
0 1
1
2 2
' 2
Z Z Z
Z
I W
W I I
+ +
−
=
•
Trong đó:
Z0: tổng trở của máy biến dòng điện lúc không tải
' 2
Z : tổng trở thứ cấp qui đổi
'
Z : tổng trở qui đổi của máy biến dòng
• ' 2
I : dòng điện thứ cấp qui đổi
Giống như máy biến điện áp, máy biến dòng điện củng có sai số tĩ lệ và sai số góc pha Các sai số này sẽ giảm mạnh khi tổng ' '
2 Z
Z + giảm so với tổng trở của máy lúc không tải Z0 Đó là lý do tại sao các nhà sản xuất máy biến dòng điện luôn tìm mọi cách để tăng tổng trở lúc không tải Z0 của máy biến áp và giảm giá trị '
2
Z xuống kết hợp với việc sử dụng đúng loại máy biến dòng (để có được Z < ZR)
Sai số tĩ lệ của máy biến dòng điện đựơc xác định như sau:
I W / W
Trang 6Cấp chính xác 0,5: Δi =0,5%, '
i =40 δ Cấp chính xác 1: Δi =1,0%, '
i =80 δ Cấp chính xác 3: Δi =3,0%, δi không giới hạn
Cấp chính xác 10: Δi =10%, δi không giới hạn
5.2 Máy biến áp chuyển đổi số pha (MBA Scott)
Có nhiều cách để chuyển đổi từ hai pha sang hai pha với hai máy biến áp Một trong những phương pháp thường được áp dụng nhất hiện nay là mắt theo kiêut hình T hay còn gọi là MBA Scoot
Cấu tạo:
Máy biến áp Scott có cấu tạo từ hai máy biến áp cách ly Hai máy này với số vòng dây quấn khác nhau sẽ được nối với nhau như hình 1.4.6 Trong đó máy b được xem như máy chính có số vòng là phía sơ cấp là W1 và máy còn lại (máy a) là máy phụ có số vòng sơ cấp là 3.W1/2 Cả hai máy đều có số vòng dây thứ cấp là W2
Hình 5.6 Sơ đồ nguyên lý trong máy biến áp Scott
Nguyên lý hoạt động của máy biến áp Scott:
Máy biến áp Scott hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ giống như ở máy biến áp thông thường Khi đặt vào vào hai đầu B và C của máy b một điện áp bằng với điện áp dây của nguồn điện 3 pha (VCB = V1) Do máy biến áp a có số vòng là 3.W1/2 và được nối từ đầu A đến đầu 0 của máy biến áp chính (b) nên điện áp sơ cấp của máy biến áp này có giá trị là 3.V1/2 Điện áp thứ cấp Va và Vb của hai máy biến áp sẽ tạo thành hệ thống điện áp hai pha vì chúng bằng nhau về trị số:
Trang 7MỤC LỤC
Trang
Mở đầu 01
Phần I: Máy điện một chiều (MĐMC)
Chương 1: Đại cương về máy điện một chiều 07 Chương 2: Mạch từ lúc không tải của MĐMC 13 Chương 3: Dây quấn phần ứng của MĐMC 22 Chương 4: Quan hệ điện từ trong MĐMC 40 Chương 5: Từ trường lúc có tải của MĐMC 48 Chương 6: Đổi chiều 56 Chương 7: Máy phát điện một chiều 68 Chương 8: Động cơ điện một chiều 83 Chương 9: Máy điện một chiều đặc biệt công suất nhỏ 96 Phần II: Máy biến áp (MBA) Chương 1: Khái niệm chung về MBA 107
Chương 2: Tổ nối dây và mạch từ của MBA 116
Chương 3: Quan hệ điện từ trong MBA 125
Chương 4: Chế độ làm việc ở tải xác lập đối xứng của MBA 138
Trang 8) W / W (
V ) W / W (
V
) W / W (
V ) W 3 / W 2 (
V
và lệch nhau một góc 900 điện như VA0 và VCB
Giản đồ vector của điện áp thứ cấp đựơc trình bày trên hình 5.6
