BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA doc

- Phân tích được nguyên lý làm việc và các phương trình quan hệ điện từ, đặc điểm các chế độ làm việc của MBA... Kh¸I niÖm chung1.Khái niệm MBA là một thiết bị điện từ tĩnh dùng để biế

BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN

BÀI 1.2: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

KHOA KỸ THUẬT CƠ SỞ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MỤC ĐÍCH

- Giới thiệu khái niệm, cấu tạo, nguyên lý làm việc về máy biến áp

- Trình bày các nội dung cơ bản về máy biến áp một pha

- Làm cơ sở phân tích nghiên cứu các loại máy biến áp khác có trong thực tế và trong khí tài quân sự

YÊU CẦU

- Nắm được khái niệm cơ bản về máy biến áp

- Phân tích được nguyên lý làm việc và các phương trình quan hệ điện từ, đặc điểm các chế độ làm việc của MBA

NỘI DUNG

I Khái niệm chung

II Cấu tạo và nguyên lý làm việc

III Phương trình cân bằng điện và từ

IV Phương trình quy đổi và sơ đồ thay thế

I Kh¸I niÖm chung

1.Khái niệm

MBA là một thiết bị điện từ tĩnh dùng để biến đổi hệ thống

dòng điện xoay chiều từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác với tần số không đổi

2 Công dụng

- MBA được ứng dụng trong việc truyền tải điện năng

- MBA còn được dùng trong lò điện, máy hàn, thiết bị nắn

dòng, trong vô tuyến điện tử và thiết bị tự động…

3 Phân loại MBA

MỘT SỐ HÌNH ẢNH MBA TRONG THỰC TẾ

Máy biến áp nguồn Máy biến áp nguồn hình xuyến

Máy biến áp xung Máy biến áp cao áp

MÁY BIẾN ÁP lùc 3 pha

MÁY BIẾN ÁP BA PHA

MÁY BIẾN ÁP DẦU BA PHA

Máy biến dòng điện

Máy biến điện áp

Máy biến áp tự ngẫu Máy biến áp hàn

II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA

1 Cấu tạo

a) Lõi thép

- Dùng để dẫn từ thông chính của máy và làm khung đỡ dây

- Gồm nhiều lá thép KTĐ mỏng có chiều dày 0,35 ÷ 0,5 mm, trên các lá thép có phủ lớp sơn cách điện 2 mặt rồi ghép lại

- Gồm có 2 phần: Phần trụ ký hiệu chữ T và gông ký hiệu chữ

G Trụ là phần lõi thép có dây quấn, gông là phần khép kín mạch

từ, Lõi thép MBA thường có dạng kiểu trụ và kiểu bọc

TG

Dây quấn thứ cấp

Lõi thép kiểu trụ Lõi thép kiểu bọc

Dây quấn

sơ cấp

Dây quấn sơ cấp

và thứ cấp

b) Dây quấn

- Có hai dây quấn:

Dây quấn sơ cấp: nối với nguồn (chỉ số1) W1, E1, U1, I1…

Dây quấn thứ cấp: nối với phụ tải W2, E2, U2, I2…

- Là bộ phận dẫn điện được làm bằng dây đồng hoặc nhôm có

mạ cách điện ở mặt ngoài, có tiết diện tròn hoặc chữ nhật

c) Các bộ phận khác

- Để làm mát máy và tăng độ cách điện giữa lõi và dây

quấn, với các vật xung quanh, đối với MBA công suất lớn lõi thép và dây quấn để trong một thùng sắt chứa đầy dầu cách

- Nguyên lý làm việc của MBA: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

- Khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp xoay chiều u1: u1 → i1 →

Фchínhchạy trong lõi thép, Ф móc vòng qua đồng thời cả 2 dq

- Khi máy không tải: Ф do dòng điện không tải sơ cấp tạo nên I0

- Khi máy mang tải: Ф do cả hai dđ ở W1 và W2 tạo nên

Theo định luật cảm ứng điện từ, từ thông Ф biến thiên sẽ cảm ứng ở

W1 và W2 sđđ tương ứng:

dt

dw

e1 = − 1 Φ

dt

d w

e2 = − 2 Φ

dt

)tsin(

dw

1 1

sin(

E )

90 t

sin(

w

e1 = ω 1Φm ω − 0 = 1m ω − 0

m 1 m

1

m 1 m

w2

E

Vì điện áp đặt vào cuộn sơ cấp biến thiên hình sin nên từ thông

chính ф cũng biến thiên hình sin , giả sử : Φ = Φm sin tω

m 2 m

2

2 w 4,44fw

22

2

Nhận xét: Sức điện động ở cuộn thứ cấp cũng như sức điện động

ở cuộn sơ cấp đều biến thiên hình sin và có cùng tần số nhưng chậm pha so với từ thông một góc 900

2

1 m

2

m 1

2

1

w

w w

f 44 ,

4

fw 44

,

4 E

- Điện năng từ dây quấn sơ cấp chuyển sang dây quấn thứ cấp nhờ có

từ thông biến thiên, hai cuộn sơ và thứ không trực tiếp liên hệ với nhau về điện

- Nếu thứ cấp nối với phụ tải thì dưới tác dụng của sức điện động E2 sẽ

có dòng I2 chạy trong phụ tải và cung cấp điện cho phụ tải

- Máy biến áp tăng áp: U1 < U2; W1 < W2

- Từ thông tản: Φt1, Φt2; Các từ thông này không đi qua vật liệu sắt từ

mà chỉ móc vòng qua từng cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

1 Phương trình cân bằng điện áp ở sơ cấp

Mối quan hệ giữa điện áp, sđđ, dđ và tổng trở của mạch điện dây quấn sơ cấp

t1 1 1

E& = −jI X&

1 1 1

t 1

1 E E I R

U +  +  = 

1 1 1

t 1

U = −  −  + 

1 1 1

1 1

1 E ( j I x ) I R

U = −  − −  + 

1 1 1

2 Phương trình cân bằng điện áp ở thứ cấp

E& = − jI X&

2 2 2

t 2

U =  +  − 

2 2 2

2 2

U =  −  − 

) jx R

( I E

1 0

w

w i

i

w

w I

( I

I

1

2 2

w I

1

2 2

' 2

Từ (3) máy biến áp có tải, dđ sơ cấp I1 gồm 2 thành phần

I0 tạo ra từ thông chính Ф

-I’2 để bù lại tác dụng khử từ của dòng điện thứ cấp i2

Vậy khi tải tăng dẫn đến I2 tăng, I1 cũng tăng để giữ cho I0 sinh

ra từ thông chính hầu như không đổi lúc không tải cũng như lúc có tải Phương trình cân bằng từ và dòng điện cho thấy rõ quan hệ dòng điện sơ cấp và thứ cấp của MBA

Việc nghiên cứu MBA dựa vào sự tính toán phối hợp giữa mạch điện và mạch từ, ứng với các trị số bão hoà khác nhau của lõi thép gặp nhiều khó khăn Thay thế các mạch điện và mạch từ của MBA bằng một mạch điện tương đương gồm các R và X đặc trưng cho MBA Mạch điện vậy gọi mạch điện thay thế MBA

Thực tế U1 ≠ U2 để có thể nối trực tiếp W1 và W2 với nhau,

cuộn W1 và W2 phải có cùng một điện áp Vậy phải quy đổi

một trong hai dây quấn này về dây quấn kia Muốn vậy hai

dây quấn phải có số vòng như nhau Thường ta quy đổi W2 về

W1, coi số vòng W2 có số vòng như W1 Việc quy đổi chỉ cốt

thuận tiện cho tính toán không làm thay đổi các hiện tượng vật

lý xảy ra trong máy, khi quy đổi thì công suất,tổn hao,cosφ…

không thay đổi, các đại lượng ở W2 về W1 được ký hiệu thêm

một dấu (,).

a Sức điện động và điện áp thứ cấp qui đổi:

Quy đổi sức điện động E2 về E1

1 2

E&& = W → & = W & = &

K- Hệ số biến áp (Hệ số qui đổi SĐĐ thứ cấp về sơ cấp)

Tương tự: U’2= kU2 = U1

b Dòng điện thứ cấp qui đổi:

Việc quy đổi phải đảm bảo công suất thứ cấp MBA trước

và sau khi quy đổi không đổi

E2I2= E’2I’2 do đó

2 Sơ đồ thay thế MBA

a Mạch điện thay thế hình T:

- Hệ phương trình quy đổi

- Phương trình k21 viết cho nút M, Phương trình k2 2 viết cho hai mạch vòng đều phù hợp với các phương trình cơ bản và quy đổi của MBA ở mạch điện thay thế MBA trên, nhánh sơ cấp, thứ cấp và nhánh từ hóa có tổng trở:

0

P R

I

∆

= ∆PFe - tổn hao sắt từ

b Mạch điện thay thế đơn giản

Zm>>Z1 và Z2 nên trong nhiều trường hợp coi Zm =∞,

U

−

' 2

- Hiểu được quan hệ điện từ, phương trình qui đổi và đưa ra sơ đồ thay thế máy

Câu hỏi:

truyền tải điện năng

điện năng từ các máy phát điện dẫn tới nơi tiêu thụ phải qua đường dây tải điện khoảng cách tương đối dài Đường dây truyền tải càng dài năng lượng truyền tải càng lớn Muốn tiết kiệm dây dẫn để tiết kiệm vật liệu và giảm tổn hao năng lượng vì phát nhiệt trên đường dây, phải nâng cao điện áp tới hàng chục hay hàng trăm kilôvôn để truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ Do yêu cầu an toàn điện nên điện áp của các thiết bị tiêu thụ điện ít khi vượt quá 380V vậy phải giảm điện áp trên đường dây truyền tải xuống Để tăng hoặc giảm điện áp ở đây phải dùng máy biến áp

I1

I2

Lõi thép IMáy biến áp nguồn hình xuyến

Lõi thép E,I

biến áp, thứ cấp nối với phụ tải

) I ( I

I1 0 '2

Để thấy rõ quan hệ về trị số và góc lệch pha giữa các đại lượng vật lý trong máy biến áp như Ф, e, i… đồng thời để thấy rõ sự biến thiên của các đại lượng đó ở các chế độ khác nhau ta vẽ đồ thị véc tơ máy biến áp

' 2

' 2 0

I1 0 '2

2 Chế độ không tải

3 Chế độ ngắn mạch